КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-14-00206
НазваниеМоделирование и прогнозирование климатогенных изменений экосистем на верхнем пределе распространения лесов в горных регионах Российской Федерации
РуководительМоисеев Павел Александрович, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук, Свердловская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2026 г. |
Конкурс№92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-107 - Экология биосистем
Ключевые словаизменения климата, динамика экосистем, верхняя граница леса, запасы углерода, лазерное сканирование местности, ГИС-технологии, экологическое моделирование и прогнозирование, Кольский полуостров, Урал, плато Путорана, Кавказ, Алтай, Саяны, Кузнецкий Алатау, Анабарское плато
Код ГРНТИ34.35.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В последние десятилетия многочисленные публикации были посвящены изучению влиянию изменений климата на экосистемы планеты. Это связано с необходимостью моделирования процессов в биосфере и оценкой последствий изменения климата для экосистем Земли. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в 1880–2020 годах осредненная поверхностная температура Земли повысились на 0.85°С и продолжает стремительно увеличиваться. Многие климатологи предполагают, что удвоение концентрации CO2 приведет к дополнительному увеличению глобальной температуры на 1–3.5 °С и существенному территориальному перераспределению осадков. При этом наиболее значимые изменения, как и ранее, произойдут в высокогорных и полярных районах. Известно, что горные растительные сообщества наиболее чувствительны к любым изменениям среды главным образом потому, что произрастают в экстремальных климатических и почвенно-грунтовых условиях, а градиенты температур и осадков и определяемые ими границы растительных поясов находятся в горах на очень коротких расстояниях друг от друга, измеряемых в нередких случаях сотнями метров.
Проведенные заявителями этого проекта широкомасштабные исследования динамики древесно-кустарниковой растительности в высокогорьях Урала, Кольского п-ова, плато Путорана, Кавказа, Алтая, Западного Саяна показали, что верхняя граница леса сместилась на десятки метров высоты в последние десятилетия в ответ на изменения климата. Это привело к существенному изменению структуры всех частей биогеоценозов, увеличению фитомассы древостоев на десятки тонн на гектар и значительной трансформации круговорота веществ и пулов углерода. Во всех этих горных регионах России была создана основа многоуровневой системы долгосрочного мониторинга за климатогенной динамикой растительности, а также отработана методика точных количественных оценок изменения запасов углерода в экосистемах переходной полосы лес-тундра. Не смотря на то, что климат быстро меняется во всех горных регионах России, на двух третях из них подобного рода комплексные исследования еще не проводились. По этой причине авторы проекта предлагают расширить систему долгосрочного мониторинга за климатогенной динамикой экосистем и провести количественную оценку изменений структуры, фитомассы и пространственного распределения растительных сообществ, а также пула углерода в почвах в переходной полосе лес-тундра в ранее мало изученных в таком аспекте районах Кузнецкого Алатау, Восточного Саяна и Анабарского плато. Впервые для этих регионов на основе анализа возрастной структуры древостоев, повторного картирования с использованием ГИС-технологий и данных дистанционного зондирования (включая лазерное сканирование местности), машинного обучения, сравнения разновременных тематических карт будет произведена погодичная количественная реконструкция динамики древесно-кустарниковой растительности на верхнем пределе ее распространения за последние 30–100 лет и произведена оценка того, как данные процессы отразились на структуре пулов углерода на локальном и региональном уровне.
Значительный объем материала, который был уже ранее собран в ходе выполнения предшествующих комплексных исследований, а также новые данные, которые предполагается получить, дают возможность нам перейти от описания процессов, происходящих на пределе произрастания лесов к созданию точных математических моделей, имитирующих динамику растительности исследуемых районов в XX-XXI вв. Это в свою очередь позволит нам в этом проекте спрогнозировать те изменения, которые могут произойти в горных экосистемах при том или ином сценарии изменения климата в ближайшем будущем. Сочетание стандартизированных натурных исследований состояния экосистем, математико-статистических методов, оригинальных методик получения данных посредством дистанционного зондирования поверхности земли, имитационного моделирования и прогнозирования является уникальным и пока мало распространенным при изучении климатогенных процессов.
Ожидаемые результаты
При помощи современных геоинформационных систем (ГИС) и пакетов по обработке аэрокосмической информации на основе современных данных дистанционного зондирования Земли на не менее чем 120 горных вершинах семи горных регионов Российской Федерации, а именно Кольский полуостров, Урал, плато Путорана, Анабарское плато, Северо-Западный Кавказ, Кузнецкий Алатау, Восточные Саяны, дополнительно к двум уже ранее изученным (Алтай и Западный Саян), будут созданы электронные тематические карты, отражающие пространственное варьирование в их пределах основных типов растительности и выявлены верхние границы древостоев различной сомкнутости (редин, редколесий, сомкнутых лесов). Посредством сравнения контуров, отображенных на исторических (1950–1960 создания) топографических картах и тематических картах, полученных описанным выше образом, будет произведена оценка смещения верхних границ редколесий. Для этих же районов на основе данных, собранных на региональных метеостанциях, будут созданы карты пространственного распределения температуры, осадков и часов солнечного сияния и проведен анализ их сопряженности с высотной позицией верхней границы редколесий в 1960-х годах. Также будут созданы региональные карты высотных сдвигов верхней границы редколесий за последние 60 лет и произведен поиск влияния на них тех или иных изменений климатических параметров в этот же период. На основе выявленных в каждом регионе зависимостей будет разработаны имитационные модели климатогенной динамики верхней границы редколесий и спрогнозированы ее высотные изменения в будущем при различных сценариях трансформации климата.
Помимо этого в трех горных регионах Российской Федерации (Кузнецкий Алатау, Восточный Саян и Анабарское плато), как и в 6 ранее изученных регионах, на не менее 3 ключевых горных вершинах в переходной зоне лес-тундра будет заложено не менее 9 высотных профилей, состоящие из не менее 18 постоянных пробных площадей каждый. На всех площадках у всех растущих там деревьев будут определено точное положение, измерены основные морфометрические параметры и взяты образцы древесины (для определения возраста). Будут составлены электронные базы данных, содержащие календарный год появления и изменения по годам морфометрических параметров и фитомассы деревьев, произрастающих на всех обследованных площадках высотных профилей. В этих районах исследований на основе спутниковых снимков высокого разрешения и 3D-поверхностей, полученных с беспилотного летательного аппарата при помощи 4K-фотокамеры и лазерного 3D сканера, и полевых исследований, будут созданы подробные карто-схемы, отражающие точное положение, размеры и надземную фитомассу каждого дерева, в пределах ключевых склонов изучаемых вершин, в каждый календарный год в период с 1900 года по настоящее время.
На основе тематических карт ключевых горных вершин, отражающих пространственное варьирование в их пределах каменистости участков, основных типов растительности, состава и сомкнутости древостоев, данных о прежней позиции верхней границы редколесий и крупномасштабных карто-схем, отражающих точное положение, размеры и надземную фитомассу каждого дерева, в пределах ключевых склонов изученных ранее и в ходе этого проекта будет произведен анализ влияния каменистости, экспозиции и крутизны склонов на особенности высотных сдвигов редколесий и изменение запасов углерода. На основе выявленных для каждой ключевой вершины зависимостей будет разработаны имитационные модели климатогенной динамики верхней границы редколесий и спрогнозированы ее высотные изменения при различных сценариях трансформации климата. Также, на основе данных о точном положении и размере каждого дерева, а для отдельных регионов и возраста, в пределах ключевых склонов будут разработаны имитационные модели динамики древостоев.
Результаты исследований в рамках этого проекта внесут существенный вклад в формирование региональной картины климатогенных изменений растительности и пулов углерода и будут направлены на получение актуальных данных о характере этих процессов на территории трех ранее мало изученных в этом плане горных регионов, также накопленная информация позволит создать имитационные модели, позволяющие спрогнозировать возможную трансформацию высокогорных экосистем на верхнем пределе распространения лесов на большей части территории Российской Федерации при дальнейшем изменении климата.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ