Лес и климат. Влияние изменений климата на леса России: зафиксированные воздействия

Print PDF

Д.Замолодчиков, Г.Краев

Предметом исследования являются изменения в лесном покрове России, произошедшие в результате современного потепления глобального климата и ожидаемые в XXI веке. Для начала кратко охарактеризуем изменение климата на территории России по сведениям Росгидромета [3]. Интервал после 1976 года выделяется как период наиболее интенсивного потепления. Самым теплым для территории России оказался 2007 год, когда среднегодовая температура превысила климатическую норму 1961–1990 годов на 2,1 ° С — значение, максимальное за период с 1886 года. Средний для России линейный тренд к повышению температуры в 1976–2012 годах составил 0,043 ° С/год.

Наиболее быстро (0,052 ° С/год) повышается температура на европейской территории России (рис. 1, а). Далее следуют Восточная Сибирь (0,050 ° С/год), Средняя Сибирь (0,043), Приамурье и Приморье (0,039), Прибайкалье и Забайкалье (0,032), Западная Сибирь (0,029 ° С/год). Из федеральных округов наиболее высокие темпы прироста температуры в Центральном, наименьшие — в Сибирском (соответственно 0,059 и 0,030 ° С/год). Практически повсеместно в 1951–2012 годах наблюдалось увеличение числа дней с аномально высокой температурой зимы с пиками (5–10 дней) в европейской части, на Алтае, юге Западной Сибири, в Приамурье и Приморье. Летом число дней с аномально высокой температурой повышается наиболее быстро в Прибайкалье и Забайкалье, на Алтае, в Приамурье и Приморье, Северо#Западной России, на Кавказе и Чукотке. Число дней с аномально низкой температурой воздуха, за редким исключением, сокращается.

В целом по России тренд годовых сумм осадков положительный (0,8 мм/месяц за 10 лет). Наибольшее увеличение сумм годовых осадков (см. рис. 1, б) отмечается в Средней Сибири, Прибайкалье и Забайкалье (по 1,1 мм/месяц за 10 лет), наименьшее — в европейской части, Приамурье и Приморье (по 0,5 мм/месяц за 10 лет). В этих регионах осадки явно увеличиваются лишь весной, а летом уменьшаются  (соответственно –1,5 и –0,8 мм/месяц за 10 лет).

На фоне постоянного повышения температуры летнее уменьшение осадков создает серьезные проблемы с обеспечением лесных насаждений влагой, а также усиливает риск возникновения лесных пожаров.

Динамика времени наступления и продолжительности вегетационного периода

Одним из показателей, которые используются при анализе данных дистанционного зондирования, сопряженных с фотосинтетической активностью растительности, площадью и биомассой листвы, является нормализованный разностный вегетационный индекс (НРВИ). Продолжительность вегетационного периода, определенная по динамике НРВИ в 1981–1999 годах на территории Северной Евразии увеличилась на 14–22 дня [61], причем в основном за счет увеличения времени сохранения листвы на деревьях. Установлена пространственная корреляция наблюдаемых изменений с изменениями температуры весны, лета и всего вегетационного периода. Это соответствует более раннему весеннему и более позднему осеннему переходу температуры воздуха через 0 ° С на территории России. Однако при рассмотрении отдельных регионов и реакции отдельных пород эффект увеличения продолжительности вегетационного периода и его температуры не столь однозначен.

В Приамурье, где тренды среднегодовой температуры отчетливо выражены, в 1976–2000 годах наблюдается увеличение продолжительности листопада у осины и некоторых видов березы [23]. На юге Восточной Сибири существенное повышение температуры осени и учащение экстремальных колебаний температуры зимы#весны угнетают возобновление хвойных на некоторых участках их произрастания. Такие тенденции неминуемо ведут к изменению сукцессионного режима и, следовательно, породного состава древостоев [19, 44, 58].

Изменения радиального прироста и продуктивности

Тенденции к сокращению радиального прироста обнаружены в лиственничниках Алтая, произрастающих как на верхней границе распространения лесов с середины ХХ века до 1995 года, так и ниже в 1977–1997 годах [21, 22], и на северной границе леса на Яно-Индигирской низменности начиная со второй половины XX века [25]. В подзонах северной и средней тайги Сибири и Дальнего Востока взаимосвязь радиального прироста хвойных и динамики климатических условий отрицательная или незначимая [33].

Площади сечения лиственницы, ели и сосны, рассчитанные по показателям прироста, в зоне лесотундры имели положительную динамику до второй половины 1950-х годов, после чего темпы прироста замедлились. Об улучшении условий роста в лиственничных массивах бассейна на восточном макросклоне Полярного Урала свидетельствуют тренд увеличения радиального прироста в бассейне р. Щучья в 1830–1990 годах [10] и положительные изменения прироста в 1914–2004 годах, высоты, полноты и фитомассы лиственницы в бассейне р. Собь [36]. В пихтарниках Северного Кавказа радиальный прирост пихты увеличивался с середины 1880-х по 1990 год [10]. При этом максимальные темпы прироста для всех регионов характерны для 1940–1950-х годов. Сходство динамики прироста рассматривается как доказательство ее климатической обусловленности.

Различия в рассмотренных дендроклиматических тенденциях, зачастую отмечаемые в пределах одного региона, подтверждают, что отражение направленных климатических тенденций в приросте деревьев специфично для отдельных мест произрастания [43, 53, 60]. Таким образом, динамика стволового прироста не всегда отражает положительной тенденции изменения продуктивности древостоев. Явные проявления климатического потепления в структуре стволовой древесины зафиксированы в приграничной полосе произрастания древесной растительности [33].

Методами лесной таксации с применением дистанционного зондирования также устанавливается улучшение условий произрастаний лесов в бассейне р. Собь на Полярном Урале [35, 37, 38], в предтундровых редколесьях Северной Сибири, где с 1960 по 2000 год произошло 44–63 %ное увеличение площади сомкнутых лиственничников [29], а лиственничные редины перешли в редколесья. Высоки темпы увеличения сомкнутости березняков (33 %) и ельников (16 %) в предтундровых редколесьях в горах Южного Урала [8]. Интенсивное лесовозобновление лиственницы вблизи верхней границы леса в течение последних 30 лет наблюдается в Кузнецком Алатау [16]. По аэрофотоснимкам установлено увеличение сомкнутости древостоев в устье Оби [55] на 50 % территории, не подверженной прогрессирующему заболачиванию.

Наличие масштабной тенденции к повышению продуктивности лесов подтверждается методами дистанционного зондирования. В период 1982–1999 годов интегральный НРВИ вегетационного периода в зоне 40–70 ° с. ш. Северной Евразии повысился на 12,4 %, причем максимум изменений (20,9 %) пришелся на весну. Стабильное увеличение наблюдается в зоне произрастания смешанных и хвойных лесов европейской части, Западной Сибири и Среднесибирского плоскогорья (рис. 2). Восточнее пояс возрастания НРВИ смещается к югу, представляя собой полосу шириной около 5 ° от Забайкалья до Алданского плоскогорья. В северо-восточной части страны наблюдается увеличение временной изменчивости НРВИ с тенденцией к ее небольшому сокращению на 5 % [61].

Повышение НРВИ происходит главным образом за счет увеличения массы листвы. По данным наземных наблюдений [50], в результате климатических изменений это происходит быстрее изменений стволовой и корневой фитомассы, а во многом и за счет нее, т. е. одной из тенденций в адаптации древостоев к потеплению климата в 1960–1998 годах в России стало увеличение фотосинтезирующих тканей за счет водопроводящих.

Приведенные выше сведения свидетельствуют о том, что связь пространственно-временной динамики продуктивности лесов с изменением климата подтверждается локальными исследованиями сомкнутости древостоев и данными дистанционного зондирования.

Изменения ареалов древесных растений и границ распространения леса

Увеличение продолжительности вегетационного периода способствует формированию и прорастанию семян, вызреванию меристемы, характерной для деревьев, а не стланиковых форм, увеличению глубины сезонного оттаивания в зоне распространения вечной мерзлоты, что благоприятно сказывается на развитии подроста [56]. Наибольшая чувствительность к изменению вегетационного периода наблюдается на границах распространения леса, которые являются полосой или поясом изменения сомкнутости древостоев. Высокая географическая изменчивость в этой полосе на локальном уровне препятствует проведению региональных количественных оценок изменения границ дистанционными методами [54], а ширина этой полосы часто не позволяет проводить наземные исследования.Поэтому подавляющее большинство исследований изменения границ леса проведено в горных районах, где ширина приграничной полосы редколесий существенно меньше, чем на равнинных участках, но климатическая граница леса определяется не только широтными, но и высотными пределами.

Качественные исследования изменения северной границы леса выявляют смещение границ лесной растительности в зону тундр. Например, в устье Оби наступление леса на тундру отмечается в 30 % случаев, на 65 % участков изменения положения границ лесотундры не наблюдалось, а на 5% пробных площадей отмечено сокращение площади лесов и увеличение заболачивания [55].

Улучшение условий произрастания древесной растительности в этом регионе подтверждается также дендроклиматическими наблюдениями за экспансией древесной растительности в пояс горных тундр на Полярном Урале в 1910–2000 годах. Горизонтальная и вертикальная компоненты вектора перемещения границ в среднем составляли соответственно 3,2 и 0,3 м/год для сомкнутых лиственничных древостоев и 5,8 и 0,4 м/год для редин [38]. Временное изменение границы сомкнутого леса носит дискретный характер из-за длительного прорастания семян. Установление благоприятных погодных условий в отдельный год приводит к массовому прорастанию, а позднее — к формированию сомкнутого фронта наступления древостоев на тундру. Улучшение условий произрастания связаны в основном с увеличением среднегодового количества осадков.

Отмечается также наступление лесов на предгорные степи. В Забайкалье на южных склонах Хамар-Дабана в степные экосистемы распространяются молодые сосняки возрастом до 30 лет. Наступление леса на степь началось в 1985 году, а оптимум роста сосны пришелся на 1993 год [4]. По данным последовательных учетов лесного фонда, в результате усиления аридности в степной и лесостепной зонах европейской части России в 1988–2008 годах выявлено сокращение площадей дубовых насаждений на 5–25 % в большинстве административных областей в степной и лесостепной зонах (рис. 3) [6].

Преобладание одноствольной формы роста лиственницы над многоствольной, развившейся из стланика, также является откликом на повышение температуры и количества осадков. В нижней части экотона происходит внедрение ели сибирской и формирование лиственнично-еловых древостоев, в которых возобновление лиственницы практически прекращается [35, 37].

Подтверждение однонаправленного наступления лесов на тундру получено для самого северного массива леса в урочище Ары-Мас на Северо-Сибирской низменности [29, 30]. В 1973–2000 годах лиственничные редины ежегодно продвигались в зону тундр со средней скоростью 3–11 м. За счет большей доступности семян граница сомкнутых лесов изменяется с большей скоростью —11–58 м/год в первую очередь по укрытым местам произрастания орографических понижений. Несмотря на то, что по иному набору космических снимков оценки скорости наступления отличаются [54], тенденция к наступлению лесов на тундру прослеживается.

На плато Путорана расширяются рефугиумы Pinus sibirica и Picea abies, в 500 км от северной границы ареала [24, 58], чему способствует увеличение глубины сезонного оттаивания. Южнее, на Среднесибирском плоскогорье, наблюдается экспансия вечнозеленых хвойных пород и березы в зону доминирования лиственницы [27]. Под лиственничным пологом наблюдается 10–30 летний подрост сосны кедровой. Обилие подроста увеличивается с уменьшением возраста, что положительно корреллирует с повышающейся температурой зимы и среднегодовым количеством осадков. На некоторых участках доминирования лиственницы в подросте преобладает береза, активно заселяющая гари. В меньшей степени продвигается в северном направлении ареал пихты и ели.

Продвижение лесов вверх по склонам гор на более высокие уровни наблюдается и в более южных районах Урала и Сибири. В среднегорье Южного Урала наблюдается повышение границы распространения как сомкнутых ельников, так и елово-березовых редколесий за период 1973–2006 годов на 14 м (максимум — 31 м). Еловые древостои постепенно замещают березу извилистую [8]. На Алтае вслед за отступающими ледниками наблюдается продвижение кедра и лиственницы на современные морены [26]. На северном склоне хр. Танну-Ола, а также на склонах Западного и Восточного Саяна, Алтая наблюдается экспансия лесов в высокогорные луга и тундру. Наиболее широка экспансия кедра и ели, а в Тыве вверх по склону продвигается лиственница [2].

Таким образом, в большинстве сообщений указывается на расширение зоны бореальных лесов в результате наступления как на тундру, так и на степь. Улучшение условий произрастания сказывается и на изменениях внутри биома: наблюдается распространение пород, доминирующих в более южных районах и нижних высотных поясах в северном направлении и вверх по склонам. Однако на южной границе леса в европейской части страны присутствует тенденция к сокращению площадей дубовых лесов, что логично объясняется доминирующей тенденцией к аридизации климата.

Динамика лесных пожаров

Основным видом естественных нарушений, ведущих к гибели лесов на территории России, являются пожары [20]. Пожарная опасность, по результатам анализа индексов пожарной опасности, которая рассчитана по метеоданным [45], достоверно связанным с площадью и количеством пожаров [11], на Русской равнине в 1935–2000 годах снижались, а к востоку от Урала в течение всего ХХ века увеличивалась.

Согласно официальным данным средняя пройденная огнем площадь покрытых лесом земель в 2000–2009 годах составляла 1,4·10 ⁶ га/год, что превышает аналогичные величины за 1947–1992 и 1990–1999 годы соответственно на 7 и 30 % [49]. В годы со средней продолжительностью пожароопасного периода доля верховых пожаров в общей площади пожаров увеличилась с 22 % в ХХ веке [49] до 47–59 % в 1998–2006 годах [58], что связано с увеличением пожарной опасности.

На долю лесных пожаров в азиатской части страны в 1992–2011 годах приходилось более 78 % пройденной огнем площади. Несмотря на высокую межгодовую изменчивость (от 0,8·10⁶ до 14,5·10⁶ га) в этой части страны, для 1997–2003 годов установлен тренд к ежегодному увеличению площади пожаров на 0,79·10⁶ га [59]. На обширных территориях Сибири и Дальнего Востока отмечается учащение пожаров. Например, на Среднесибирском плокогорье дендрохронологически установлено, что средний межпожарный интервал в лиственничниках сократился в ХХ веке до 65 лет в сравнении со 100 годами в XIX-м [28].

Антропогенная обусловленность многих пожаров оставляет открытым вопрос о климатогенности современного отклика динамики лесных пожаров. Пожары 2003–2009 годов [46] в основном сосредоточены вдоль южной границы зоны распространения лесов, где пожарная опасность выше. Эти территории являются и местом максимального сосредоточения населения. Свидетельства климатогенного увеличения пожаров следует в первую очередь искать в удаленных от объектов инфраструктуры районах.

Усыхание

Усыхание рассматривается как последовательный процесс разрушения древостоев, зачастую инициированный стрессовой погодно#климатической ситуацией, неблагоприятными почвенными факторами. Частота засух в ХХ веке на территории России возрастала [45]. Однако динамика усыхания древостоев не согласуется с региональными метеорологическими данными ввиду локального распространения явлений усыхания.

Космический мониторинг лесных экосистем с разрешенем 30 м с переменным успехом обеспечивает достоверность оценки тенденций усыхания, как показано в глобальном обзоре деградации лесов [42]. Для России (со ссылкой на Рослесхоз) в этом обзоре приводятся сведения о массовом усыхании сосновых и еловых древостоев, наблюдаемом вблизи южной границы лесов в 2005–2008 годах, с общей площадью погибающих насаждений, превышающей 0,4·10⁶ га.

Крупномасштабное усыхание дубрав Среднего Поволжья было инициировано летними засухами и морозными зимами 1972–1978 годов [40]. Усыханию были подвержены наименее устойчивые перестойные дубравы без подлеска и подроста. В 1979–1983 годах в ослабленных древостоях ведущим фактором деградации стала деятельность вредных насекомых и грибковые заболевания, что привело к усыханию дубовых лесов почти на 20 тыс. га. Увеличение отпада и благоприятные погодно-климатические условия стали причиной повышенной активности насекомых в 1991–1994 годах и гибели дубняков в Прикамье на 53 тыс. га.

Массовое усыхание перестойных ельников в Архангелской области в 1990–2000 годах охватило 190 тыс. га. [42] и вызвало интерес множества ученых и сотрудников Рослесхоза. По данному вопросу организована специальная конференция [32]. Исследования характера распространения усыхания по типам местообитания ельников и результаты дендроклиматического анализа показали, что основным лимитирующим фактором роста ели, действие которого прогрессировало в последние годы жизни усохших деревьев, была почвенная влажность [41]. Усыхание ельников в начале 1990-х годов было широко распространено и в средней полосе Русской равнины [15], и на Дальнем Востоке [14], что свидетельствует о глобальном ухудшении условий произрастания ели [42].

Очевидно, для определения первопричины усыхания требуются детальные исследования состояния древостоев.

Чувствительность древостоев к погодно-климатическим факторам определяется их состоянием. Усиление экстремальности погоды, воздействующее на режим увлажнения почв, в значительной степени обусловливает современную динамику усыхания лесов.

Ожидаемые изменения климата на территории России согласно сценариям Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК)

В Пятом оценочном докладе МГЭИК используется новый прогнозный набор эмиссий по четырем сценариям, получившим название representative concentrations pathways (RCP) [7]. Сценарий низких эмиссий RCP2.6 предполагает постоянные и амбициозные действия по сокращению антропогенных выбросов парниковых газов. Сценарии RCP4.5 и RCP6.0 (промежуточные эмиссии) основаны на использовании различных сочетаний технологического прогресса и стратегий по сокращению выбросов. Сценарий RCP8.5 (высокие эмиссии) характеризует ситуацию, когда мировое экономическое развитие остается привязанным к использованию ископаемого топлива без осуществления мер климатической политики.

Оценки повышения глобальной температуры в 2085–2100 годах по отношению к 1986–2005 годам согласно среднему прогнозу по ансамблю моделей общей циркуляции атмосферы и океана CMIP5 в зависимости от сценариев RCP составляют: 1,0° С (RCP2.6); 1,8° С (RCP4.5); 2,3° С (RCP6.0); 3,7° С (RCP8.5) [7]. Точно установить, какой именно из сценариев осуществится в действительности, в настоящее время невозможно.

Однако как по совокупности допущений, так и по соответствию реальности первых лет прогноза наиболее реалистичным выглядит сценарий RCP4.5. Именно для него будет дан краткий обзор прогнозного изменения климата на территории России.

Согласно сценарию RCP4.5 повышение среднегодовой температуры в Российской Федерации по сравнению с 1986–2005 годами составит ( ° С): в 2011–2030 годах — 1,5; в 2041–2060 — 2,9; в 2080–2099 — 3,8 [3]. Таким образом, сохранится тенденция современности, при которой в России теплеет примерно в 2 раза быстрее, чем в мире. Зимняя температура будет возрастать быстрее, чем летняя, например в 2040–2050 годах — на 3,4° С, в то время как летняя — на 2,4 ° С. В федеральных округах наибольшее повышение температуры к 2080–2099 годам прогнозируется в Северо-Западном (4,2° С), Уральском (4,1) и Дальневосточном (4,0), умеренное — в Сибирском (3,7), Приволжском (3,6) и Центральном (3,4), наименьшее — в Южном (2,8) и Северо-Кавказском (2,7° С).

Годовые суммы осадков будут возрастать по всей территории Российской Федерации. В сравнении с 1986–2005 годами увеличение в 2011–2030 годах составит 25 мм, в 2041–2060 — 45, в 2080–2099 — 61 мм.  Причем оно будет неравномерным по сезонам: так, из 61 мм периода 2080–2099 годов 22 мм придется на зиму, 16 — на осень, 15 — на весну и лишь 9 мм — на лето. Вполне очевидно, что такое распределение осадков не вполне благоприятно и может привести к учащению паводковых наводнений в весенний период, а также к дефициту влаги на фоне повышения температуры в летний.

Максимальное увеличение суммы осадков к 2080–2099 годам придется на Дальневосточный, Сибирский и Уральский федеральные округа (соответственно 75, 68 и 59 мм), умеренное — на Северо-Западный, Привожский и Центральный (52, 46 и 38 мм), наименьшее — на Южный и Северо-Кавказский округа (20 и 9 мм). Отметим, что в Южном и Северо-Кавказском округах оно произойдет в основном в 2011–2030 годах, т. е. потепление после 2030 года будет происходить на фоне постоянных осадков, что значительно усилит аридность условий и создаст серьезные проблемы для поддержания лесных насаждений этих регионов.

Помимо общего количества осадков значимым факторов является равномерность их выпадения. Отсутствие осадков в течение нескольких дней и более продолжительных периодов на фоне теплой погоды приводит к высыханию лесных горючих материалов и повышению вероятности возникновения лесных пожаров. На фоне повышения сумм осадков на значительной территории Российской Федерации прогнозируется увеличение продолжительности периодов без осадков (рис. 5). Наиболее опасная ситуация сложится в южной половине европейской части, где длительность таких периодов увеличится на 2#3 дня в 2041–2060 годах.

К регионам с увеличением периодов без осадки относятся также северо-восток европейской части, Западная Сибирь, Забайкалье, Магаданская область, Южная Якутия и Приморье.

Прогнозы воздействия изменений климата на лесные пожары

Фактическая горимость лесов определяется двумя основными факторами — погодными условиями и уровнем деятельности по профилактике и борьбе с лесными пожарами. Прогнозируемое для территории Российской Федерации повышение температуры, сопровождаемое увеличением продолжительности периодов без осадков, приведет к повышению вероятности по сравнению с 1981–2000 годами при сценарии RCP4.5 [3] возникновения пожароопасных ситуаций. Повышение лесопожарной опасности в нашей стране при потеплении отмечена во многих научных работах [11, 12, 13, 17, 18, 39, 45].

Настоящий раздел основан на Втором оценочном докладе Росгидромета [3], в свою очередь, базирующемся на работе [34], в которой предложены регрессионные соотношения между среднемесячными значениями температуры воздуха, месячными суммами атмосферных осадков и числом пожароопасных дней в месяце. Прогнозные расчеты пожарной опасности выполнены по климатическим сценариям RCP4.5 и RCP8.5.

По жесткому сценарию RCP8.5 в 2011–2030 годах заметные изменения числа пожароопасных дней, по сравнению с нормой за 1981–2000 годы, произойдут почти на всей европейской территории России, в Западной Сибири и на юге Восточной Сибири (увеличение на 7–9 дней). В некоторых районах на юге и западе европейской территории, а также на юге Сибири число пожароопасных дней увеличится на 10–19. По мягкому сценарию RCP4.5 прогнозная оценка оказалась практически идентичной. Это означает, что в близком временном интервале различия по повышению лесопожарной опасности между сценариями изменения климата проявляются незначительно.

В 2041–2060 годах при сценарии RCP8.5 почти на всей европейской части и на юге Сибири ожидается увеличение пожароопасных дней соответственно на 10–14 и 15–19. В прогнозе по сценарию RCP4.5 области с увеличением числа пожароопасных дней на 15–19 занимают меньшие площади. В конце ХХI века при осуществлении сценария RCP8.5 число пожароопасных дней возрастет на 20–29 и более для всей европейской территории, Западной Сибири, а также в средних широтах Восточной Сибири.

На 30–50 число пожароопасных дней увеличится к концу века на юге и западе европейской части, а также на территории Западной и Восточной Сибири (52–57 ° с. ш.). По сценарию RCP4.5 к концу века число пожароопасных дней увеличится на 10–19, в некоторых местах — на 20 и более (рис. 6).

При сохранении существующего уровня охраны от лесных пожаров и реализации сценария изменения климата RCP8.5 ежегодная площадь лесных пожаров возрастет в Центральном федеральном округе к концу XXI века примерно в 2 раза [34].

Таким образом, на всех временных интервалах и при любом сценарии просматривается общая тенденция усиления в XXI веке роли метеорологических факторов, способствующих возникновению и распространению лесных пожаров почти во всех районах лесной зоны России.

Прогнозы изменения границ распространения лесов

Рассмотрение изменений границ распространения различных типов растительного покрова (биомов), в том числе лесного, является популярной формой прогнозного анализа [1, 5, 31, 52, 63]. При этом могут использоваться так называемые биоклиматические модели, описывающие распределение биомов в зависимости от климатических параметров, либо модели динамики глобальной растительности (DGVM), включающие оценку функциональных параметров растительности, таких как первичная продукция или баланс углерода.

Рассмотрим изменения ряда типов растительного покрова к 2100 году при осуществлении климатического сценария RCP8.5 согласно современной модельной оценке из работы [62]. Наиболее масштабные изменения коснутся таежных лесов Евразии и Северной Америки. Хвойные леса исчезнут или их площади сильно сократятся почти на всей территории Европы и Западной Сибири, за исключением самых северных частей этих регионов, ныне занятых тундрой и лесотундрой. В Восточной Сибири и на севере Дальнего Востока площадь хвойных лесов, наоборот, возрастет. Эти регионы расположены на вечной мерзлоте и ныне заняты редкостойными лесами из лиственницы.

На фоне потепления увеличится сомкнутость лесов, кроме того, постепенно появятся и другие хвойные породы. В средней и северной полосах Европейской России, а также на юге Западной Сибири расширятся умеренные листопадные леса. Дуб, клен, липа и другие широколиственные породы станут замещать исчезающие хвойные. Однако на эту зону приходится и расширение покрытия травяных экосистем, т. е. лугов и степей. Следовательно, в этой зоне начнут распространяться лесостепные ландшафты.

В восточноевропейских странах и лесостепной зоне Европейской России сократится площадь листопадных лесов и расширятся степные экосистемы. В районах, прилегающих к Черному и Каспийскому морям, сократится покрытие всех типов растительного покрова, т. е. активизируются процессы опустынивания. Сходные прогнозы показывают и большинство других моделей, основанных на биоклиматических подходах. Добавим, что многие из описанных эффектов (наступление леса на тундру, внедрение темнохвойных в зону доминирования лиственницы, усыхание лесных насаждений в степной зоне) действительно отмечаются в исследованиях последних десятилетий.

Отметим, что биоклиматические модели адекватно характеризуют равновесное состояние границ биомов при новом стабильном состоянии климата и встречают трудности при оценке переходных процессов на фоне меняющегося климата. Лесное хозяйство в XXI веке придется вести при постоянном изменении климатических условий, потому насущной необходимостью станет разработка моделей, комбинирующих биоклиматический подход с оценкой динамики лесного фонда, т. е. количественных (повышение) и качественных (нарушения, восстановление) переходов в совокупности лесных насаждений исследуемой территории.

Комбинированные прогнозы влияния климатических изменений и лесохозяйственной деятельности

С практической точки зрения наибольшую ценность представляют модельные инструменты, позволяющие прогнозировать влияние климатических изменений вместе с анализом эффектов тех или иных мер лесохозяйственной деятельности, в частности режимов рубок, лесовосстановления, охраны от пожаров и т. д. При задании стартовых параметров следует учитывать фактическое состояние лесного покрова, т. е. современный породно-возрастной состав лесов.

В настоящее время примеры подобного лесоводственно-климатического прогноза национального уровня для России отсутствуют, хотя попытки анализа предпринимались [47, 51]. Для локального уровня лесничеств имеются примеры детального лесоводственно-климатического анализа, осуществленного с использованием модели EFIMOD [9, 48, 57]. EFIMOD является индивидуально-ориентированной моделью с точными позициями деревьев, располагаемых в ячейках квадратной решетки. Дерево взаимодействует с ближайшим окружением посредством затенения и корневой конкуренции за доступный азот почвы, причем прирост дерева зависит от ресурса, находящегося в дефиците (солнечная радиация или доступный азот). Модель позволяет описывать круговорот углерода и азота в системе «древостой — почва».

При оценке конкретных объектов основное внимание исследователей уделено круговоротам углерода и азота, а также сукцессионным процессам и изменениям породного состава лесов. Однако модель EFIMOD включает и дендрометрические показатели деревьев (диаметр, высота), что позволяет прогнозировать и типичные лесоводственные показатели.

Совместный анализ четырех вариантов управления лесами и двух вариантов изменения климата для Мантуровского лесничества Костромской области по модели EFIMOD [57] показал, что изменение климата по сценарию A1f (ранний аналог RCP8.5) приведет к ускорению роста древостоев и запасов фитомассы примерно на 20 % к концу XXI века в сравнении со стабильным современным климатом. Такие различия будут присутствовать как при заповедном режиме использования территории, так и при разных режимах рубок.

За 100 лет заповедный режим будет способствовать увеличению фитомассы древостоя примерно в 2 раза, выборочные рубки обеспечат стабильность запаса фитомассы, сплошные

рубки приведут к 2-кратному сокращению фитомассы древостоя (рис. 8). Приведенный пример показывает принципиальную возможность учета ключевых лесохозяйственных

воздействий и климатических изменений в модельном описании. Модель EFIMOD требовательна к детальности исходной информации, потому ее применение для крупных территорий достаточно затруднительно.

Решение вопроса, вероятно, состоит в построении иерархических систем моделирования, совмещающих индивидуально-ориентированные модели лесных экосистем и региональные модели лесных переходов.

Заключение

Современные климатические изменения на территории Российской Федерации, в том числе повышение температуры, неравномерное увеличение количества осадков и модификации ряда других параметров, все более усиливают воздействие на леса страны. Это воздействие логично соответствует существующим климатическим лимитам, ограничивающим современное распространение различных типов лесов. На северной границе с тундрой расширяется площадь лесов и увеличивается их сомкнутость. На южной границе со степью усиливаются процессы усыхания лесов. На южной границе распространения хвойных расширяются площади широколиственных пород, в зону распространения мерзлотных лиственничников внедряются темнохвойные породы.

Повсеместно возрастает риск возникновения лесных пожаров, частые и продолжительные засухи ослабляют древостои (в первую очередь спелые ельники), приводя к возникновению вспышек массового размножения насекомых-вредителей и болезней. Степень негативности климатических изменений (заметное повышение температуры при небольшом возрастании количества осадков и увеличении длительности периодов без них) наиболее высока в южной половине европейской части, Забайкалье и Приморье.

В регионах России, где повышение температуры сопровождается значительным возрастании количества осадков (северо#восток европейской части, Сибирь и северная часть Дальнего Востока) могут преобладать позитивные эффекты климатических изменений при условии эффективной охраны от лесных пожаров.

Климатические изменения на протяжении XXI века будут развиваться по сходным направлениям, как и в прошедшие десятилетия. По самому вероятному сценарию, повышение температуры в России за XXI век будет примерно в 2 раза больше, чем за XX. Потому влияние климатических изменений станет намного заметнее. Наиболее проблематичные условия для лесного хозяйства будут складываться в южной половине европейской части, особенно на Северном Кавказе. При наиболее жестких сценариях изменения климата процессы естественного обезлесения могут охватить до 2 / 3 территории Европейской России. Сильно увеличатся риски лесных пожаров, при отсутствии изменений в организации лесопожарной охраны горимость лесов может увеличиться в 2 раза к концу XXI века. Усиление климатических изменений настоятельно требует их учета в повседневной деятельности по управлению лесами. Разработка стратегии адаптации лесного хозяйства к изменению климата становится насущной необходимостью, а не данью международным обязательствам России по РКИК ООН.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимов О. А., Жильцова Е. Л., Ренева С. А. Оценка критических уровней воздействия изменения климата на природные экосистемы суши на территории России // Метеорология и гидрология. 2011. No 12. C. 31–41.

2. Власенко В. И. Структурная организация растительных комплексов на заповедных территориях Алтае#Саянской горной страны // Лесоведение. 2007. No 1. С. 8–19.

3. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2013. 1009 с.

4. Глызин А. В., Размахнина Т. Б., Корсунов В. М. Дендрохронологические исследования в контактной зоне «лес — степь» как источник информации о ее динамике // Сибирский экологический журнал. 2005. No 1. С. 79–83.

5. Голубятников Л. Л., Денисенко Е. А. Влияние климатических изменений на растительный покров Европейской России // Известия РАН. Серия географическая. 2009. No 2. С. 57–68.

6. Замолодчиков Д. Г. Оценка климатогенных изменений разнообразия древесных пород по данным учетов лесного фонда // Успехи современной биологии. 2011. Т. 131. No 4. С. 382–392.

7. Изменение климата, 2013 г. Физическая научная основа, резюме для политиков, техническое резюме и часто задаваемые вопросы / Ред. Стокер Т.Ф. и др. МГЭИК, 2013.

8. Капралов Д. С., Шиятов С. Г., Фомин В. В., Шалаумова Ю. В. Пространственно-0временная динамика верхней границы леса на Южном Урале // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2007. No 180. С. 59–68.

9. Комаров А. С. Модели сукцессии растительности и динамики почв при климатических изменениях // Компьютерные исследования и моделирование. 2009. Т. 1. No 4. С. 405–413.

10. Комин Г. Е. Методика дендрохронологической оценки влияния парникового эффекта на рост леса // Лесоведение. 2003. No 1. С. 58–64.

11. Коровин Г. Н., Зукерт Н. В. Влияние климатических изменений на лесные пожары в России / Климатические изменения: взгляд из России; под ред. В. И. Данилова#Данильяна. М., 2003. С. 69–98.

12. Малевский Малевич С. П., Молькентин Е. К., Надежина Е. Д., Шкляревич О. Б. К оценке изменений пожароопасной обстановки в лесах России при ожидаемом потеплении климата в XXI веке // Метеорология и гидрология. 2005. No 3. C. 36–44.

13. Малевский Малевич С. П., Молькентин Е. К., Надёжина Е. Д. и др. Анализ изменения пожароопасной обстановки в лесах России в XX и XXI веках на основе моделирования климатических условий // Метеорология и гидрология. 2007. No 3. С. 14–24.

14. Манько Ю. И., Гладкова Г. А. Усыхание ели в свете глобального ухудшения темнохвойных лесов. Владивосток, 2001. 228 с.

15. Мерзленко М. Д. Тайны Тюрмеровского леса // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. 1998. No 4. С. 147–153.

16. Моисеев П. А. Влияние изменений климата на радиальный прирост и формирование возрастной структуры высокогорных лиственничников Кузнецкого Алатау // Экология. 2002. No 1. С. 10–17.

17. Мохов И. И., Чернокульский А. В., Школьник И. М. Региональные модельные оценки пожароопасности при глобальных изменениях климата // Доклады РАН. 2006. Т. 411, No 6. С. 808–811.

18. Мохов И. И., Чернокульский А. В. Региональные модельные оценки риска лесных пожаров в азиатской части России при изменениях климата // География и природные ресурсы России. 2010. No 2. С. 120–126.

19. Носкова Н. Е., Романова Л. И., Третьякова И. Н. Особенности генеративных процессов у сибирских видов хвойных в связи с климатическими изменениями // Вестник Томского государственного университета. 2004. No 10. С. 78–81.

20. Обзор санитарного и лесопатологического состояния лесов России за 2006 год. Пушкино, 2007. 160 с.

21. Овчинников Д. В., Ваганов Е. А. Дендрохронологические характеристики лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) на верхней границе леса в горном Алтае // Сибирский экологический журнал. 1999. No 2. С. 145–152.

22. Панюшкина И. П., Овчинников Д. В. Климатически обусловленная динамика радиального прироста лиственницы в Горном Алтае // Лесоведение. 1999. No 6. С. 22–32.

23. Парилова Т. А., Кастрикин В. А., Бондарь Е. А. Многолетние тенденции сроков наступления фенофаз растений в условиях потепления климата (Хинганский заповедник, Среднее Приамурье) / Влияние изменения климата на экосистемы бассейна реки Амур. М., 2006. С. 47–51.

24. Поздняков Л. К. Мерзлотное лесоведение. Новосибирск, 1986. 192 с.

25. Сидорова О. В., Наурзбаев М. М. Реакция на климатические изменения лиственницы Каяндера на верхней границе леса и в долине р. Индигирки // Лесоведение. 2002. No 2. С. 73–75.

26. Тимошок Е. Е., Нарожный Ю. К., Диркс М. Н., Березов А. А. Опыт совместных гляциологических и ботанических исследований молодых морен в Центральном Алтае // Экология. 2003. No 2. С. 101–107.

27. Харук В. И., Двинская М. Л., Рэнсон К. Дж., Им С. Т. Проникновение вечнозеленых хвойных деревьев в зону доминирования лиственницы и климатические тренды // Экология. 2005. No 3. С. 186–192.

28. Харук В. И., Двинская М. Л., Рэнсон К. Дж. Пространственно-временная динамика пожаров в лиственничных лесах северной тайги Средней Сибири // Экология. 2005. No 5. С. 334–343.

29. Харук В. И., Им С. Т., Рэнсон К. Дж., Наурзбаев М. М. Временная динамика лиственницы в экотоне тундры // Доклады Академии наук. 2004. Т. 398. No 3. С. 1–5.

30. Харук В. И., Рэнсон К. Дж., Им С. Т., Наурзбаев М. М. Лиственничники лесотундры и климатические изменения // Экология. 2006. No 5. С. 323–331.

31. Чебакова Н. М., Парфенова Е. И. Прогноз продвижения границ леса при изменении климата к концу 20 века в Средней Сибири // Вычислительные технологии. 2006. Т. 11, ч. 3. С. 77–86.

32. Цветков В. Ф., Цветков И. В. К проблеме усыхания еловых лесов в Архангельской области / Усыхающие ельники Архангельской области, проблемы и пути их решения. Архангельск, 2007. С. 20–30.

33. Шашкин Е. А., Ваганов Е. А. Динамика прироста площадей сечения стволов у деревьев в разных районах Сибири в связи с глобальными изменениями температуры // Лесоведение. 2000. No 3. С. 3–11.

34. Шерстюков Б. Г., Шерстюков А. Б. Лесные пожары при потеплении климата в XXI веке // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2013 Т. 25. С. 300–314.

35. Шиятов С. Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург, 2009. 215 с.

36. Шиятов С. Г., Мазепа В. С. Климатогенная динамика лесотундровой растительности на Полярном Урале // Лесоведение. 2007. No 6. С. 1–13.

37. Шиятов С. Г., Терентьев М. М., Фомин В. В. Пространственно-временная динамика лесотундровых сообществ на Полярном Урале // Экология. 2005. No 2. С. 83–90.

38. Шиятов С. Г., Терентьев М. М., Фомин В. В., Циммерманн Н. Е. Вертикальный и горизонтальный сдвиги верхней границы редколесий и сомкнутых лесов в ХХ столетии на Полярном Урале // Экология. 2007. No 4. С. 243–248.

39. Школьник И. М., Молькентин Е. К., Надежина Е. Д. и др. Экстремальность термического режима в Сибири и динамика пожароопасной обстановки в 21 веке: оценки с помощью региональной климатической модели ГГО // Метеорология и гидрология. 2008. No 5. C. 5–15.

40. Яковлев А. С., Яковлев И. А. Дубравы Среднего Поволжья. Йошкар-Ола, 1999. 351 с.

41. Aakala T., Kuuluvainen T. Summer droughts depress radial growth of Picea abies in pristine taiga oа the Arkhangelsk province, northwestern Russia // Dendrochronologia. 2011. V. 29. No 2. P. 67–75.

42. Allen C. D., Macalady A. K., Chenchouni H. et al. A global overview of drought and heat-induced tree-mortality reveals emerging climate change risks to forests // Forest Ecology and Management. 2010. V. 259. No 4. P. 660–684.

43. Briffa K. R., Schweingruber F. H., Jones P. D. et al. Reduced sensitivity of recent northern tree-growth to temperature at northern high latitudes // Nature. 1998. V. 391. No 6668. P. 678–682.

44. Chapin III F. S., Callaghan T. V., Bergeron Y. et al. Global change and the boreal forest: thresholds, shifting states, or gradual change // Ambio. 2004. V. 33. No 6. P. 361–365.

45. Groisman P. Ya., Sherstyukov B. G., Razuvaev V. N. et al. Potential forest fire danger over Northern Eurasia: Changes during the 20 th century // Global and Planetary Change. 2007. V. 56. No 3-4. P. 371–386.

46. дата обращения: 29.04.2012. Terra Norte —

информационная система мониторинга бореальных экосистем. Институт космических исследований РАН.

47. Kokorin A. O., Nazarov I. M. The analysis of growth parameters of Russian boreal forests warming, and its use in carbon budget model // Ecological modeling. 1995. V. 82. P. 139–150.

48. Komarov A. S., Shanin V. N. Comparative analysis of the influence of climate change and nitrogen deposition on carbon sequestration in forest ecosystems in European Russia: simulation modelling approach // Biogeosciences. 2012. V. 9. P. 4757–4770.

49. Korovin G. N. Analysis of the distribution of forest fires in Russia / Fire in Ecosystems of Boreal Eurasia. Dordrecht, 1996. P. 112–128.

50. Lapenis A., Shvidenko A., Shepaschenko D. et al. Acclimation of Russian forest to recent changes in climate // Global Change Biology. 2005. V. 11. No 12. P. 2090–2102.

51. Lelyakhin A. L., Kokorin A. O., Nazarov I. M. Vulnerability of Russian forest to Climate Changes. Model estimation of CO₂ fluxes // Climatic Change. 1997. V. 36. P. 123–133.

52. Lucht W., Schaphoff S., Erbrecht T. et al. Terrestrial vegetation redistribution and carbon balance under climate change // Carbon Balance and Management. 2006. V. 1. P. 1–7.

53. McGuire A. D., Chapin III F. S., Walsh J. E., Wirth C. Integrated regional changes in Arctic climate feedbacks: implications for the global climate system // Annual Review of Environment and Resources. 2006. V. 31. P. 61–91.

54. Ranson K. J., Sun G., Kharuk V. I., Kovacs K. Assessing tundra-taiga boundary with multi#sensor satellite data // Remote Sensing of Environment. 2004. V. 93. No 3. P. 283–295.

55. Rees G., Brown I., Mikkola K. et al. How can the dynamics of the tundra-taiga boundary be remotely monitored? // Ambio. 2002. V. 31. Special issue 12. P. 56–62.

56. Richardson A. D., Friedland A. J. A review of the theories to explain Arctic and alpine treelines around the world // Journal of Sustainable Forestry. 2009. V. 28. No 1-2. P. 218–242.

57. Shanin V. N., Komarov A. S., Mikhailov A. V., Bykhovets S. S. Modelling carbon and nitrogen dynamics in forest ecosystems of Central Russia under different climate change scenarios and forest management regimes // Ecological Modelling. 2011. V. 222. P. 2262–2275.

58. Soja A. J., Tchebakova N. M., French N. H. F. et al. Climate-induced boreal forest change: Predictions versus current observations // Global and Planetary Change. 2007. V. 56. No 3-4. P. 274–296.

59. Sukhinin A. I., French N. H. F., Kasischke E. S. et al. AVHRR-based mapping of fires in Russia: new products for fire management and carbon cycle studies // Remote Sensing of Environment. 2004. V. 93. No 4. P. 546–564.

60. Wilmking M., D’Arrigo R., Jacoby G. C. et al. Increased temperature sensitivity and divergent growth trends in circumpolar boreal forests // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32. L15715. P. 1–4.

61. Zhou L., Tucker C. J., Kaufmann R. K. et al. Variations in northern vegetation activity inferred from satellite data of vegetation index during 1981 to 1999 // Journal of Geophysical Research. 2001. V. 106. No D17. P. 20069–20083.

62. Yu M., Wang G., Parr D., Ahmed K. F. Future changes of the terrestrial ecosystem based on a dynamic vegetation model driven with RCP8.5 climate projections from 19 GCMs // Climatic Change. 2014. V. 127. P. 257–271.

63. Yue T. X., Fan Z. M., Chen C. F. et al. Surface modelling of global terrestrial ecosystems under three climate change scenarios // Ecological Modelling. 2011. V. 222, no. 14. P. 2342–2361.

Устойчивое лесопользование. 2016. №4. Т.48

Let's block ads! (Why?)