Выявление влияния климатических (осадки) и гелиофизических (солнечная активность) факторов на радиальный прирост деревьев

 

Цель работы: На основе сравнительного визуального анализа графиков относительных индексов прироста общей и поздней древесины (сосны, дуба), осадков и чисел Вольфа выявить влияние климата и солнечной активности на прирост деревьев.

Приборы и материалы: миллиметровая бумага, карандаши, линейки, микрокалькуляторы, персональные компьютеры, измерительный комплекс ЛИНТАБ (LINTAB)-6 с пакетом прикладных программ.

 

На миллиметровой бумаге следует построить графики: осадков (годовых или теплого периода – по усмотрению преподавателя), относительных индексов радиального прироста (общей ширины годичного кольца или поздней древесины – по усмотрению преподавателя) и солнечной активности, выраженной в числах Вольфа. Все три графика строятся на одном листе миллиметровки, друг под другом, с одинаковым масштабом по оси абсцисс (годы), так, как это показано в приложении 8. Наложение всех трех кривых на одном графике возможно, но требует дополнительной обработки данных (рис. 3 прилож. 12).

Данные для построения графика № 1, о количестве осадков за год берутся в приложении 9, за теплый период – в приложении 10. В приложениях 9, 10 приведены данные о количестве осадков с 1862 г. по 2012 г. по метеостанции " Воронеж". За годы с отсутствующим или неполным рядом наблюдений (1892, 1893, 1896, 1897, 1898, 1942, 1943 гг.) метеоданные восстановлены Матвеевым С.М. на основе данных других метеостанций области и данных дендроклиматического анализа сосны обыкновенной Усманского бора (Левобережное лесничество Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА).

Данные для построения графика № 2 (относительные индексы радиального прироста) берутся из таблиц, рассчитанных на предыдущем занятии.

Данные для построения графика № 3 (солнечная активность) берутся из приложения 11. В приложении 11 приведены ежегодные данные о солнечной активности (округленные данные), выраженной в числах Вольфа с 1860 г. по 2012 г. (данные обсерватории г. Цюриха).

Солнечной активностью принято называть совокупность физических явлений, происходящих на Солнце. На Солнце существует много процессов, характеризующих его активность. Наиболее явным признаком солнечной активности являются солнечные пятна (крупномасштабные темные образования на поверхности Солнца сравнительно низкой температуры, обладающие колоссальными магнитными полями).

Пятна на Солнце появляются и исчезают в определенном ритме. Наблюдения за изменением числа пятен (в начале эпизодические, затем регулярные) ведутся в течение нескольких веков. В среднем период цикла пятен оказался приблизительно равен 11 годам (от минимума до следующего минимума) с колебаниями от 7 до 17 лет. В фазе минимума происходит смена полярности групп пятен, т.е. 11 лет – количественный период, а полный магнитный период – 22 года. Цюрихский астроном Рудольф Вольф для выражения солнечной активности ввел комбинированный индекс солнечных пятен, получивший название чисел Вольфа (W):

W = K (10g + F), где

g – число наблюдений групп и отдельных пятен в определенный момент времени;

F - полное число пятен подсчитанных в этих группах и отдельно;

K – коэффициент, зависящий от наблюдателя и инструмента наблюдения.

Р. Вольф построил временной ряд чисел с 1700 г. по 1847 г., который непрерывно пополняется по настоящее время. Солнечным циклам дана нумерация. Первым считается цикл от минимума 1755 г. до минимума 1766 г. В 1996 г. наблюдался минимум солнечной активности, закончивший 22-й, отрицательный по магнитным характеристикам цикл (для северного полушария Солнца), в 2008 г. закончился 23-й цикл, имевший положительную полярность. В настоящее время наблюдается эпоха максимума 24-го цикла.

Годы, в которые числа Вольфа имеют максимальную или минимальную величину, называют соответственно, эпохами максимума или минимума 11-летнего цикла солнечной активности. Интервал времени от эпохи минимума до эпохи максимума получил название ветви роста, а от эпохи максимума до эпохи следующего минимума – ветви спада 11-летнего цикла (Витинский, 1969).

Физический механизм воздействия солнечной активности на климат Земли и другие природные процессы достаточно сложен и до сих пор не до конца раскрыт. Чаще всего воздействие солнечной активности на процессы, происходящие в тропосфере Земли и на ее поверхности, является опосредованным: через изменение интегральной и спектральной характеристик солнечной постоянной, ионизацию верхней атмосферы, изменение и усиление общей циркуляции атмосферы и т.д.

Студентам предлагается на основе построенных графиков, провести сравнительный визуальный анализ относительных индексов прироста, осадков и солнечной активности следующим образом:

· провести визуальный анализ относительных индексов прироста по схеме изложенной в теме 4;

· определить и сравнить количество осадков в годы экстремальных значений прироста;

· сравнить даты экстремумов прироста с фазами солнечной активности;

· проанализировать амплитуду и частоту колебаний прироста и количества осадков на фоне солнечной активности;

· выявить и сравнить доминирующие циклы в динамике прироста, осадков и солнечной активности;

· сделать заключение о связи динамики радиального прироста деревьев с изменением количества осадков и фазами солнечной активности.

 

ТЕМА 10 (2 часа)