1 / 54

Краткий план

ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА В ЛЕСНЫХ И БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СИБИРИ Е.Ваганов Институт леса им.В.Н.Сукачева СО РАН. Краткий план. Немного истории: от работ по МБП к более полному пониманию биосферной роли наземной растительности

armand
Télécharger la présentation

Краткий план

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА В ЛЕСНЫХ И БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СИБИРИЕ.ВагановИнститут леса им.В.Н.Сукачева СО РАН

  2. Краткий план • Немного истории: от работ по МБП к более полному пониманию биосферной роли наземной растительности • Увеличение концентрации углекислоты и других парниковых газов в атмосфере и вопросы изменения климата • Бореальные леса и их значение для стабильности биосферы • Особенности углеродного цикла в бореальных лесах • Исследования углеродного цикла в разных пространственных и временных масштабах • Наземные, дистанционные измерения и моделирование углеродного цикла - Успехи и неопределенности • Выполняемые международные проекты

  3. МБП: исследования природных ресурсов биосферы Впервые унифицированные методы измерений продуктивности были использованы исследователями из разных стран. Измерения продуктивности, состава, трофических связей в экосистемах были выполнены впервые во многих районах земного шара. Впервые максимально возможное число параметров, характеризующих биологические ресурсы, были измерены на коротких и длительных временных интервалах. Впервые разрабатывался общий язык для описания функционирования экосистем. Для многих территорий большие международные экспедиции проводили совместные исследования впервые.

  4. Карта расположения участков работ по МБП в Сибири

  5. Годичная первичная продукция и общая биомасса некоторых крупных наземных биомов

  6. КПД фотосинтеза в различных биомах Coniferous forest КПД, % (логарифмическая шкала) 2 Deciduous forest 0,5 Steppe 0,1 Semi-desert 0,04 0,002 Фотосинтетически активная радиация, KJ/м2 ·year

  7. Пропорциональная связь между первичной продукцией и общей биомассой растений в тундровых сообществах

  8. Биомасса деревьев и наземной растительности в светлохвойных лесах вдоль градиента температуры Carbon, т/га Carbon, т/га Temperature, 0С

  9. 1980-1990: начало «космической эры» в экологии. Пространственная неоднородность и временная изменчивость природных экосистем создавала проблемы при трансформации точечных (на участках) измерений на большие территории. Экология нуждалась в новых подходах. И эти подходыбыли реализованы дистанционными измерениями со спутников. С начала 1980thспутники были снабжены инструментами, которые позволяли получать непрерывную информацию о состоянии атмосферы и поверхности Земли в разных диапазонах излучений с разным разрешением (Ресурс, NOAA, Landsat)

  10. “Okean-О” № 1 Functioningsatellite Terra (EOS AM-1), radiometerMODIS Satellite, planned to launch IRS-P4, deviceOCM " Meteor-3М " Aqua (EOS PM-1), radiometerMODIS " Monitor ", stream 1R " Econ " АПК ЕОСкан/АМ diameterof mirror 2.3 м " Prozrachni Mir "

  11. Пример LANDSAT: спектральные и радиометрические характеристики, используемые для картографирования Band Wavelength Basic primary rationale for vegetation TM 1 0,45-0,52 Sensitivity to chlorophyll and carotenoid concentration TM 2 0,52-0,60 Slight sensitivity to chlorophyll plus green region characteristics TM 3 0,63-0,69 Sensitivity to chlorophyll TM 4 0,76-0,90 Sensitivity to vegetation density or biomass TM 5 1,55-1,75 Sensitivity to water in plant leaves TM 6 2,08-2,35 Sensitivity to water in plant leaves TM 7 10,4-12,5 Thermal properties

  12. Пример карты растительности Енисейского меридиана (проект IGBP-NES) Для всей территории Енисейского меридиана (IGBR-NES) выделено 8 основных классов растительности только по дистанционным измерениям

  13. Пример более детальной классификации экотона лес-тундра по данным AHVRR 1 – rocky desert 2 – mountain tundra 3 – arctic and dwarf tundra 4 – tussock tundra 5 – dwarf tundra 6 – shrub tundra 7 – sparse forest-tundra (0,1 and less closure) 8 – low density larch forests (0,1-0,3) 9 – middle density larch forests (0,3-0,7) 10 – water and open bogs 11 – territory with not enough data for classification

  14. Динамика NDVI (съемка NOAA/AVHRR)

  15. Конец 20- начало 21 столетия: глобальные процессы на Земле и стабилизирующая роль биосферы Основные последствия ускоренного роста населения планеты и его технологической активности: Увеличение техногенных выбросов и концентрации парниковых газов в атмосфере; Увеличение технологического мусора и продуктов жизнедеятельности; (Население Земли: 1960 – 3,02 млрд, 1990 – 5,29 млрд) (к примеру США ежегодно производит отходов производств: муниципальных – 178, индустриальных – 628(265 – химически активные), сельскохозяйственных – 1400, добычи ископаемых – 1300) Потери лесной площади; (лесопокрытая площадь уменьшилась на 6% в течение последних 2-х десятилетий, в тропических лесах – на 18%) Увеличение земель индустриального использования (площади нетронутых земель не превышают 30% от всей суши и расположены в основном в Сибири и Северной Америке) Нестабильность климата (глобальное потепление)

  16. Увеличение концентрации двуокиси углерода в атмосфере в последние десятилетия

  17. Упрощенная схема влияния парниковых газов на потепление

  18. Изменения экотона лес-тундрав течение последних десятилетий в горах Урала

  19. Увеличение углекислоты в атмосфере и реакция биосферы: • Какова будет реакция в росте и продуктивности наземных экосистем разных климато-географических зон на повышение содержания углекислоты в атмосферы? • Может ли наземная растительность быть буфером изменений в газовом составе атмосферы (дополнительно аккумулировать углерод)? • Какие действия могут способствовать аккумулированию углекислоты из атмосферы и какова цена этих действий?

  20. Основные уравнения для оценки бюджета углерода NPP = GPP – RES Масштаб: от отдельных растений до их сообществ NEE= NPP – SoRES Масштаб: от древостоев до ландшафтов (мозаики растительности) NBP = NEE – DIST Масштаб: биомы (экорегионы) Пример северной тайги в Средней Сибири: DIST составляет примерно12-16 % от NPP, и достигает 70-75 % от NEE Ежегодные колебания DIST: от 5 % до 30 % oт NPP засушливые годы

  21. Сложности в исследовании углеродного цикла • Пространственная неоднородность (на региональном и локальном уровнях) • Вертикальная неоднородность внутри лесных экосистем • Различные «характерные времена» процессов ассимиляции и эмиссии углерода (фотосинтез, деструкция органики, и др.) etc) • Влияние природных и антропогенных факторов (периодическое или случайное)

  22. Упрощенная классификация методов измерения и расчета потоков и пулов углерода Данные инвентаризации лесов (данные лесной таксации) Наземные измерения • Измерения пулов на экспериментальных участках • Измерения потоков (eddy-covariance) Атмосферные измерения • Измерения вертикальных профилей концентрации углекислоты • Измерения потоков углекислоты на высотных мачтах (до 300 м) Дистанционные (спутниковые) измерения • Оценка наземной биомассы и продуктивности • Оценка дыхания и первичной продукции, эмиссии углерода вследствие пожаров Моделирование (комбинирование разных методов измерений и расчетные схемы)

  23. Преобладающие древесные породы российских лесов (x106 га)

  24. Полный бюджет углерода по данным лесной инвентаризации за 5-летний период(1988-1992)

  25. Динамика потоков углерода для двух сезонов в сосновом древостое

  26. NEE – чистая продукция экосистемы (сосновый древостой, Зотино, средняя тайга)

  27. Расчеты общего бюджета углерода для отдельного древостоя по измеренным пулам и потокам (сосновый древостой, Зотино)

  28. Углеродный бюджет елового древостоя, Шерридон, Канада)

  29. Сезонные изменения концентрации углекислоты на двух уровнях вертикального профиля атмосферы, Зотино

  30. Channel 1 Apparent light Channel 2 Infrared light Channel 3 Infrared thermo Channel 4 Infrared thermo Схема вычислений NPP из многоканальных спектральных космоснимков NDVI Temperature differences Minimized Reflected PAR • Phenology • Absorbed PAR Transformed NDVI (TVX) Surface radiometric Temperature (Ts) Atmospheric moisture Soil surface Moisture (CSI) Air temperature Ta Air water deficit (VPD) Moisture of dew-point Aboveground phytomass Annually absorbed PAR (APAR) Annual Photosynthesis (Eg) NPP Respiration (Ra)

  31. Изменения в активности лесной растительности, оцененные по снимкам спутника LANDSAT

  32. Оценка углеродного пула, комбинируя спутниковые данные и данные инвентаризации лесов

  33. Карта глобального распределения NPP по результатам расчетов вегетационных моделей

  34. Сопряженность между трендами NDVI (ассимиляционной активностью растительности) и трендами в приросте древесных растений в Сибири

  35. Система лазерного сканирования поверхности и лесного полога

  36. Пример сигнала, измеряемого лазерным сканером с высокой разрешающей способностью (Altex Observer)

  37. Основные неопределенности в оценке углеродного бюджета связаны с крупными нарушениями • Лесные пожары • Вспышки насекомых • Нелегальные вырубки • Индустриальное землепользование

  38. Снимок LANDSAT, показывающий участки сплошных рубок

  39. Карта распределения поллютантов Норильского комбината (по контрасту со снеговым покровом)

  40. Krasnoyarsk Abakan Снимок NOAA южной части Енисейского меридиана, показывающий несколько лесных пожаров на 25.05.99

  41. Пример России: площади, пройденные пожарами ежегодно в 1970 – 2000

  42. Оценка площадей пожаров в 1998 г по данным космоснимков NOAA AVHRR

  43. Пожары в Северной Евразии в 1998 г.

More Related