Введение к работе
Актуальность темы
Леса являются существенным элементом биосферы, в значительной степени влияющим на условия жизни на Земле. Прогноз состояния лесов является вакным как с точки зрения изучения их экологии и динамики, так и с точки зрения перспективного планирования лесных ресурсов. Однако длительные характерные времена (IC^-IO2 лет) лесной динамики и ограниченность времени, доступного отдельному исследователю, делают необходимым применение методов математического моделирования для изучения и прогнозирования состояния лесов.
Потребность в разработке математических моделей лесной динамики резко увеличивается в связи с возможным изменением климата. Влияние климата различно по интенсивности и направленности воздействия на разные иерархические уровни организации леса, а именно - на отдельное дерево, лесной фитоценоз," большую лесную территорию (лесной ландшафт). Оценка и прогноз результирующего влияния изменений климата на лес в целом возможен только с использованием соответствующей модели, разработка которой предполагает наличие моделей, описывающих индивидуальные реакции каадого из трех перечисленных уровней. К настоящему времени накоплен определенный опыт в области моделирования роста отдельного дерева и динамики лесного фитоценоза с учетом изменений климата, однако практически полностью отсутствуют аналогичные модели территориального уровня. Предлагаемая работа призвана восполнить этот пробел и является необходимым звеном для решения макрозадачи - описания динаміки леса как элемента биосферы и ее прогноза с учетом изменений климата.
Диссертационная работа выполнена в рамках плановой теш ЛАМ "Оценить устойчивость климатической системы по отдельным элементам и реакцию северных лесных экосистем на их изменение" (тема УІ.266.01, 20 плана ЛАМ, задание ГКНТ 0.74.09.03.06.Н2 НТП "Атмосфера").
Цель работы
Цель диссертационной работы состоит в построении пространственной модели долговременной динамики бореальЕых лесов. Пространственной мы называем модель, описывающую динамику лесов на большой территории (Юэ-Ю4 кв.км), не обязательно однородной в
смысле экологических условий, с учетом взаимодействия составляющих территорию ландшафтных, единиц. Под моделью долговременной динамики мы понимаем модель, описывающую динамику леса на временах порядка 101-102 лет. Модель дожна учитывать влияние изменений климатических параметров а) на механизмы пространственного взаимодействия между составляющими территорию единицами и б) на эндогенную (в отсутствие взаимодействия) динамику составляющих этих единиц. Модель должна быть привязана к данным по динамике лесов конкретной территории и должна быть пригодной для прогноза долговременной динамики лесов этой территории при возможных изменениях климата.
Методы исследования
При выполнении диссертационной работы использовались методы математического анализа, прикладной математической статистики и прикладной вычислительной математики. Пакет программ, реализующий работу модели и средства ее анализа, разработан с использованием языков программирования FORTRAN 77 и TurboPascal.
Научная новизна работы
В диссертации разработаны:
имитационная пространственная модель долговременной динамики лесов, учитывающая влияние процессов распространения пожаров и рассеяния семян и влияние изменений климатических параметров;
динамический вариант названной выше имитационной модели, представляющий собой систему нелинейных динамических уравнений второго порядка;
метод учета зависимости параметров имитационной модели от основных климатических параметров - среднесезонной температуры воздуха, сезонной суммы осадков и максимальной за сезон продолжительности бездождевого периода;
метод привязки модели к данным по долговременной динамике лесов конкретной лесной территории, основанный на использовании распределений числа пожаров по долям сгоревшей территории.
Практическая ценность работы
Математическая модель; разработанная в диссертационной ра-
боге, может быть использована для прогноза долговременной динамики большой лесной территории для различных сценариев изменения основных іслиматических параметров. При разработке модели не предусматривалось ее использование в целях организации эффективной охраны лэсоз от пожаров. Модель позволяет прогнозировать состояние леса на большой лесной террритории - суммарный запас, средний возраст, среднюю возрастную структуру, а также характеристики пирологического рекима лесной территории - среднее число пожаров за произвольный период времени, среднюю долю территории, сгорающую за год. Модель целесообразно использовать при перспективном планировании оптимального режима лесопользования, например, рубок леса в хозяйственных целях.
Апробация работы
Основные результаты исследований доложены и обсуждены на I конференции молодых ученых ЛАМ (Москва, 1984); на конференции по бореальным лесам в Международном институте прикладного системного анализа (Лаксенбург, Австрия, 1987); на объединенном семинаре по программе "Окружающая среда" в Международном институте прикладного системного анализа (Лаксенбург, Австрия, 1988); на семинаре лаборатории лесной пирологии Института леса и древесины СОАН СССР (Красноярск, 1989); на международном симпозиуме "Северные леса: состояние, динамика, антропогенное воздействие" (Архангельск, 1990).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Кроме того, по материалам диссертации сданы в печать две работы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
современное состояние бореальных лесов не является устойчивым стационарным состоянием; современная динамика бореальных лесов является не переходом от одного стационарного состояния к другому, а представляет собой в определенном смысле устойчивый, квазипериодический режим;
названный устойчивый динамический режим характеризуется чередованием периодов малой пожарной активности (с малой долей сгорающей за год лесной территории) и вспышками крупных пожа-
ров, охватывающих большие по площади лесные территории;
для правильного описания пространственых эффектов динамики больших лесных территорий необходим учет взаимодействия составляющих территорию ландшафтных единиц; в первую очередь, необходим учет процессов распространения пожаров и рассеяния семян; с математической точки зрения это означает необходимость использования нелинейных динамических.или имитационных моделей;
вероятности возникновения и распространения пожаров зависят от возраста леса (времени, прошедшего с момента последнего разрушительного пожара) и текущего значения климатических параметров; при этом вероятности возникновения пожара убывают, а вероятности распространения пожара возрастают с увеличением возраста леса;
основными климатическими параметрами, влияющими на пространственную динамику бореальных лесов, являются среднесезонная температура воздуха, сезонная сумма осадков и максимальная за сезон продолжительность бездокдевого периода; под сезоном понимается пожароопасный сезон;
предполагаемые сдвиги значений перечисленных климатических параметров относительно своих среднемноголетних значений повлекут заметное изменений состояния лесов; в частности, увеличение среднесезонной температуры воздуха приведет к уменьшению среднего возраста и суммарного запаса лесов на больших лесных территориях.
Структура и объем работы
диссертация содержит ИЗ стр. машинописного текста, включая 10 таблиц и 28 иллюстраций, состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 54 наименований.