|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Трансформация криогенных ландшафтов приморских равнин Чукотки на фоне изменений климата (РНФ)НИР
The transformation of cryogenic environment of Chukotka coastal plains due to climate change
- Руководитель НИР: Маслаков А.А.
- Участники НИР: Григорян А.Г., Стекольщиков И.О.
- Подразделение: Научно-исследовательская лаборатория геоэкологии Севера
- Срок исполнения: 8 августа 2023 г. - 30 июня 2025 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 23-77-01016
- Номер ЦИТИС: 123100900021-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: связанность территории Российской Федерации
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.65.15 Формирование вечно- и сезонномерзлых пород
- 39.19.25 Биогеография
- 39.19.31 Ландшафтоведение
- Классификатор OECD: Науки о Земле и смежные экологические науки
-
Ключевые слова:
тундра, деградация многолетней мерзлоты, климатические изменения, растительность, многолетняя мерзлота, динамика растительности, сезонноталый слой
climatic changes, tundra, seasonally thawed layer, vegetation dynamics, permafrost, vegetation, degradation of permafrost -
Описание:
Цель проекта - определение долгосрочной эволюции ландшафтов приморских равнин Восточной Чукотки на фоне изменений климата за 2000-2024 гг.
-
Abstract:
Modern climatic changes occur in the Arctic several times more intense than the average for the globe, which is reflected in the rapid change in natural conditions at high latitudes. Vegetation is both a sensitive indicator of changes in external influences and a factor that determines the conditions for heat exchange between the atmosphere and underlying rocks. Ground covers sometimes are more powerful regulator of permafrost conditions than climate changes. For the region of typical and mountainous tundra, which occupies significant areas of the northeast of Russia, the climate warming observed in recent decades leads to a noticeable restructuring of tundra landscapes. The evolution of vegetation, which manifests itself on a scale of decades, can provoke both positive and negative feedbacks, which cannot but affect the parameters of the seasonally thawed layer, the activity of cryogenic processes, and the state of permafrost. When modeling changes in the natural environment of the Arctic, the predicted permafrost-climatic conditions are estimated, for which the displacement of natural zones is calculated, but the effect of the changed vegetation on the thermal regime of soils is practically not taken into account. Thus, the project is aimed at solving the problem of determining the long-term evolution of the landscapes of the coastal plains of Eastern Chukotka against the background of climate change for 2000-2024. The scientific novelty of the proposed research lies in the high detail of the study of the complex interaction of vegetation cover and permafrost conditions against the backdrop of a changing climate over the past 20 years using the results of long-term monitoring observations, field geobotanical descriptions and in-depth analysis of remote sensing data. The Chukotka Peninsula, located far from large sources of anthropogenic pollution, was chosen as a model region. The project will allow to determine the long-term response of vegetation to changing climatic and geocryological conditions. The estimates obtained will make it possible to correct the results of numerical modeling of the predictive dynamics of the thickness of the seasonally thawed layer and the permafrost temperature. An important aspect of the scientific significance of the project is associated with obtaining quantitative estimates of the dynamics of bioproductivity of tundra ecosystems in Eastern Chukotka over the past 20 years.
-
Планируемые результаты:
Оценка изменения видового состава и продуктивности фитомассы растительности в пределах 2 площадок CALM, оценка эволюции растительных сообществ на ключевом участке приморских равнин Восточной Чукотки на фоне вариаций климатических характеристик и параметров сезонноталого слоя (мощность, температурный режим, осадка при оттаивании) за 2000-2024 гг.
-
Научный задел:
В качестве задела к настоящему проекту лежат результаты, полученные в результате реализации проектов РФФИ «Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений» (2018-2020 гг.) и РНФ «Восприимчивость многолетнемёрзлых пород приморских равнин Восточной Чукотки к современным климатическим изменениям» (2019-2021 гг.). На ключевой участок исследований (172 км2), в который входят 2 площадки CALM, упомянутые выше, были определены основные типы растительности, составлены геоморфологическая и ландшафтные карты, а также карты устойчивости ландшафтов и потенциальной активизации экзогенных процессов в результате прогнозируемого потепления климата и возможного антропогенного воздействия в масштабе 1:100 000. Были также проведены исследования параметров переходного слоя мерзлоты, распространения и генезиса пластовых льдов, а также наземные и дистанционные измерения вертикальных движений земной поверхности в результаты оттаивания сильнольдистой кровли многолетней мерзлоты. В пределах 2 мониторинговых площадок СТС были определены темпы деградации многолетнемёрзлых пород за 2000-2019 гг., выявлена взаимосвязь глубины сезонного оттаивания с климатическими характеристиками и эдафическими условиями и выполнен локальный прогноз динамики мерзлотных условий в соответствии с проекциями климатических характеристик до 2099 г. Результаты исследований представлены в ряде научных публикаций, курсовых и дипломных работ, а также широко освещались в региональных и федеральных СМИ. Руководитель проекта владеет массивом многолетних (2000-2022 гг.) полевых измерений проективного покрытия и надземной фитомассы растительного покрова, а также результатами измерения мощности сезонноталого слоя, влажности приповерхностного слоя почвы, сезонной осадки оттаивающей почвы в пределах 2 площадок CALM Восточной Чукотки, из которых данные за 2012-2022 гг. собраны руководителем лично.
-
Основные результаты:
Серия карт, отражающих изменение растительного покрова в пределах изучаемого участка на двух масштабных уровнях: локальном (составляются по результатам съёмки с БПЛА и полевых материалов за период с 2002 по 2023 год, отражают изменение растительного покрова в пределах площадок CALM) и региональном (составляются по космическим снимкам со спутников серии Landsat и полевым данным за период с 2002 по 2023 год, отражают изменение растительного покрова в пределах ключевого полигона 170 км2, на котором расположены обе площадки CALM). Такие карты будут визуализацией комплексной оценки изменения растительного покрова за рассматриваемый период.
- Добавил в систему: Маслаков Алексей Алексеевич
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 8 августа 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Трансформация криогенных ландшафтов приморских равнин Чукотки на фоне изменений климата |
| Результаты этапа: Проведены полевые исследования на двух площадках CALM Чукотского полуострова (определены параметры СТС, проективное покрытие растительности, проведены укосы фитомассы, проведена аэрофотосъёмка с БПЛА, сопровождаемая тахеометрическими измерениями). Выполнена обработка полевых данных, построены ортофотопланы и ЦММ двух площадок CALM. | ||
| 2 | 1 января 2024 г.-30 июня 2024 г. | Трансформация криогенных ландшафтов приморских равнин Чукотки на фоне изменений климата |
| Результаты этапа: В ходе обработки данных аэрофотосъёмки с БПЛА в летний сезон 2023 г. в ПО Agisoft Metashape Professional было построено два ортофотоплана и цифровых моделей местности для площадок CALM Лаврентия (R-27) и Лорино (R-41). Составлены детальные карты растительности в пределах двух площадок CALM на основе данных о проективном покрытии разных групп растений в 2023 г. Контура нанесены по снимкам, сделанным на площадках 24.07.2023 (Лаврентия) и 02.08.2023 (Лорино). В результате анализа полученных карт получены данные о соотношении площадей, покрытых различными микроценозами на ключевых участках. Таким образом, значительная часть территории площадок занята злаково-осоковым сухотравьем – в обоих случаях более 70% от всей площади ключевого участка. Около 8% территории CALM-Лаврентия покрыто ивово-злаково-осоковыми сообществами, ещё 5% приходится на злаково-осоковые и осоково-злаковые микроценозы с незначительным участием прочих видов. В целом рассматриваемая площадка характеризуется относительно невысоким флористическим разнообразием, что может быть обусловлено ее положением на водноледниковой равнине. Площадка Лорино расположена на морской террасе, и на ней отмечается произрастание голубики, багульника и березы – родов, не характерных для CALM-Лаврентия, что свидетельствует о более высокой степени увлажнения почв на площадке Лорино. На злаково-осоковые сфагновые микроценозы приходится около 3% территории. Чуть меньшую часть площадки (по 2%) занимают ивовые и березовые злаково-осоковые микроценозы с участием голубики. Стоит отметить наличие на площадках обводненных участков, причём на CALM-Лорино они занимают значительную территорию – около 14% площадки, это обусловлено тем, что её пересекает широкая ложбина. На площадке в окрестностях с. Лаврентия обводненные участки занимают лишь 2% территории. Анализ многолетнего мониторинга сезонного оттивания на двух площадках CALM показал, что в целом, для обеих площадок наблюдается кратковременная тенденция к снижению глубины максимального сезонного оттаивания почвы, вызванная понижением среднелетних температур воздуха. Анализ влияния летних и зимних осадков, а также суммы летних и зимних температур на глубину сезонного оттаивания в пределах мониторинговых площадок представлен в виде регрессионных уравнений. | ||
| 3 | 1 июля 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Трансформация криогенных ландшафтов приморских равнин Чукотки на фоне изменений климата |
| Результаты этапа: За 2001-2024 гг. растительный покров в пределах площадок CALM Восточной Чукотки варьировался по определённым закономерностям. На площадке CALM-Лаврентия отмечаются значительные колебания в проективном покрытии сухими осоками. Относительно интенсивно снижается участие белокопытника, немного снизилось проективное покрытие брусники. Ивы, а также совсем редко встречающиеся по площадке лишайники немного увеличили проективное покрытие. За исследуемый период времени возросла роль зеленых мхов – увеличилось проективное покрытие сфагнума, также по данному параметру в отношении прочих мхов наблюдался рост в 2014, 2017-2022 гг. За рассматриваемый период времени увеличили проективное покрытие на площадке Лорино злаки и осоки, в частности, сухие. Незначительно снижается или практически не меняется роль разнотравья (морошки, белокопытника) и некоторых кустарничков (голубика, шикша). В целом по площадке Лорино по данным за 2013-2023 гг. отмечается снижение проективного покрытия влаголюбивых растений – ив и зеленых мхов, в том числе сфагнума (рис 12б). Помимо этого, заметно некоторое уменьшение участия брусники и лишайников, наиболее устойчивых к засушливым условиям среды. Таким образом, можно предположить, что за 2013-2023 гг. на площадке Лорино степень увлажнения почв немного снизилась, что способствует распространению сухотравных и злаково-осоковых фитоценозов, однако не способствует увеличению проективного покрытия брусники и лишайников. За полевой сезон 2024 г. были выполнены следующие работы: • Определение проективного покрытия растений на площадках CALM; • Составление геоботанических описаний на участке от с. Лорино до с. Лаврентия в растительных сообществах различной биопродуктивности и в пределах разных ландшафтных условий территории исследования по 4 трансектам; • Отбор гербарных образцов для их последующего определения в камеральных условиях; • Отбор гербарных образцов типичных на исследуемой территории видов растений; • | ||
| 4 | 1 января 2025 г.-30 июня 2025 г. | Трансформация криогенных ландшафтов приморских равнин Чукотки на фоне изменений климата |
| Результаты этапа: 1) Получены значения максимальной глубины сезонного оттаивания, вариаций дневной поверхности, температурного режима сезонноталого слоя и проективного покрытия растительности в пик вегетации для площадок многолетнего мониторинга Лаврентия и Лорино за 2024 гг. По отношению к остальному массиву многолетних наблюдений, полученные значения СТС подтвердили нисходящий тренд этой характеристики, начавшийся в 2019-2020 гг. (Приложение 1 (здесь и далее), рис. 3-В). До этого времени мощность СТС устойчиво росла с 2000 года со скоростью 0,7-1,9 см/год. За 2020-2024 гг. тренд сменился в обратную сторону: -1,9...-3,7 см/год. Таким образом, за весь период наблюдений на площадке Лаврентия (2000-2024) рост мощности СТС составил 0,4 см/год, а на Лорино (2010-2024) – 0,9 см/год. Полученные сведения использованы при подготовке раздела Четвёртого тома Национального доклада «Глобальный климат и почвенный покров России: арктическая зона, мерзлотные почвы — будущему России (сельское и лесное хозяйство)». 2) Динамика суммы положительных и отрицательных среднесуточных температур за 2000-2024 гг. представлена на рисунке 3-А. Направленного тренда в термических характеристиках летних сезонов за рассматриваемый период не отмечается, однако можно выделить положительные и отрицательные аномалии летней теплообеспеченности относительно среднего значения (705°), имеющие длительность 4-7 лет. Периодами положительных аномалий, соответствующие более тёплым летним сезонам, являются 2002-2007 г. и 2016-2020 гг. Периоды отрицательных аномалий – 2008-2015 и 2020-2024 гг. 3) Анализ результатов многолетних измерений вертикальных движений поверхности почвы в пределах площадки мониторинга Лаврентия за 2003-2024 гг. в комбинации с результатами геодезических измерений на площадке в 2006, 2012, 2018 и 2023 гг. позволили установить пространственно-временные вариации отметок дневной поверхности в узлах площадки. Среднегодовое значение опускания дневной поверхности в результате сезонной осадки оттаивающих пород за период 2003-2024 гг. составило 2,4 см, максимальное значение зафиксировано в 2004 году и составило 6 см, минимальное: -1,7 см в 2021 г. Суммарное опускание дневной поверхности в пределах площадки CALM за 20 лет составило 50,5 см. Выявлена зависимость скорости опускания дневной поверхности в результате осадки оттаивающих пород от летней теплообеспеченности. В периоды положительных аномалий температуры летних сезонов отмечается повышенная скорость опускания поверхности – 3,2-3,5 см/год, а в периоды отрицательных (холодные летние сезоны) она снижается до 1,4-1,9 см/год (рис. 10). Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что на фоне усиливающегося с середины XX в. потепления климата высоких широт, компенсационные механизмы, обусловленные реакцией ландшафтных условий, не позволяют в полной мере восстанавливать защитный (переходный) слой ММП, как это считалось некоторыми исследователями ранее [Каневский, 2003; Конищев, 2009]. 4) Наблюдаемое опускание поверхности на площадке Лаврентия происходит неравномерно по площади, что подтверждается результатами геодезических измерений. За 2006-2023 гг. среднее опускание дневной поверхности составило 39 см. Характерно, что участок наибольшего опускания хорошо соотносится с ложбиной стока, проходящей по площадке с юго-западного угла на восток (рис. 11). Участки с повышенными значениями опускания поверхности также представлены очагово в центральной части площадки (узлы 57, 49, 62), в пределах которой также расположена ложбина стока, простирающаяся с запада на восток, но гораздо слабее выраженная как в рельефе, так и на ортофотоплане. Таким образом, в пределах компактного тундрового участка приморских равнин Восточной Чукотки инструментально зафиксировано опускание дневной поверхности без образования выраженных термокарстовых и термоэрозионных форм рельефа. Наиболее явно этот процесс проявился в углублении существующих небольших ложбин стока в пределах площадки Лаврентия. 5) Анализ влияния выбранных пространственных и временных факторов (квадратный корень из суммы положительных среднесуточных температур, средняя по площадке глубина сезонного оттаивания в течение тёплого сезона, порядковый день года, мощность поверхностного органогенного горизонта в узле площадки, максимальная глубина оттаивания в узле площадки и положение узла площадки в рельефе) на вариации отметок дневной поверхности на микроландшафтном уровне показали их незначительную роль на вариации вертикальных движений. По всей вероятности, существует неявный фактор, оказывающий определяющее воздействие на долгосрочную эволюцию рельефа кровли многолетней мерзлоты и дневной поверхности. Этим фактором может являться переходный слой мерзлоты, криофациальные свойства которого могут не отражаться в ландшафтных условиях поверхности. Выдвинутая гипотеза должна быть заверена дальнейшими криолитологическими исследованиями в естественных обнажениях или по результатам бурения на фациальном уровне в пределах единой формы мезорельефа и является предметом дальнейших научных изысканий руководителя проекта. 6) Анализ научных публикаций, в которых содержались сведения о прямых многолетних наблюдениях за вертикальными вариациями дневной поверхности в различных районах криолитозоны мира показал глобальный охват явления опускания дневной поверхности в результате оттаивающего верхнего горизонта многолетней мерзлоты (Рис. 12; Streletskiy et al., 2025). Понижение дневной поверхности составляет от 0,5-1,0 см/год в областях распространения малольдистых пород (например, плато Тибет) до 3-5 и более см/год в районах распространения сильнольдистых отложений, в частности, едомы. Отдельно рассматривались работы, посвящённые осадке оттаивающих пород в результате антропогенного воздействия и лесных пожаров, где скорость опускания дневной поверхности могла достигать 20 см/год. 7) Материалы, полученные в ходе ландшафтного профилирования, а также в ходе рекогносцировочных полевых маршрутов легли в основу карты растительного покрова в пределах полигона исследований «Приморские равнины Восточной Чукотки» (см. Приложение 1, рис. 6). Карта отражает основные закономерности распределения сочетаний растительных сообществ на исследуемой территории. На карте выделено 4 группы растительных сообществ, отличных по структуре, флористическому составу и интенсивности вегетации: 1) кочкарные осоково-кустарничковые и осоково-пушицево-кустарничковые моховые тундры в сочетании с разнотравно-кустарничково-лишайниковыми тундрами (NDVI от 0,4 до 0,65), занимающие 70% территории полигона и развивающиеся в основном на приморских равнинах и в нижних частях горных склонов; 2) кустарничково-лишайниковые горные тундры с низкой биопродуктивностью (NDVI от 0,2 до 0,4), занимающие 10% исследуемой территории и встречающиеся на вершинных и привершинных поверхностях; 3) наиболее продуктивные растительные сообщества (NDVI > 0,65), образующие группу разнотравно-кустарничково-злаковых, хвощёво-пушицево-осоковых луговин и влажных тундр и занимающие около 6% исследуемого участка. В фитоценозах, отнесенных к данной группе, отмечено участие кустарников – ивы аляскинской (Salix alaxensis (Andersson) Coville), которая может служить индикатором сообществ с повышенной биопродуктивностью, развивающихся в местах наиболее интенсивного сезонного оттаивания. 4) приуроченные к вершинным поверхностям гольцы (около 5%) с единичными сосудистыми растениями, (NDVI <0,2). Ещё 5% площади исследуемого участка занято селитебными землями, лишенными растительности участками побережий и водными объектами. 8) Определено изменение биопродуктивности растительного покрова в пределах полигона исследований «Приморские равнины Восточной Чукотки» (см. Приложение 1, рис. 7). Выполнен анализ индексного изображения NDVI, полученного в результате вычитания из растра NDVI за 12.08.2024 г., полученного из снимка со спутника Landsat-8, и медианного значения NDVI за 2002-2010 гг. Отмечается устойчивое, хотя и небольшое (до 0,3 за рассматриваемый период) повышение значений NDVI, характерное для всей территории полигона исследований. Для большей части территории характерно повышение значений менее чем на 0,1, что незначительно и не говорит о выраженной трансформации растительных сообществ. Однако на отдельных участках отмечено более существенное изменение значений индекса (см. Приложение 1, рис. 8-9): рост NDVI на 0,1-0,2 в ложбинах водотоков; отрицательный тренд NDVI в активно размываемой береговой зоне морей; рост NDVI вдоль вездеходных путей, а также в целом по предгорным и горным склонам южной экспозиции; рост NDVI в зарастающих термоцирках и дренажных ложбинах; как снижение, так и сильный рост NDVI на территории застройки села Лаврентия; снижение NDVI для карьеров и нового участка дороги «Лаврентия – Лорино»; значительный рост NDVI в местах некогда активного антропогенного воздействия, которые сейчас зарастают, в т.ч. старые участки дорог. 9) Проведённые комплексные исследования позволили определить прогнозные траектории эволюции природной среды в пределах ключевого участка «Приморские равнины Восточной Чукотки» в условиях потепления климата и с учётом деградации многолетней мерзлоты. Для слабодренируемых равнинных участков повышение летней теплообеспеченности будет поддерживать приток влаги в почву за счёт оттаивания верхних льдистых горизонтов многолетней мерзлоты, что приведёт к сокращению доли злаков и повышению доли влаголюбивых растений – осок. Биопродуктивность при этом существенно не изменится. Для дренируемых слабонаклонных участков равнин понижение кровли мерзлоты приведёт к углублению ложбин стока и усилению дренажа, что будет способствовать улучшению почвенного климата для растений с развитой корневой системой – кустарничков и карликовых деревьев. Усиление дифференциации рельефа, вызванного оттаиванием сильнольдистых отложений, приведёт к существенному повышению биопродуктивности этих участков тундр. На более сухих участках будет развиваться процесс закустаривания, а на увлажнённых – образовываться и развиваться сообщества разнотравно-злаковых, хвощёво-пушицево-осоковых луговин и влажных тундр. Для предгорных склоновых участков и на склонах, в условиях повышения летней теплообеспеченности будет расти биопродуктивность преимущественно на склонах южной экспозиции. Техногенез в целом будет являться фактором, стимулирующим интенсивную вегетацию после окончания механического воздействия на напочвенные покровы, поскольку он увеличивает шероховатость поверхности и создаёт больше участков ветровой тени. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".