Материал: 4665
16
2. Амплитуда колебаний прироста:
а) выявить на графике максимальный перепад амплитуды (размах колебаний) между двумя или несколькими соседними календарными годами, когда значения прироста непрерывно падали (или непрерывно возрастали).
Например, на графике 1а приложения 7 максимальный перепад амплитуды произошел между 1966 и 1969 гг. Значения прироста изменились от 4,4 мм до 1,9 мм. Максимальный перепад амплитуды колебаний прироста составил 2,5 мм.
Подобным образом выявили минимальный перепад амплитуды. В нашем примере (рис. 1а приложения 7) минимальный перепад амплитуды (точнее – отсутствие перепада) наблюдался между 1984 и 1985 гг. Значения прироста не изменились: 1,8 мм в 1984 и 1985 гг., т.е. минимальный перепад амплитуды колебаний прироста в нашем примере равен нулю;
б) амплитуда колебаний прироста может быть высокой (колебания происходят с большими перепадами значений прироста) или низкой (небольшие перепады значений).
Например, на рисунке 1а приложения 7 наблюдается довольно высокая амплитуда колебаний прироста, а на рисунке 1в приложения 7 - амплитуда колебаний низкая. В течение жизни дерева параметры амплитуды колебаний прироста могут изменяться под влиянием экологических факторов. Например, на рисунке 2.4 приложения 8 можно выделить два периода: 1880-1930 гг. – амплитуда колебаний сравнительно низкая и 1930-1990 гг. – амплитуда колебаний резко возрастает и остается высокой до конца графика.
Студентам следует выделить на своих графиках периоды с высокой и низкой амплитудой колебаний и указать, в какие календарные годы они наблюдались;
в) следует также отметить общий характер колебаний прироста: равномерный или неравномерный (хаотичный), т.е. наблюдаются ли резкие изменения амплитуды колебаний (неравномерные колебания) или же колебания длительный период происходят более или менее на одном уровне (равномерные колебания).
На рисунках 1а и 1в приложения 7 наблюдаются равномерные колебания прироста: значения прироста изменяются (убывают и возрастают) через некоторые промежутки времени до более или менее близких значений.
3. Частота колебаний прироста.
Под "частотой" понимают число полных колебаний (в нашем случае – прироста), совершающихся за единицу времени.
Частота колебаний (как и амплитуда) может быть высокой (частые колебания) и низкой (плавные колебания). Изменение направления колебаний может происходить ежегодно, в этом случае за 2 года произойдет один перепад прироста от минимума до минимума (или от
17
максимума до максимума), т.е. одно полное колебание (рис. 3А). За этот же промежуток времени (2 года) может продолжиться падение (возрастание) прироста, а полное колебание произойдет за больший промежуток времени, например 7 лет (рис. 3Б). Промежуток времени, за который система (в нашем случае прирост дерева) совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний. В первом случае (рис. 3А) мы наблюдаем колебания с высокой частотой и коротким периодом, во втором (рис. 3Б) – с низкой частотой и длительным периодом.
В приросте древостоя присутствуют колебания с разными частотами. Но если проанализировать все колебания, за весь период роста дерева, и рассчитать средний период колебаний, колебания прироста могут быть:
I. Частые (высокая частота): средний период колебаний 2 - 3 года; II. Плавные или нормальные (низкая частота): средний период
колебаний 3 - 6 лет;
III.Затухающие (очень низкая частота) средний период колебаний
6 лет.
|
Высокая частота колебаний (А) |
|
4 |
,Прирост |
3 |
2 |
|
|
|
мм |
1 |
|
|
|
0 |
|
1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 |
|
Низкая частота колебаний (Б) |
|
4 |
,Прирост |
3 |
2 |
|
|
|
мм |
1 |
|
|
|
0 |
|
1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 |
Рис. 3. Частота колебаний: А – высокая, Б – низкая
Анализировать частоту колебаний прироста в древостоях, находящихся в условиях изменяющегося, нарастающего или накапливающегося, антропогенного воздействия следует с учетом изменчивости этого показателя под влиянием антропогенных нарушений. Средний
18
период колебаний следует рассчитывать за определенные временные интервалы, например по 30-летиям, или даже по 10-летиям (всегда – полными, законченными колебаниями от ближайшего минимума прироста).
Кроме расчета и анализа среднего периода колебаний, следует привести полный ряд значений периодов колебаний и дать оценку динамики этого показателя в течение жизни дерева.
Частота колебаний анализируется совместно с амплитудой колебаний прироста. Здоровый древостой, как правило, имеет плавные колебания прироста на фоне средней, равномерной амплитуды.
Плавность колебаний прироста – одна из важнейших характеристик устойчивости, жизнеспособности древостоя, как и равномерная, без резких перепадов амплитуда колебаний прироста.
Может в здоровом древостое (когда прирост не стандартизирован, а выражен в миллиметрах непосредственно по данным измерений ширины годичных колец) наблюдаться и высокая частота колебаний, на фоне средней амплитуды. Но частые колебания на фоне высокой амплитуды говорят о нарушении устойчивости экосистемы. В сильно ослабленном древостое (загрязнение, рекреация, энтомовредители, фитопатогены и т.д.) частота колебаний постепенно падает, реакция древостоя на внешние факторы почти отсутствует, прирост затухает.
На рисунках 1а и 1в приложения 7 мы наблюдаем плавные колебания прироста (низкая частота колебаний). Средний период колебаний более 3 лет.
4. Цикличность прироста.
Ритмические процессы подразделяют на периодические и циклические. У периодических процессов их параметры (период, амплитуда, фаза) являются строго фиксированными и в этом случае развитие осуществляется (с обязательным присутствием направленности) по "точной спирали". Циклические или квазипериодические процессы характеризуются только средними статистическими параметрами (период, амплитуда и фаза изменяются) и их развитие идет по "бракованной спирали", у которой непостоянны радиусы отдельных витков и различные расстояния между витками (Комин, 1978).
Цикличность - повторение основных, существенных характеристик развивающегося (во времени и (или) в пространстве) процесса через некоторый, не строго равномерный, промежуток времени.
Годичный прирост деревьев – дискретный циклический процесс. Для прироста деревьев наиболее характерны циклы порядка 80…90 лет (вековой), 30…35 лет (цикл Брикнера), 22 года (цикл Хейла или магнитный) 11 лет (цикл Швабе - Вольфа или солнечный), а также циклы меньших порядков: 5…6–летние, 3…4-летние, 2…3-летние.. Большая часть циклических изменений прироста деревьев связана с солнечной активностью (совокупностью физических явлений, проис-
19
ходящих на Солнце), проявляющейся на Земле через изменения циркуляции атмосферы, что, в свою очередь, изменяет тепловой режим и условия увлажнения.
Основные количественные характеристики цикла – амплитуда, частота, период, фаза. Понятия амплитуда, частота, период мы уже рассмотрели, под фазой цикла (фазой колебаний) понимают значение переменной (в нашем случае – прироста) в произвольный момент времени.
Анализ цикличности дендрохронологических рядов представляет непростую задачу из-за наложения большого числа циклических составляющих с различным периодом колебаний. Некоторые циклы имеют прерывистый, затухающий характер, зависимости признаков могут менять свой знак на противоположный, однако за временной интервал примерно 300 - 500 лет циклы можно считать более или менее стабильными (Мазепа, 1986). Циклы с различным периодом колебаний вносят различный вклад в формирование прироста деревьев, что также затрудняет их изучение. Выявление доминирующих циклов в динамике прироста возможно при визуальном анализе графиков.
Студентам предлагается выделить наиболее хорошо проявляющийся цикл в динамике прироста (по минимумам или по максимумам прироста), указать даты периодов цикла и рассчитать средний период цикла.
В нашем примере (рисунок 1а приложения 7) по минимумам прироста можно выделить следующую циклическую составляющую:
8 лет 10 лет
— 1969 — 1977 — 1987 —, длина первого периода – 8 лет, второго – 10 лет, средний период цикла – 9 лет.
5. Возрастной тренд.
Ширина годичных колец деревьев уменьшается с возрастом. В общем виде зависимость радиального прироста деревьев от возраста в Центральной лесостепи выражается, как правило, кривой, имеющей вид гиперболы (рис. 4) .
i, мм
A, годы
Рис. 4. Изменение ширины годичных колец с возрастом
20
Эту линию обычно называют "нормой прироста в зависимости от возраста", "возрастной линией", "линией возрастного тренда" или "возрастным трендом" дерева (древостоя). При анализе динамики прироста в абсолютных единицах (мм) следует учитывать наличие возрастного тренда.
Ясно выраженный возрастной тренд в динамике прироста, выраженного в абсолютных единицах (мм) – одна из важных характеристик здорового древостоя. В сосновых древостоях Центральной лесостепи интенсивное гиперболическое падение прироста наблюдается до 30 – 40-летнего возраста, затем идет плавное уменьшение в виде стремящейся к горизонтали линии, на которое нередко накладывается "волна", вызванная чередованием периодов депрессии и благоприятных периодов роста.
Стандартизация данных измерений исключает возрастной тренд древостоя, и в изменчивости прироста, выраженного в относительных индексах (%), возрастной тренд отсутствует. Колебания прироста происходят вокруг средней линии 100 % -го прироста.
В нашем примере (рис. 1а приложения 7) на графике хорошо прослеживается возрастной тренд прироста древостоя.
Студентам предлагается оценить наличие (отсутствие) возрастного тренда, выраженность его.
ТЕМА 8 (2 часа)
Исключение фактора возраста: метод скользящего сглаживания средних величин. Расчет относительных индексов. Аппроксимация данных и расчет индексированных значений ширины годичных колец в программе "TREND"
Цель работы: Освоить метод скользящего сглаживания и расчет относительных индексов прироста.
Приборы и инструменты: персональные компьютеры, микрокалькуляторы.
Программное обеспечение: программа "TREND", редактор электронных таблиц Microsoft Excel.
В дендрохронологических исследованиях для устранения различий в темпах роста деревьев (исключения фактора возраста), выявления влияния климатических факторов и приведения данных измерений радиального прироста различных древесно-кольцевых серий к сопоставимым величинам производят их стандартизацию. Результаты замеров ширины годичных колец выражают в виде индексов через отношение каждого замера к установленному значению "нормы прироста" для данного года (Рудаков, 1951; 1958; Битвинскас, 1974; Оленин, 1974 и др.) Под "нормой прироста" понимают средние многолетние возрастные кривые, рассчитанные различными методами.