Róbert Kvak, Meteoinfo.sk / 22.02.2015 14:15
Dendrochronológia a jej metódy používané v klimatológií pri rekonštrukciách nedávnych alebo stovky rokov vzdialených klimatických podmienok si postupom času získavajú vo vedeckej spoločnosti čím ďalej väčšiu priazeň. Citlivosť rastlín na prostredie v ktorom stabilne rastú počas celého svojho života, nám ponúka možnosť pozorovať reakcie jednotlivých druhov na vonkajšie vplyvy. Tie sa u drevín zapíšu do ich stavby natrvalo. Pestrosť rozšírenia vegetácie na Zemi je úzko spojená s podnebím, pri ktorom zohráva dominantnú úlohu dostupnosť vody (živín), teplota vzduchu a teplota pôdy. Prenos vody z oceánov na pevninu prostredníctvom zrážkovej činnosti nasleduje povrchový odtok, výpar alebo vsakovanie, po ktorom môže voda dopĺňať podzemné zásoby, kým sa opäť nedostane k svojmu zdroju. V oblastiach, kde dochádza počas roka k sezónnej premene tekutého skupenstva zrážok na pevné, je týmto procesom zasiahnutý nielen kolobeh vody, ale aj celkový tok energie. Uplatneniu dendroklimatológie sa dostáva najmä v miernych zemepisných šírkach, kde stromy tvoria jeden letokruh ročne a jeho štruktúra a vzhľad sú do značnej miery ovplyvnené počasím počas celého roka. Tvorba, distribúcia, množstvo a trvanie snehovej pokrývky má vďaka svojej schopnosti meniť klimatické podmienky nesmierny dopad na rast stromov. Jej analýza preto predstavuje významný hodnotiaci faktor zmien klímy a dopadov na biosféru.
V nasledujich odstavcoch nadväzujeme priamo koniec prvého článku týkajúceho sa danej problematiky (http://meteoinfo.sk/clanok/51423-snehova-pokryvka-ako-sucast-dendroklimatologickych-analyz-diel-1.).
V Číne bol preukázaný priaznivý vplyv teplej jesene s absentujúcou snehovou pokrývkou na rast stromov hornej hranice lesa v ďalšom vegetačnom období, pravdepodobne ako dôsledok syntézy neštrukturálnych sacharidov a iných organických látok, a to aj napriek končiacej kambiálnej aktivite v októbri. Následne, pokiaľ sú teploty bez dostatočnej snehovej pokrývky koncom zimy a na jar veľmi nízke, premŕzanie pôdy je o to intenzívnejšie. V tomto prípade bol pozorovaný odsun začiatku rastu, ktorý však môže byť kompenzovaný vysokými teplotami začiatkom leta, ktoré dokážu ročnú etapu rastu predĺžiť. Teploty a sucho by nemali prekročiť prípustnú mieru, od ktorej sú stromy stresované zvýšeným výparom. Sezónne zrážky preto často znamenajú priaznivý signál. Pretrvanie zrážok až dokonca vegetačného obdobia, kedy začínajú prechádzať do snehu, má negatívny dopad na presný začiatok rastu v budúcom roku (Xiaohong et al. 2011).
Obrázok. č. 1 Rekonštruovaná (čierna) a pozorovaná (šedá) výška snehu s 95%-tným intervalom spoľahlivosti (bodkovaná) v povodí rieky Gunnison na západe štátu Colorado. Woodhouse 2003
Pri akumulácií snehu sú rozhodujúce zrážky a nízke teploty neskoro v jeseni, v zime a skoro na jar, na čo reagujú stromy svojím rastom. V závislosti od klimatického regiónu, akumulácia snehu prebieha v rozličnej dobe. Zatiaľ čo v strednej Európe vo vysokohorských polohách snehové zrážky klesajú s postupom zimy až takmer do konca jari, v monzúnových oblastiach je minimum dosahované v zime s maximami v jeseni a na jar. Z toho tak vyplýva odvodenie snehovej pokrývky pri použití vstupných údajov výšky snehu alebo vodnej hodnoty zo staničných a terénnych meraní. Heterogénne snehové nánosy znižujú výpovednú hodnotu medzi letokruhmi + δ13C a údajov zo zrážkomerných staníc. To je len jedna z príčin, prečo sa musí pri hodnotení výsledkov štúdií zameraných na sneh pristupovať obzvlášť opatrne. Platí však, že klimatické podmienky v úvode rastu sú rozhodujúce po zvyšok vegetačného obdobia. Minimálna teplota v období január až máj vo vyšších nadmorských výškach významne ovplyvňuje obsah δ13C v drevnej hmote s pozitívnou reakciou na vyššie teploty v apríli/máji a predchádzajúcom septembri až januári. V Číne bol aj napriek odlišnostiam, ktorými sú druhy stromov charakteristické, preukázaný ideál teplej suchšej zimy a jari s vlhkým vegetačným obdobím.
Zreteľne pestrým prostredím v prípade rozloženia snehu sa pýši Severná Amerika, ktorej meridionálne postavenie Skalnatých vrchov v západnom prúdení zabezpečuje širokú škálu prejavov počasia vo vysokohorskej krajine, čím možno dospieť k odlišným výsledkom pri hodnotení snehovej pokrývky. V Sierra Nevade v Kalifornii sa rastlina Linanthus pungens vyznačuje výraznou citlivosťou na sneh, ktorý ju pokrýva, čo je samozrejme spôsobené vzrastom tohto druhu, viď. obr. č. 2. Rok 1997 je vo všetkých vzorkách reprezentovaný širokými letokruhmi, nakoľko išlo o rok s rekordne nízkou snehovou pokrývkou a teplým vegetačným obdobím. Roky 1983 a 1986 sú spájané s rekordne vysokou snehovou pokrývkou a je vidieť, že rastliny tvorili tentokrát veľmi úzke letokruhy. Pre roky 1961, 1970 a 1990 je príznačných veľmi málo snehu na jar. Ďalej je predkladaná intenzívnejšia miera korelácie medzi snehovými zrážkami v októbri až januári a teplotami v nasledujúcom júni/júli so zvyšujúcim sa trendom zápornej korelácie (Franklin 2013). Len nepatrne vyšší koeficient korelácie so stredne silnou závislosťou vychádza pri vodnej hodnote snehu k 1. aprílu (- 0,43) ako pri zimných zrážkach (- 0,41). Z výsledkov možno predpokladať rozšírenie pozorovaného druhu. Usudzujeme, že sa nejedná o nijak závratnú závislosť, čo podporuje fakt, že v chronológií sa prejavujú hlavne extrémne roky snehovej pokrývky a malé výkyvy nie sú dostatočne preukázateľné.
Obrázok č. 2 Šírka letokruhov Linanthus pungens vybraných prípadov extrémnej snehovej pokrývky (tzv. pointer years) Sierra Nevade v Kalifornii. Franklin 2013
Na problematiku podchytenia medziročných poprípade viacročných výkyvov upozorňuje aj práca Xiaohong et al. 2011, v ktorej analýzou obdobia 1880-2004 vysvetlili 58 % rozptylu rekonštruovanej snehovej pokrývky pri úspešnom zachytení dlhodobejšej variability (kor. koeoficient = 0,61), viď obr. č. 1. v prvom článku. Výsledky sú teda použiteľné pri niektorých drevinách na vysvetlenie dlhodobým zmien snehovej pokrývky. Nízkofrekvenčné výkyvy sú aj vďaka staničným meraniam lepšie vysvetlené v poslednom období ako v minulosti (celkovo korelačný koeficient výšky snehu na najbližšej stanici a šírky letokruhov = - 0,33).
Dendrochronologické analýzy sú dnes už pevnou súčasťou rekonštrukcie teplôt, zrážok a súch, pričom so systematickými hodnoteniami snehovej pokrývky sa v podstate len začína. Rekonštruovať je možné výšku snehu, ale využívanejším parametrom je jeho vodná hodnota (snow water equivalent – SWE), ktorá popisuje celkové zásoby vody v snehu, čo je podstatná informácia v oblastiach, ktoré sú od vodného cyklu závislé. SWE je zväčša hodnotená k 1. aprílu, keďže k tomuto dňu sú spracovávané hydrologické podmienky, záznamy siahajú najďalej do minulosti a sú najpočetnejšie z celého roka. Maximálna akumulácia SWE sa síce líši od presnej polohy merania, všeobecne maximum vo vysokých polohách nastáva práve okolo 1. apríla.
Obrázok č. 3 Dlhodobá rekonštrukcia SWE v rámci Skalnatých vrchov v troch regiónoch s vyznačenými nesúhlasnými akumuláciami snehu (a, b, c, d, e, f, g). Pederson et al. 2011
Distribúcia snehu počas roka a niekoľkých rokov často spočíva v aktuálnom stave cirkulačných pomerov, ktoré sú zastúpené módmi premenlivosti (ENSO, PDO, PNA, NAO, AO,...). Ich intenzita sa prejavuje aj na raste letokruhov, a to aj pri rekonštrukciách snehu. Medziročné až desaťročné zmeny cirkulácie majú osobitý vplyv na regionálne oteplenie alebo ochladenie vo februári až máji, ktoré rozhodujú o akumulácií a topeniu snehu na západe Severnej Ameriky. Vykreslená bola ročná až desaťročná variabilita miestnych rozdielov s dominantnou nerovnosťou medzi severom a juhom Skalnatých vrchov (Obrázok č. 3 a 4: 1440 - 1470 a 1550 -1600 málo snehu na juhu, veľa na severe; 1511-1530 málo snehu na severe, veľa na juhu) ako dôsledok rozloženia trasovania cyklón v zimnom období (Pederson et al. 2011).
Obrázok č. 4 Distribúcia anomálií SWE v rámci Skalnatých vrchov v troch regiónoch s vyznačenými nesúhlasnými akumuláciami snehu (a, b, c, d, e, f) odkazujúc na obrázok číslo 3. Pederson et al. 2011
Obrážok č. 5 Distribúcia anomálií SWE v rámci Skalnatých vrchov v troch regiónoch s vyznačenými nesúhlasnými akumuláciami snehu (g) odkazujúc na obrázok č. 3. Pederson et al. 2011
V poslednom treťom diely dokončíme a zhrnieme poznatky o snehovej pokrývke v dendroklimatológii.
Zdroje:
Black B.A., et al. (2015): Long-term growth-increment chronologies reveal diverse influences of climate forcing on freshwater and forest biota in the Pacific Northwest. Global Change Biology 21:10.1111/gcb.2015.21.issue-2, 594-604.
Bräuning, A. (2001): Combined view of various tree ring parameters from different forest habitats in Tibet for the reconstruction of seasonal aspects of Asian monsoon variability. The Palaeobotanist 50: 1-12.
Franklin, R.S. (2013): Growth response of the alpine shrub, Linanthus pungens, to snowpack and temperature at a rock glacier site in the eastern Sierra Nevada of California, USA. Quaternary International 310, 20-33.
Helama, S., et al. (2013): Dendroclimatic signals deduced from riparian versus upland forest interior pines in North Karelia, Finland. Ecological Research 28(6): 1019-1028.
Janak Timilsena, Thomas Piechota. (2008): Regionalization and reconstruction of snow water equivalent in the upper Colorado River basin. Journal of Hydrology 352:1-2, 94-106.
Kajimoto T., et al. (2002): Effects of snowfall fluctuation on tree growth and establishment of subalpine Abies mariesii near upper forest-limit of Mt. Yumori, Northern Japan. Arctic, Antarctic Alpine Res 34 (2):191–200.
Pederson, G. T., et al. (2011): The Unusual Nature of Recent Snowpack Declines in the North American Cordillera. Science 333:6040, 332-335.
Perkins, D.L., Swetnam, T.W. (1996): A dendroecological assessment of whitebark pine in the Sawtooth-Salmon River region, Idaho. Canadian Journal Forest Research 26: 2123-2133.
Peterson DW, Peterson DL (1994): Effects of climate on radial growth of subalpine conifers in the North Cascade Mountains. Can J For Res 24:1921–1934.
Woodhouse, C.A. (2003): A 431-Yr Reconstruction of Western Colorado Snowpack from Tree Rings, Journal of Climate, v. 16, p. 1551-1561.
Xiaohong Liu, et al. (2011): Combined tree-ring width and δ13C to reconstruct snowpack depth: a pilot study in the Gongga Mountain, west China. Theoretical and Applied Climatology 103, 133-144.