Конференции ИВТ СО РАН

VII Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых)

1-3 ноября 2006 года, Красноярск, Россия

Тезисы докладов

Математическое моделирование

Динамическая модель растительного покрова суши на основе вероятностной вегетационной схемы

Завалишин Н.Н.

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (Москва)

Прогноз изменений растительного покрова суши в глобальном и региональном масштабах под действием климатических изменений является одной из актуальных научных проблем, решение которой осложняется трудностями установлении единых количественных закономерностей распределения типов растительности по земной поверхности в зависимости от климатических переменных. Мозаика растительного покрова является сложным объектом моделирования в силу того, что представляет собой дискретную структуру, образованную и регулируемую такими непрерывными факторами окружающей среды, как температура, осадки, влагосодержание почвы и т.п. Наряду со статическими биогеографическими моделями, основанными на биоклиматических схемах, все большее применение находят динамические модели распределения растительности (DGVM), позволяющие исследовать как финальные состояния, так и переходные процессы эволюции пространственного распределения функциональных типов растительности при климатических изменениях и/или антропогенных воздействиях. Основой предлагаемой модели служит разработанная Ю.М. Свирежевым (Svirezhev, 1999) вероятностная схема урнового типа с двумя состояниями - лес и трава. Схема описывает локальную динамику растительности на участке поверхности суши, занятом только одним типом растительности в каждый момент времени. Для каждой пространственной ячейки большего масштаба строится динамическая модель, состоящая из интегро-дифференциальных уравнений для долей двух возрастных классов леса (молодого и зрелого) и травы в данной ячейке в данный момент времени. Структура уравнений учитывает как конкуренцию между лесом и травой, так и внутривидовую конкуренцию двух возрастов леса. Упрощение системы дает совокупность двух дифференциальных уравнений с тремя возможными состояниями равновесия, соответствующими установлению травяной, лесной и смешанной зон с непересекающимися на параметрической плоскости областями устойчивости. Смешанное равновесие может терять устойчивость, превращаясь в одно из других, либо через бифуркацию рождения цикла. Границы устойчивости на параметрическом портрете приобретают конкретный вид при связывании коэффициентов конкуренции с климатическими параметрами – средней температурой и годовой суммой осадков (Golubyatnikov, Zavalishin, 2005). В качестве начальных условий для оценки времени установления равновесных конфигураций выбирались сужения на территорию России двух различных классификаций биомов суши (Бокса и Олсона), давших практически одинаковый результат в воспроизведении современного состояния растительного покрова. Однако оно чувствительно к форме границ на параметрической плоскости, особенно в северных регионах Евразии с низкими средними температурами (Svirezhev, Zavalishin, 2003). Время установления стационарного режима для промежуточных равновесных конфигураций оказалось в среднем на два порядка больше, чем для “чистых” равновесий.

Заданный внешний сценарий изменений температуры и осадков порождает динамику пространственной мозаики растительного покрова. Особый интерес представляют области, где реализуются смешанные стационарные состояния и колебательные режимы (экотоны). В настоящей работе выявлены области потери устойчивости смешанных состояний на локальном уровне и сделан прогноз динамики границы "лес-трава" для территории России под действием климатического сценария до 2100 года.

Работа поддержана грантом РФФИ № 05-05-65167 и Программой Отделения наук о Земле РАН «Гидросферные и атмосферные процессы: формирование, изменение и регулирование климата Земли».

Литература.

Svirezhev, Y.M., Simplest dynamic models of the Global Vegetation Pattern. Ecological Modelling, v. 124, 1999, p. 131-144.

Svirezhev, Y.M., Zavalishin, N.N., “Forest-grass” global vegetation model with forest age structure. Ecological Modelling, v. 160, 2003, p. 1-12.

Golubyatnikov L.L., Zavalishin N.N., Dynamics of the vegetation pattern in Russia under the climate change: a forest-grass model with climatic calibration. // Komarov A.S. (ed.), Proceedings of the 5th European Conference on Ecological Modelling (ECEM-2005), Puschino, 2005, p. 62.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии
Обратная связь

[Головная страница]
[Конференции]