Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Основная цель проекта - получение тысячелетней реконструкции по данным оптической плотности колец хвойных, растущих на Соловецком архипелаге. Особое внимание в проекте уделяется поиску старовозрастной древесины, измерения которой в значительной степени улучшает репликацию в раннем периоде хронологии. Именно поэтому наши полевые работы направлены на изучение плавника. В ходе полевых работ 2020 г. нам удалось отобрать 10 спилов плавника в районе пос.Териберка (Кольский полуостров, площадка B87P). Лабораторная подготовка и измерение оптической плотности были проведены в дендрохронологической лаборатории ИГРАН. Два образца (B87P1 и B87P7) с высокой степенью вероятности датируются относительно Соловецкой мастер-хронологии по оптической плотности серединой 20 в. (1837-1979 гг. и 1800-1950 гг., соответственно). Полученная датировка подтверждается и при сравнении с мастер-хронологией по максимальной плотности «Северная Двина – Печора» . Для образцов B87P 3, 4 и 9 удалось построить плавающую хронологию продолжительностью 214 лет. Самые высокие характеристики (CDI = 36, t-test = 5,7) обнаружены при сравнении плавающей хронологии и мастер-хронологии «Енисей». Оптическая плотность, являясь относительно новым в дендрохронологии параметром древесного кольца, до сих пор требует кросс-валидации с помощью других методов. Для дальнейшей корректировки оптической плотности относительно расчётной анатомической необходимо получить ряды клеточных структур для 20 образцов. Вся лабораторная подготовка образцов была проведена нами в лаборатории биогеохимии экосистем в Сибирском Федеральном институте под руководством Арсак Пенья Альберто Хосе. Измерения анатомических параметров хвойных пород произведены с помощью специализированного программного обеспечения ROXAS (von Arx, www.wsl.ch/roxas). Перед измерениями образцы были откалиброваны согласно методике (von Arx et a, 2016). В отчётный период мы продолжили проведение экспериментов по подбору параметров для программы DIRECT. Метод является авторской разработкой участника проекта В.В. Мацковского и принцип которой основан на применении 3D поля климатического отклика и позволяет избежать стандартизации дендрохронологических рядов (Matskovsky and Helama, 2016). Для упрощения работы с программой, реализующей метод DIRECT, была добавлена следующая функциональность: 1) Мета-параметр для подбора параметра сглаживания поверхности отклика. 2) Параметра прореживания данных. Проведён детальный анализ дендрохронологических рядов оптической плотности, используемой для реконструкции температуры воздуха (1184-2016 гг.). Полученные результаты подтверждают понимание того, что наиболее сильный отклик плотности хвойных пород деревьев, произрастающих в холодных переувлажненных условиях субарктических ландшафтов лесотундры, связан с изменениями температуры воздуха в период активной вегетации в конце весны и летом. Вклад изменений температуры воздуха в этот период в изменчивость плотности хвойных на Б.Соловецком острове в период 1899-2016 гг. составил 63%. Изменения летних осадков объяснили 10% изменчивости плотности хвойных. Климатический сигнал во временных рядах пророста годичных колец, связанный с температурой, - ведущим фактором продукционного процесса формирования плотности колец хвойных на исследуемой территории, является устойчивым во времени. Выявлен более сильный отклик оптической плотности хвойных пород деревьев в более сухой период первого потепления в регионе в мае-августе в середине прошлого века по сравнению с периодом современного потепления с начала текущего столетия и наблюдением более влажных условий годового атмосферного увлажнения территории. Установлено, что экстремально высокие для региона исследования температуры воздуха летом являются благоприятным, а не сдерживающим фактором для формирования оптической плотности хвойных в данном регионе. Вместе с тем, экстремально низкие температуры летом, наблюдавшиеся в более 10% числа летних дней, являлись стрессовыми для деревьев и, как правило, приводили к уменьшению плотности. Изменения экстремальных температурных режимов в летний сезон объяснили 47.8% изменчивости плотности годичных колец в 1917-2016 гг. Внутрисуточные изменения экстремально теплых температурных режимов летом (в течение более чем 20% суток летнего сезона) в рассмотренный период привели к тому, что положительные аномалии плотности годичных колец, обусловленные ростом теплообеспеченности, ассоциировались с повышенной повторяемостью большого количества экстремально теплых летних дней в первой половине периода, а во второй его половине – с повышенной повторяемостью большого количества экстремально теплых «белых» ночей.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе выполнения проекта нам удалось провести полевые работы на Соловках с целью отбора нового дендрохронологического материала. Мы заложили шесть новых дендрохронологических площадок по живым деревьям сосны и ели, измерения оптической плотности которых были включены в итоговую хронологию. Увеличение длины хронологии на современном этапе периода калибровки позволяет отследить реакцию деревьев, растущих на Соловках, на современные изменения климата. Мы также сфокусировали своё внимание на поиск стволов плавника, возраст которого смог бы продлить хронологию в глубь веков. Поиск был направлен на погребённые стволы, лежащие на первой морской террасе. Дополнительным критерием при выборе образцов служила прочность самих стволов, так как слишком мягкий (гнилой) материал невозможно подготовить к измерениям оптической плотности в аппарате Сокслета. Таким образом, летом 2021 г. нами было отобрано 9 спилов, расположенного на севере острова Анзер. Удалось найти несколько задернованных стволов, покрытых травой и мхом. Мы также повторно отобрали площадку, на которой растут 500-летние сосны, расположенные на мысе Печак на Большом Соловецком острове (B42S и B93S). Этот материал стал основой для клеточных измерений, проведённых в 2021 г. Лабораторная обработка образцов проводилась по выработанному нами алгоритму, а именно: удаление смол в аппарате Сокслета, выравнивание поверхности кернов, калибровка сканера, сканирование в высоком разрешении и измерение. Для получения абсолютных дат плавника мы использовали традиционные в дендрохронологии методы датирования. Результаты перекрёстного датирования свидетельствуют, что время гибели большинства отобранных нами образцов приходится на середину 20 в. Качество датировки некоторых серий очень высокое. Отметим, что нам удалось отобрать образцы, продолжительность жизни которых достигает несколько столетий. Например, образец B81p28 достигает 458 лет (1469-1926 гг.) Время гибели деревьев определяется началом – серединой 19 в., что делает использование плавника очень перспективным. Таким образом, результаты перекрёстной датировки указывают на верность выбранной стратегии по отбору образцов плавника, а именно расположение на максимально возможном расстоянии от морского берега и желательно задернованность. Продолжились начатые работы по изучению климатического сигнала. Обнаружено, что сигнал заключённый в ширине колец сосны и ели отличается, хотя деревья произрастают в одном местообитании. Все параметры ширины ели (ранняя, поздняя, и годовая) чувствительны к изменчивости температуры июня и эта связь устойчива за период инструментальных наблюдений (1901-2016 гг.). Традиционный дендроклиматический анализ параметров ширины сосны выявил слабые связи на летние температуру и осадки. Разделение на первичные и вторичные климатические факторы позволило обнаружить более сильную связь ширины поздней древесины с осадками июля (r = 0.4, p<0.05), что делает этот параметр привлекательным для реконструкции осадков. Мы также рассмотрели, насколько меняется отклик, заключённый в параметрах ширины и оптической плотности сосны и ели, растущих в различных местообитаниях. Все параметры ширины ели (ранняя, поздняя, и годовая) чувствительны к изменчивости температуры июня и эта связь устойчива за период инструментальных наблюдений (1901-2016 гг.). Традиционный дендроклиматический анализ параметров ширины сосны выявил слабые связи на летние температуру и осадки. Разделение на первичные и вторичные климатические факторы (в программе SeasCorr) позволило обнаружить более сильную связь ширины поздней древесины с осадками июля (r = 0.4, p<0.05), что делает этот параметр привлекательным для реконструкции осадков. Как показали результаты проведённого нами дендроклиматического анализа, оптическая плотность является параметром, на основе которого можно получить достоверную палеоклиматическую реконструкцию. Оптическая плотность показала сильную зависимость от летних температур воздуха (r = 0.6-0.7) и на силу сигнала практически не влияет ни выбранная хвойная порода, ни местообитание деревьев. Изменение цвета в самих образцах и особенно в области перехода от луба к заболони, влияет на тренды рядов. Для решения вышеописанных проблем мы скорректировали оптическую плотность относительно анатомическая плотности. Мы провели пробоподготовку 18 кернов сосны (B93S) и 18 кернов ели (В82E). Из 18 кернов сосны мы подготовили 104 микросекции, которые были отсканированы с увеличением ´10 и нарезаны на 4-5 фрагментов для последующего анализа в ROXAS (416 снимков). Из общего количества образцов мы выбрали 15 первых микросекций сосны (60 снимков), которые насчитывали около 50-100 лет и подходили для измерения клеточных параметров древесины. Используя протокол корректировки данных плотности, состоящий из пяти этапов, нами получены обновлённые значения. Сравнение рядов скорректированной и оригинальной плотности выявило эффект занижения значений оптической плотности при сохранении относительной амплитуды. Судя по приемлемым коэффициентам регрессии, полученным на каждом из этапов калибровки, наши данные адекватны и могут быть использованы дальше. Основным результатом нашего проекта служит обновлённая реконструкция температуры воздуха лета по данным оптической плотности. В отчётный период мы продолжили проведение экспериментов по подбору параметров для программы DIRECT. Метод является авторской разработкой участника проекта В.В. Мацковского и принцип которой основан на применении 3D поля климатического отклика и позволяет избежать стандартизации дендрохронологических рядов (Matskovsky and Helama, 2016). Дополнение набора новыми измерениями позволило добиться улучшения показателей реконструкции = 0.799, R2 = 0.598, RE = 0.527, CE = 0.445, RMSE = 0.713 В том числе, наблюдается хорошее соответствие реконструкции инструментальным измерениям в последние десятилетия, то есть известный феномен "дивергенции" не наблюдается. Ниже мы приводим анализ влияния крупномасштабной циркуляции на изменчивость температуры воздуха на Соловках. Исследование связи SAT на Европейском севере России с изменениями SST в Северной Атлантике, а также с изменениями крупномасштабной атмосферной циркуляции внетропической зоны Северного полушария во второй половине XX - начале XXI-го вв., проведенное с помощью метода линейных сингулярных разложений ковариационных матриц, показало следующие результаты. Ведущий режим SVD-анализа совместной изменчивости SST в СА с NETR SAT в 1901-2020 гг. и в 1950-2020 гг., объяснивший соответственно 89% и 87% их вариаций, выявил области наиболее связных их изменений летом. Выявленный ведущий режим предполагает изменения SST в центре СА, а также в Норвежском и Баренцевом море, синхронные с изменениями SAT на севере ЕТР. Обнаружено, что почти треть короткопериодных вариаций летней NETR SAT в 1901-2020 гг. находилось под контролем АМО. С помощью анализа структуры первой ведущей моды SVD-анализа NETR SAT и Z500, объяснившей 89% их совместной изменчивости летом в 1950-2020 гг., выделены барические центры наиболее связанных изменений высотного давления с SAT на севере ЕТР. Установлено, что наиболее сильное влияние на формирование SAT летом на европейском севере России оказывали изменения давления над Восточной Атлантикой и над ЕТР, характерные для паттерна EA/WR, - ведущей моды Eurasia-2.