dendroklimatologie

Dendroklimatologie

identifikovat klimatické faktory které významně ovlivňují přírůst - tzv. screening - prostřednictvím tzv. „response function“ nebo korelační funkce pro jedno období x více období – pohyblivá funkce odezvy – identifikace změn v reakci na klimatické faktory

výběr stanoviště kde je vliv klimatických parametrů, které mají být rekonstruovány nejsilnější: populace rostoucí na hranici své ekologické valence (hranice lesa) - dobře definovaný klimatický parametr který limituje růst.

- horní hranice - teploty - dolní hranice (aridní) - srážky

stanoviště minimálně ovlivněná „neklimatickými vlivy“ - dost problematické

zabývá se studiem vlivu klimatu na růst dřevin – rekonstrukce klimatických parametrů

a) Korelace b) Funkce odezvy (mnohonásobná regrese)

19801985

19901995

19301935

19401945

moving

evolutionaryforwardbackward

199519301935

19401945 1995

19951995

1930

1930

1980

1985

19901995

19301930

TEPLO

TY

SR

ÁŽ

KY

-0.50

-0.250.00

0.25

0.50

J A S O N D J F M A M J J A

-0.50-0.25

0.000.25

0.50

J A S O N D J F M A M J J A

rok předcházející růstu rok růstu letokruhu

Korelace + funkce odezvy pro 1 období

(Pinus sylvestris Labské pískovce, 1930-96)

Korelace + funkce odezvy pro více období

negativní sig.koeficient

nesignifikantníkoeficient

pozitivní sig. koeficient

(Pinus strobus Polabí, moving korelace)

TEPLOTY SRÁŽKYpředchozí rok běžný rokpředchozí rok běžný rok

JU

L T

AU

G T

SE

P T

OC

T T

NO

V T

DE

C T

Jan T

Feb T

Mar

T

Apr

T

May T

Jun T

Jul T

Aug T

JU

L P

AU

G P

SE

P P

OC

T P

NO

V P

DE

C P

Jan P

Feb P

Mar

P

Apr

P

May P

Jun P

Jul P

Aug P

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

vztah mezi přírůstkem, průběhem klimatických podmínek a charakteristikami stanoviště je propojen složitá interpretace výsledků

Frittsovy modely působení klimatických vlivů na tvorbu úzkého letokruhu - vliv nízkých srážek a vysokých teplot v daném roce a v předchozím roce

Růst limitující klimatické faktory na výškovém gradientu:

smrk na Bavorské straně Šumavy v nadmořských výškách 370-1420 mění se růstové reakce se zvyšující nadmořskou výškou ? lze určit oblast s „optimálními“ klimatickými podmínkami pro růst ?

370- 700 - srážky **

700-1000 - žádný

1000-1400 - teploty *

350 600 850 1100 1350

-0.6

-0.4

-0.2

-0.0

0.2

0.4

0.6VI I - IX previous year

temperature

precipitation

altitude (m)

co

rre

lati

on

co

effi

cie

nt

350 600 850 1100 1350-0.6

-0.4

-0.2

-0.0

0.2

0.4

0.6 V - VI I current year

altitude (m)

co

rre

lati

on

co

effi

cie

nt

smrk na České straně Šumavy v nadmořských výškách 350 -1350

350 - 700 - srážky **

700 - 1150 - žádný

1000 -1400 – negativní srážky *, teploty téměř

stávající rok

Negativní vliv teploty téměř na celém gradientu **

předchozí rok

Růst na ekologickém gradientu – Colorado (Kienast 1985)

typteplý-vlhký

typstudený-suchý

typteplý-suchý

změna parametrů chronologie na výškovém gradientu (dolní hranice lesa – zapojený les)

Dendroklimatologická rekonstrukce srážek pro jižní Moravu

Materiál: standardní chronologie jedle sestavená z letokruhových řad z vybraných lokalit homogenní řada srážek pro Jižní Moravu

živé stromy 1825 - 1996historické 1376 - 1925chronologie 1376 - 1996srážky 1897 - 1996

prům. roční srážky 528 mm

Cíl: rekonstruovat srážkové úhrny pro oblast Jižní Moravy

Výběr klimatických parametrů pro růstový model (screening)

srážky vysvětlují 38% variability

Koeficient korelace měsíčních teplot a indexu šířky letokruhů standardizované chronologie.

Koeficient korelace měsíčních srážek a indexu šířky letokruhů standardizované chronologie.

Je srážkový signál v letokruzích stabilní ?

Co je příčinou poklesu ?

Docházelo k těmto událostem i dříve ?

kalibrace 1897-1956

?

0

0,6

1891 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991

0

0.6

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

klouzavý korelační koeficient smrkové a jedlové standardní chronologie

Kalibrace modelu tloušťkový přírůst x suma srážek duben-červenec

1897 1926 1956

kalibrace modeluverifikace modelu

PSMJ=110,4 + 160,0 RW

Synoptická dendroklimatologie

rekonstrukce klimatických parametrů na síti chronologií

Rekonstrukce teploty na S polokouli

průměrné korelace pro všechny oblastia) maximální hustoty b) šířky letokruhů

síť 387 hustotních a šířkových chronologií jehličnanů

sloupec - 1901-50; tečka - 1935-84

v posledních desetiletích klesá citlivost max. hustot k teplotám možný vliv zvýšených srážek v zimním období – pozdní počátek vegetace – posun sezóny mající vliv na přírůst změna je však pravděpodobně zapříčiněna jiným (neklimatickým?) vlivem rekonstrukce meziroční variability je však stabilní pro celé období

rekonstrukce teplot za období duben – září pro celé území

Další parametry letokruhů nesoucí klimatický signál

radiální praskliny

praskliny vznikají v průběhu tvorby následujícího letokruhu

důvodem je patrně napětí ve kmeni vyvolané prudkým smrštěním v průběhu přísušku v září 1992

Vnitroletokruhová hustotní variabilita (falešný letokruh)

Valis – suchá a vlhká stanoviště – Pinus sylvestris

hustotní odchylka

srážky teploty počet dní sucha

M A M J J A S O M MA J J A S O

hustotní anomálie jsou vyvolány vlhkým a chladným červencem a srpnem na vlhkých stanovištích je reakce posunuta až do období srpen – září vlhkému období musí předcházet teplý počátek léta (uspíší tvorbu pozdního dřeva)

Použití stabilních izotopů O, H a C k rekonstrukci klimatu

podíl izotopů se uvádí jako odchylka od „normálního“ vzorku

310)1()( ref

x

RR Rx – podíl izotopů ve dřevě

Rref – podíl izotopů v referenčním vzorku

izotopy 12C a 13C rostliny získávají z CO2 izotopy 1H a 2H z vody izotopy 18O a 16O z vody CO2 a O2

velký rozvoj v poslední době vzhledem k vývoji rychlejších, levnějších a přesnějších metod stanovení (AMS)

13C/12C

obecně se předpokládá že se vzrůstající teplotou klesá podíl asimilovaného C13 vůči C12 (studium obsahu 13C na výškových gradientech vzestup o cca 1,2 promile/1000m , 0,1-2 promile/1°C )

skleníkové experimenty ukazují opačnou reakci (se vzrůstající teplotou klesá podíl asimilovaného 13C)

asimilace 13C závisí na rychlosti příjmu CO2 – pomalý příjem (zavřené průduchy) znamená větší asimilaci 13C

základním problémem je však proces vlastní redistribuce 13C do růstových meristémů

variabilita obsahu 13C v letokruzích velká roční variabilita – 3 fáze průběh δ13C v letokruzích a listech je podobný, ale letokruhy jsou obohaceny o 13C ve fázi 1 jsou čerpány především zásobní látky obohacené o 13C („těžší“ uhlík je přednostně ukládán do polysacharidů) ve fázi 2 začíná být využíván asimilovaný 13C – δ13C by měla odpovídat rychlosti příjmu CO2 průduchy fáze 3 charakterizovaná opětovným vzrůstem δ13C je patrně způsobena opětovným uvolňováním zásobních látek na konci sezóny

Obsah 13C je ovlivněn vnitřními růstovými procesy a to i v pozdním dřevě

Vliv klimatických faktorů na obsah 13C

vodní stres v červnu a červenci 1957 způsobil relativní zvýšení δ13C dostatek srážek v roce 1958 mělo za následek rychlejší pokles δ13C (žádný vodní stres)

δ13C se mění v důsledku spalování fosilních paliv (klesá) a na frakcinaci 13C/12C má patrně vliv i růst obsahu CO2 v atmosféře – problém s rekonstrukcí dlouhodobých trendů

16O/18O

obsah H a O izotopů ve srážkové vodě odpovídá teplotě při které dochází ke kondenzaci vody

existuje velmi silná korelace mezi obsahem O18 ve srážkách a přízemní teplotou (platí zejména pro stanice polární a pobřežní) – δ18O 0,7ppm/°C

vliv má původ vzduchových hmot ze kterých srážky vypadávají (lokální x frontální) a dále selektivní vypadávání různě "těžké" vody na geografickém a výškovém gradientu

i) složení vody přijímané stromy

ii) izotopové obohacení v průběhu transpirace

iii) biochemická frakcinace:- v průběhu syntézy asimilátů- v průběhu syntézy celulózy

Ukládání izotopů kyslíku a vodíku v letokruzích závisí:

vlastnosti stanoviště určují zda je přijímána srážková nebo podzemní voda (nenese klimatickou informaci)

pro zachycení klimatického signálu jsou vhodná stanoviště kde je přednostně přijímána srážková voda

dřeviny s povrchovými kořenyBern – Fagus sylvatica, teplota duben-červenec

i) složení vody přijímané stromy

ii) izotopové obohacení v průběhu transpirace

δ18O ve větvích a půdě je v průběhu dne stejná

teoreticky by bylo možné využít pro rekonstrukci vlhkosti vzduchu u stromů odebírajících podzemní vodu se stabilním izotopovým složením – zvýšení obsahu O18 ve dřevě odpovídá vyšší hodnotě evapotranspirace

při evapotranspiraci se uvolňují převážně molekuly lehké vody - voda užitá při asimilaci je obohacena o 18O

iiia) v procesu asimilace dochází k ochuzení v procesu asimilace dochází k ochuzení karbonátů o D (-170promile) a naopak k karbonátů o D (-170promile) a naopak k obohacení o O18 (+140-160 promile) vůči vodě z obohacení o O18 (+140-160 promile) vůči vodě z mezibuněčných prostorůmezibuněčných prostorů

z toho vyplývá mnohem vyšší variabilita δ18O než D

iiib) v průběhu transportu karbohydrátů z listů do meristémů nedochází kupodivu ke změnám zastoupení izotopů (i když jsou na počátku čerpány zásobní látky) – pravděpodobně zde funguje jiný mechanizmus

průběh δ18O v letokruhu odpovídá průběhu obsahu ve srážkové vodě ovlivněný výše uvedenými procesy

Závěr:

izotopové složení dřeva, stejně jako ostatní parametry letokruhů přímo nereprezentuje změny meteorologických parametrů prostředí

klimatický signál závisí na stanovišti, ze kterého stromy pochází

síla klimatického signálu se v průběhu času mění

vliv klimatických a neklimatických faktorů na růst je možný pouze při kombinaci více proměnných zjišťovaných na letokruzích

klíčové je detailní poznání fyziologických procesů dřevin a jejich propojení s klasickými dendrochronologickými analýzami