Аддитивная сингулярная спектральная модель дендрохронологического сигнала

Abstract

Актуальность исследования обусловлена тем, что выделение структурных компонент в дендрохронологическом сигнале годичных колец хвойных деревьев расширяет возможности метода биоиндикации и позволяет получить информацию об изменениях условий окружающей среды в прошлом для протяженных территорий. Цель: создание аддитивной сингулярной спектральной модели на основе частотных тригонометрических компонент дендрохронологического сигнала; реконструкция изменений общего содержания озона в атмосфере в прошлом, влияющих на уровень ультрафиолетового излучения диапазона B (280‒315 нм). Объекты: временные ряды общего содержания озона в атмосфере (данные с 1932 г.), ширины и плотности годичных колец (данные 1686-2004 гг.) на примере территории вблизи обсерватории в Ароза, Швейцария, временной ряд стабильных изотопов кислорода δ18Oc, Франция. Методы: анализ временных рядов (декомпозиция временного ряда, идентификация параметров модели, прогнозирование временного ряда), статистический анализ (F-критерий, χ2 - критерий Пирсона), экспериментальные измерения процентных составляющих древесины годичных колец, корреляционный анализ, спектральный сингулярный анализ. Результаты. Разложение дендрохронологического сигнала отдельных хронологий на тригонометрические компоненты в программе Caterpilar. Корреляционный анализ чувствительности деревьев на атмосферное воздействие. Реконструкция уровня озона в стратосфере по первой тригонометрической компоненте дендрохронологического сигнала. В целлюлозе, первой низкочастотной компоненте сигнала и структурной компоненте древесины, регистрируется достоверный отклик деревьев на долгопериодные колебания общего содержания озона, что позволяет оценить влияние стрессового фактора на условия эксплуатации лесных ресурсов. Использование данных по ширине годичных колец позволяет расширить территориальные границы метода.

Relevance. Allocation of structural components in a dendrochronological signal of annual rings of coniferous trees expands the possibilities of the bioindication method and allows obtaining information about changes in environmental conditions in the past for extended territories. Aim. Creation of an additive singular spectral model based on the frequency trigonometric components of the dendrochronological signal; reconstruction of changes in the total ozone content in the atmosphere in the past, affecting the level of ultraviolet radiation in the B range radiation. Objects. Time series of total ozone content in the atmosphere (data from 1932), width and density of annual rings (data from 1686-2004) on the example of the territory near the observatory in Arosa, Switzerland, time series of stable oxygen isotopes δ18Oc, France. Methods. Time series analysis (decomposition of a time series, identification of model parameters, prediction of a time series), statistical analysis (F-criterion, χ2 - Pearson criterion), experimental measurements of the percentage components of the wood of annual rings, correlation analysis, spectral singular analysis. Results. Decomposition of the dendrochronological signal of individual chronologies into trigonometric components in the Caterpillar program. Correlation analysis of the sensitivity of trees to atmospheric effects. Reconstruction of the ozone level in the stratosphere using the first trigonometric component of the dendrochronological signal. In cellulose, the first low-frequency component of the signal and the structural component of wood, a reliable response of trees to long-period fluctuations in the total ozone content is recorded. This allows assessment of the impact of the stress factor on conditions of exploitation of forest resources. The use of data on the width of the annual rings allows you to expand the territorial boundaries of the method.