| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учетом возрастающей актуальности синтетических научных дисциплин, созданных на стыке психологии, социологии, политологии, истории и научных исследований, связанных с этическими аспектами научно-технологического развития, изменениями социальных, политических и экономических отношений |
| 16. |
Аннотация |
Известно, что в зоне бореальных лесов (особенно в приполярных широтах) основным фактором, лимитирующим рост древесных растений, является летняя приземная температура воздуха вегетационного периода. Это выражается, например, в том, что увеличение температуры, как правило, ведет к увеличению прироста деревьев, отражающееся, в частности, в увеличении камбиальной активности в процессе ксилогенеза.
Однако, с середины XX века в Северном полушарии планеты было зафиксировано аномальное снижение индексов прироста древесных растений на фоне практически повсеместного увеличения среднегодовых температур воздуха в циркумполярных районах Северного полушария. Особенно ярко такие эффекты расхождения между динамикой роста деревьев и ходом температур были зафиксированы в бореальных лесах Сибири, Скандинавии, некоторых частях Аляски и северной Канады. Этот феномен получил название проблемы "Дивергенции". Такие необъясненные расхождения между ростом деревьев и ходом температур в высоких широтах могут приводить к существенным ошибкам при применении глобальных климатических моделей и моделей роста лесов, получении палеоклиматических реконструкций на основе данных о годичных кольцах деревьев бореальных лесов, а также при расчетах параметров глобального углеродного цикла.
Существует несколько гипотез о причинах возникновения проблемы дивергенции: от влияния систематических ошибок при математической обработке данных до сдвига в экологических и биологических процессах. Одной из гипотез является снижение количества приходящей общей солнечной радиации (феномен арктического затемнения), которое может оказывать существенное воздействие на фотосинтез древесных растений. В первом приближении теоретическое обоснование данной гипотезы для небольшого сегмента на севере Западной и Средней Сибири было получено и опубликовано авторами данного проекта в 2020 году на основе упрощенной версии имитационной модели Ваганова-Шашкина роста деревьев (VS-Lite). Авторы проекта успешно интегрировали оценку низкочастотной составляющей приходящей солнечной радиации в модель и на основе вычислительного эксперимента на суперкомпьютере показали, что проблема дивергенции является принципиально решаемой.
В данном проекте, используя комплексные подходы математической биологии, авторы предлагают проверить истинность данной гипотезы для бореальных экосистем всего Северного полушария на основе всех имеющихся и новых экспериментальных данных по структуре годичных колец деревьев, а именно: ширине и плотности, сезонной клеточной продукции, размеров люмена и клеточной стенки (источники: Международный банк данных о годичных кольцах деревьев International Tree-Ring Data Bank; собственные базы данных по структуре древесных колец; базы данных иностранных партнеров), глобальных климатических баз данных суточного и ежемесячного разрешения, глобальных циркуляционных атмосферных моделей, имитационной модели Ваганова-Шашкина роста деревьев (VS-модели) и ее упрощенного аналога VS-Lite, а также информационной системы VS-GENN (http://vs-genn.ru/) с элементами искусственного интеллекта. VS-GENN была создана в ходе выполнения предыдущих проектов РНФ и позволила моделировать отклик древесных растений, в частности, специфически формирующийся сезонный клеточный профиль годичного кольца на климатические изменения для различных лесных биомов (от отдельного дерева до древостоев в целом) в автоматическом режиме.
Более того, авторы проекта совместно с коллегами из Великобритании, Германии и Швейцарии попытаются обосновать причину арктического затемнения, влияющего на рост древесных растений, рассмотрев также и гипотезу о возможном переносе загрязняющих аэрозольных частиц антропогенного и естественного характера от южных и средних широт в арктические регионы.
Решение поставленных задач в этом междисциплинарном проекте может дать Российской Федерации научно-обоснованный приоритет в обсуждении вопросов, касающихся средне- и долгосрочных изменений продуктивности бореальных лесов и темпов депонирования углерода, воздействия аэрозольного загрязнения арктических широт на эти процессы, сохранения лесного биоразнообразия и перспектив безуглеродной экономики на различных международных площадках. Более того, обновленная VS-GENN позволит оценивать и прогнозировать абсолютное изменение стволовой биомассы лесных экосистем (как одного из основных пулов стока углерода) под воздействием климатических факторов как для огромной территории России, так и территорий большинства промышленно-развитых стран, что является прямым практическим применением результатов данного исследования для эффективного лесопользования в бореальной зоне Северного полушария. |