Выявление климатически обусловленной динамики биопродуктивности степных экосистем Северной Евразии на основе анализа временных рядов NDVI

По данным многочисленных модельных прогнозов изменений климата в степной и лесостепной зонах Северной Евразии ожидается постепенное усиление водного дефицита и нарастание аридности в этом регионе к 2050 и 2080 гг.[Kirilenko, Dronin, 2011], что может негативно сказаться на продуктивности наземных экосистем, в частности, агроценозов. Для верификации модельных прогнозов и выявления направленности текущих трендов региональных изменений климата и биологической продуктивности степных экосистем проведен анализ временных рядов климатических характеристик и суммарного годового NDVI как интегрального индикатора межгодовой динамики надземной зеленой фитомассы. Данный индикатор независим от различий продолжительности вегетационного периода и фенологических фаз наземной растительности, и поэтому позволяет наиболее полно оценить динамику биологической продуктивности в пределах обширных и разнородных по ландшафтным и климатическим условиям регионов за длительные временные периоды [Fenhholdt, Rasmussen, 2011; Bay, Dent, Olsson, 2008, Huete, Didan, 2011; Li et al., 2013].
Для построения многолетних рядов суммарного годового NDVI использовались 8-дневные и 16-дневные композиты NDVI, полученные по данным дистанционного зондирования низкого разрешения NOAA AVHRR и Terra MODIS. Для оценки вклада климатического фактора в динамику биологической продуктивности степных экосистем проанализированы временные ряды индекса суровости засухи Палмера и среднегодовых сумм осадков, построенные на основе гридированных данных низкого разрешения NCAR и GPCC за период 1990-2010 гг.. Анализ временных рядов климатических характеристик и суммарного годового NDVI проведен с использованием методов непараметрической статистики: рассчитаны параметры медианного тренда, используемого при анализе коротких и «зашумленных» временных серий [Hoaglin et al., 2000]; оценка значимости тренда проведена при помощи теста Манна-Кендалла [Eastman et al., 2009].
Результаты сопряженного пространственного анализа рассчитанных трендовых моделей климатических характеристик и суммарного годового NDVI позволяют говорить о последовательной аридизации региона за последние 20 лет. В то же время в ряде регионов (Восточный Кавказ) текущие изменения климата оказываются более благоприятны для экосистем по сравнению с прогнозными оценками. В отличие от модельных прогнозов определяющим фактором снижения продуктивности степных экосистем Северной Евразии в действительности служит не рост температуры, а снижение осадков. Особенно четко данная закономерность проявляется в пределах зоны сухих степей, где снижение NDVI на 90% площади происходит в соответствии со снижением осадков, и только 60% – в соответствии со снижением значений индекса суровости засухи.