Тимошок Е.Н., Тимошок Е.Е.
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия E-mail: ten80@mail.ru, timoshok ee@mail.ru
К настоящему времени стало очевидно, что мониторинг отдельных показателей недостаточен для решения многих прикладных и фундаментальных научных задач. Устоявшиеся программы специализиро- ванного мониторинга с выраженным прикладным значением, например, метеорологический и гидрологи- ческий мониторинг, необходимые для прогноза погоды иполучения данных о климате и его изменении, сохраняют свое значение. В настоящее время комплексность сталанеотъемлемой частью отечественных и зарубежных мониторинговых исследований. Одной из важнейших причин этого является то, что ком- плексный мониторинг позволяет получить информацию, которая не может быть получена при монито- ринге отдельных показателей, и при использовании которых невозможна оценка реакции экосистем на глобальные изменения [1].
Несмотря на развитие комплексного подхода отечественные и западные программы мониторинга природы значительно отличаются. Легче всего понять эти отличия на примере программ мониторинга су- ществующих международных сетей GLOCHAMORE (Global Changes in Mountain Regions) и GLORIA (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments) и программы мониторинга высокогорных экосистем, разработанной и использующейся в течение последних 15 лет в лаборатории динамики и устой- чивости экосистем ИМКЭС СО РАН. Эти три программы являются в значительной степени репрезента- тивными для отечественного и зарубежного мониторинга.
Программа GLOCHAM ORE является одной из наиболее детальных зарубежных программ ком- плексного мониторингаглобальных изменений в горных условиях, развернута в 2003-2005 гг., ивыполня- ется на охраняемых природных территориях (включая 28 горных биосферных заповедников) более чем в 50 странах при поддержке UNESCO-MAB. Программа мониторинга включает 3 блока: криосферу, гидро- сферу и наземные экосистемы и три уровня: базовый, расширенный и оптимальный [2].
В рамках базового уровня осуществляется мониторинг:
температуры и осадков (постоянно);
глубины снежного покрова (ежедневно при наличии);
длины и площади ледников (раз в несколько лет);
встречаемости вечной мерзлоты (раз в несколько лет); стока и температуры воды (постоянно);
pH и теплопроводности воды (раз в несколько дней); эпилитных диатомовых водорослей (ежегодно); видового состава растительных сообществ; а также проводятся
фотосъемка ландшафтов (периодически); космосъемка ландшафтов (периодически);
Оптимальный уровень включает еще 15 гляциологических и17 гидрологических показателей. Мо- ниторинг собственно экосистем на этом уровне присутствует в исключительно ограниченном варианте и включает только:
видовой состав;
проективное покрытие и/или обилие видов; тип растительности;
доля покрытия мохового яруса;
количество экскрементов (для косвенного учета травоядных животных);
наличие некоторых видов беспозвоночных животных.
Присозданиипрограммы GLORIA в 2004 г. [3,4] предполагалось, что она будет направлена на мо- ниторинг экосистемных изменений, однако перечень показателей, которые отслеживаются в ее рамках:
видовой состав (ежегодно);
температура воздуха у поверхности (постоянно); фотосъемка ландшафта (периодически),
настолько невелик, что ее практически невозможно считать программой комплексного мониторинга экосистемных изменений.
Программа мониторинга ЛДУЭ ИМКЭС основывается на том, что растительный блок экосистем, является климатически детерминированным их компонентом, фиксирующим солнечную энергию, обеспе- чивающим ее передачу по дальнейшим звеньям трофической цепи, а также в значительной степени опре- деляющим развитие почвы (совместно с прямым действием климата и материнской породы). Централь- ным объектом мониторинга являются высокогорные сообщества и индикаторные виды, в качестве кото- рых выбраны виды с очень большой экологической значимостью: кедр сибирский и лиственница сибир- ская. Эти виды являются эдификаторами экосистем, обеспечивают их стабильность и играют важную управляющую роль в их функционировании. В настоящее время проводится мониторинг следующих по- казателей:
радиальный рост индикаторных видов;
семенная продуктивность индикаторных видов;
структура популяций индикаторых видов;
возобновление индикаторных видов – мониторинг процесса их воспроизводства;
динамика типов растительности, видового состава, обилия и покрытия видов сосудистых растений (включая мхи), входящих в разные ярусы длительно существующих (коренные и производные леса), фор- мирующихся (молодые морены и флювиогляциальные отложения) и относительно быстро меняющихся изменяющихся под действием климатических изменений (лесотундровый экотон) фитоценозов;
видовой состав основных типов экосистем; глубины снежного покрова;
а также проводится
регулярная фотосъемка сообществ.
Данные мониторинга дополняются дендроклиматологическими реконструкциями, позволяющими понять реакцию экосистем на изменения климата в прошлом [1].
Основной полигон, на котором проводятся наши мониторинговые исследования, расположен в вы- сокогорьях Северо-Чуйского хребта (Центральный Алтай) в горно-ледниковом бассейне Актру, особенно- стью которого является наличие в нем достаточно длительной истории климатического (с 1964 г.) и гля- циологического мониторинга (с 1952 г.) и функционирование в нем новой автоматической метеорологи- ческой станции ИМКЭС-ТГУ.
Таким образом, как зарубежный, так и отечественный подходы к мониторингу отличаются ком- плексностью и мультидисциплинарностью, однако комплексность понимается по разному. Вариант ком- плексного подхода, используемый ЛДУЭ, ориентирован на всесторонний мониторинг наиболее важного компонента экосистем (автотрофного блока), включая ретроспективную оценку, построенную на дендро- климатических и иных реконструкциях. Вариант GLOCHAMORE предполагает всестороннюю оценку глобальных изменений и включает мониторинг климата, гидросферы, криосферы и биоты.
Оба варианта комплексного подхода четко демонстрируют отличия: российский вариант ориенти- рован на всесторонний мониторинг одного объекта (автотрофный блок), а зарубежный – на охват макси- мального числа взаимосвязанных объектов (климат, гидросфера, криосфера, биота).
Важнейшими причинами столь низкой представленности мониторинга экосистем в программе GLOCHAMORE и высокой в программе ЛДУЭ, являются отличия в философии и методологии монито- ринга [6,7]. При условии идентичности методов гидрометеорологического и гляциологического монито- ринга, для России характерно опережающее развитие методологии прямых наблюдений за экосистемами и анализа эмпирических данных об их состоянии, что позволяет отслеживать большее число показателей.
Среди философских отличий необходимо отметить более высокий уровень рационализма зарубежных ис- следований и большую эмпиричность отечественных. Частным следствием этого является отличие прио- ритетных методов прогнозов – в зарубежной практике прогноз динамики экосистем осуществляется в первую очередь на основании математических моделей, в то время как отечественный подход позволяет также прямой прогноз, построенный на анализе эмпирических данных. Немалое значение имеют и разли- чия в финансировании науки [5], а также некоторое техническое опережение в области средств аппарат- ного мониторинга, характерное для развитых Европейских стран и США. Лучшее финансирование позво- ляет иметь больший штат и более доступные сенсоры, делает более доступным дистанционное зондиро- вание.
Очевидно, что объединение сильных сторон отечественного и зарубежного мониторинга может дать значительное преимущество в качестве и разрешении получаемых данных и прогнозов. Однако, какой именно должна быть программа комплексного мониторинга? Попытка дать ответ на этот вопрос была сде- лана во время круглого стола, проводившегося на конференции “Mountain observatories: A global fair and
workshop on Socio-Ecological systems” в 2014 г. (г.Рено, Невада, США). Группа, включавшая представите- лей США, России и развивающихся стран (Колумбия и Уганда), сделала следующие выводы.
1. Современное состояние комплексного мониторинга
Развитие комплексного мониторинга отмечено повсеместно, однако в разных странах в это понятие зачастую вкладывается разный смысл. Главной общей идеей является мониторинг значительного числа показателей, благодаря чему можно получить результаты, недостижимые при мониторинге отдельных по- казателей.
Долгосрочные программы мониторинга позволяют получить результаты более высокого качества, чем краткосрочные.
Единой схемы мониторинга экологических систем не существует, несмотря на то, что многие ис- следователи проводят мониторинг сходных показателей.
Современные западные сетимониторинга в настоящей момент ориентированы на увеличение коли- чества записей, получаемых аппаратными средствами, прогноз и предсказание, но при этом недооцени- вают роль эмпирической информации, которая может быть получена только при прямых наблюдениях.
Существуют культурные и методологические различия между Западными (США, современная Ев- ропа, ряд развивающихся стран) и пост-советскими (Россия, СНГ, ряд развивающихся стран) системами мониторинга. Западная система направлена на рационализацию, математические методы, моделирование и аппаратный мониторинг. Пост-советская в большей степени ориентирована на обработку эмпирических данных и прямые наблюдения, при этом она имеет большую экономическуюэффективность при локаль- ном мониторинге. Системы разделены культурными и лингвистическими барьерами.
Социальные системы до сих пор не включены в существующие системы мониторинга, хотя и явля- ются достаточной силой, способной влиять на климат и экосистемы на локальном, региональном и гло- бальном уровнях.
2. Возможное развитие комплексного мониторинга
Назрела ситуация, требующая включения в комплексный мониторинг методов исследований влия- ния человека на социо-экологические системы. Невысокий уровень развития подобных методов требует разработки целостной системы показателей, характеризующей состояние социальной составляющей со- цио-экологических систем.
Интеграция и формирование единого протокола будет полезным для большинства программ мони- торинга. Формирование протокола потребует времени, так как необходимо понять, что является общим, что различно, и что нужно всем. Интеграция пост-советских и западных подходов может быть одной из основ для разработки единой методической основы мониторинга, так как оба подхода могут компенсиро- вать недостатки друг друга.
Множество точек аппаратного мониторинга не является заменой долгосрочныхнаблюдений с ми- нимально необходимым количеством репрезентативных участков. Применение долгосрочных наблюде- ний в дальнейшем позволит соединить преимущества долгосрочного мониторинга с возможностью эф- фективного обнаружения механизмов изменений.
Всеобъемлющий интегрированный мониторинг требует достижения равновесия между аппарат- ными, прямыми и спутниковыми наблюдениями. Аппаратные и спутниковые наблюдения позволяют быстро получить большие объемы данных, но не особенно эффективны без верификации посредством эм- пирических методов и прямых наблюдений. Эмпирические методы более прямы,экономически выгодны и надежны.
Разработка действительно эффективной системы мониторинга экологических и социо-экологиче- ских систем является одной из приоритетных задач XXI века, и одной из первых попыток получить такую систему является создание сети GNOMO (Global Network of Mountain Observatories), в настоящий момент находящейся на стадии выбора методологии исследований и составления их программы. Авторы прини- мают участие в разработке этой программы как приглашенные эксперты.
Литература:
1. Тимошок Е.Е., Тимошок Е.Н. Современное состояние мониторинга экосистемных изменений в условиях гор // XI Cибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докла- дов – Томск, 2014. – C. 168-169.
2. Grabherr G., Gurung A.B., Dedleu J.-P. аt al. Long-term Environmental Observations in Mountain Bio- sphere Reserves: Recommendations from the EU GLOCHAMORE Project, Long-term Environmental Ob- servations in Mountain Biosphere // Mountain Research and Development, 2005 – Vol. 25, №. 4. – pp.
376-385.
3. Draft revision of the GLORIA Field Manual [Электронный ресурс], June, 2011. Режим доступа:
http://www.gloria.ac.at/downloads/GLORIA_ Chapter8_Dra ft Update_201106.pdf 1.3.2016. – Загл. с экрана.
4. GLORIA Field Manual: Multi-summit approach. – Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2004. – 85 p.
5. Greenwood G. Summary of summaries. [Электронный ресурс], October, 2014. Режим доступа:
http://mri.scnatweb.ch/en/mri-global-events/2014-07-1619-reno-usa-mountain-observatories/synthe- sis/2437-mtnobservatoriessummaryofsummaries/file 1.3.2016. – Загл.сэкрана.
6. Timoshok E.E., Timoshok E.N., Nikolaeva S.A, Savchuk D.A,, Dirks M.N., Bocharov A.Yu, Flimonov a E.O. Integrated monitoring of the high-altitudinal areas of the Central Altai // Mountain observatories: A global fair and workshop on Socio-Ecological systems. – Reno, 2014. – P. 111.
7. Timoshok E.N. A problem of compatibility of methods in natural sciences // Mountain observatories: A global fair and workshop on Socio-Ecological systems. – 2014 – P. 133.