Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований Института в 2004 году.

1. На основании анализа рассчитанных вейвлет-спектров для столетних рядов наблюдений приземных температур в Западной Сибири и индекса NAO (разностей давления в Португалии и Исландии) установлена статистически значимая корреляция для периодичностей в 3-8 лет, 10-15 лет и 30-40 лет (см. левый рисунок). Выявленные периодичности в двух рядах наблюдений коррелируют между собой с временной задержкой от 0 для коротких периодичностей до 7 лет для длинных периодичностей (см. правый рисунок).

Полученные результаты указывают на разную природу выявленных корреляций для периодичностей различных масштабов и обосновывают необходимость новых подходов к мониторингу и моделированию региональных климатических изменений (ИМКЭС, проект 24.3.1).

Рис. 1а. Локальная корреляция вейвлет-спектров

Рис. 1б. Фазовые сдвиги вейвлет-спектров

На поясняющем рисунке показаны результаты взаимного анализа временных рядов температур на территории Сибири и индекса Северо-Атлантического колебания. На левом рисунке представлена временная динамика коэффициентов корреляции между периодичностями соответствующих масштабов в рядах этих характеристик, на правом - соответствующие фазовые сдвиги. На рисунках областям, окрашенным в более темный цвет, соответствуют большие значения коэффициентов корреляции и фазового сдвига. Результаты соответствуют среднему значению по всем станциям наблюдений температур Сибири. Периодичности масштабов в 5 и 7 лет имеют значения коэффициента когерентности 0.4-0.5, однако связь носит спорадический характер, а отсутствие фазового сдвига говорит о том, что влияние NAO на температурный режим Сибири осуществляется через процессы атмосферного переноса. Фазовый сдвиг в 1-3 года присутствует во взаимодействии 15-летних периодичностей, проявляющихся в течение всего ХХ столетия, а положительный знак фазы говорит о том, что изменения NAO предшествуют изменениям температурного поля, а механизм передачи изменений осуществляется через океаническую составляющую. Иной характер имеет динамика связей 30-летних периодичностей. В момент своего возникновения в 1935 г. фазовый сдвиг составляет ~ 7 лет, который уменьшается до 3 лет к 1985 г., при этом величина коэффициента когерентности составляет 0.3-0.4. Анализ фазового спектра показывает, что в связях 30-летних периодичностях температурного поля Сибири, в ряде случаев даже рядом расположенные пункты наблюдений имеют противоположные знаки для коэффициентов корреляций.

2. На основании анализа индексов экстремальности для приземной температуры, атмосферного давления, облачности и приходящей солнечной радиации в Западной Сибири (по данным реанализа за последние полвека) не выявлены статистически значимые тренды изменения доли районов, для которых в отдельные годы наблюдаются экстремальные отклонения климатических параметров от их среднегодовых значений (доля экстремальных районов остается в пределах 0,1 - 0,2)

Отрицательные аномалии температуры Положительные аномалии температуры

Отрицательные аномалии облачности Положительные аномалии облачности

Рис. 2. Временной ход индекса экстремальности климата, учитывающий тренд.

На рисунке показан временной ход индекса экстремальности, учитывающего трендовую составляющую. Индекс определяется как доля площади региона, на которой отклонения текущих значений временного ряда от аппроксимирующей его линейной функции превышают стандартное отклонение. Видно, что ряды индекса экстремальности с учетом тренда для положительных и отрицательных аномалий температуры не имеют значимого тренда, следовательно, не наблюдается увеличения экстремальности климата из-за увеличения разброса температуры. В период с 1968 по 1989 гг. на большей части Западной Сибири наблюдалось повышение значений облачности. В этот период индекс экстремальности положительных аномалий облачности выше, чем для всего остального ряда.

3. Впервые на основе анализа строения почв в таежной зоне Западной Сибири доказано, что большинство зональных почв сформированы в толще генетически разнородных и разновозрастных почвообразующих пород. В современном профиле мощностью 1.5- 2.0 метра включены как минимум три цикла доголоценового почвообразования относящихся к различным климатическим эпохам. Полученные результаты существенно отличаются от господствующих представлений голоценового возраста почв и исключительно педогенной стратификации почвенного профиля, обосновывают новую ландшафтно-динамическую концепцию рассматривающую таежное почвообразование как полигенетичный дискретно развивающийся процесс. (ИМКЭС, проект 24.3.1).

Исследования почвенного покрова в таежной зоне Западной Сибири показали высокую динамичность почвообразования, его тесную связь с изменениями ландшафтно-климатической обстановки. Впервые отмечено, что профили большинства современных зональных почв имеют признаки разрыва в почвообразовании и включают элементы как минимум трех циклов доголоценового почвообразования, отражающих различные климатические эпохи (рис. 3). Выявлено, что стратиграфия профиля на генетические горизонты тесно связана с процессами литогенеза и условиями тепло- и влагообеспеченности на каждом этапе эволюционного развития почв. Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие фундаментальных основ генетического почвоведения.

Рис. 3 Почвообразование в климатических циклах голоцена и позднего плейстоцена.

Колебания климата:

1 - осадки; 2 -температура. Ведущие почвообразователь-ные процессы:

3 - гумусонакопление;

4 - оподзоливание;

5 - лессиваж;

6 - элювиальное оглеение;

7 - грунтовое оглеение.

Генетические горизонты почв:

Ad - дерновый;

AEL -гумусово-элювиальный;

EL - элювиальный (подзолистый);

Ah - остаточно-гумусовый;

B1 - иллювиальный

Bh - иллювиально-гумусовый (палеокриогенный клин)

Bg - иллювиальный с признаками оглеения

G - глеевый.

4. Обнаружены аномалии в анатомии годичных колец деревьев, переживших Тунгусскую катастрофу 1908 года: тонкостенные трахеиды в переходных и поздних зонах годичного кольца и деформированные трахеиды на внешней границе кольца.

Из новых данных следует, что при мощности теплового импульса в интервале 2,5х105 - 3х106 Дж/м2 пережитое деревьями давление было в 20-30 раз больше того (~30 kPa), что определено в ранних работах по общему вывалу леса. Данный вывод требует корректировки физической модели Тунгусского события (ИМКЭС, ИЛ, Arizona Univ., проект 24.3.2).

Рис. 4. Поперечное сечение образца лиственницы с кольцами 1907-1915 г.

A - нормальная (до 1908г. и после 1912.) и аномальная (после 1908 и до 1912г.) анатомия колец. B - трахеиды 1908 года .

5. Впервые в закрытой хлоридной системе на монокристаллических подложках ZnGeP 2, ориентированных в направлении фазового синхронизма для повышения лучевой стойкости при параметрической генерации света с накачкой 2-мкм лазерным излучением, получены зеркально гладкие эпитаксиальные пленки, обладающие более высоким совершенством структуры и значительно более низкой концентрацией дефектов, по сравнению с материалом подложек

Рис.5. Верху: изображение в растровом электронном микроскопе (увеличение х20000) от полированных подложек ZnGeP 2 после кратковременного селективного травления.

Внизу: профиль рельефа вдоль сечения, обозначенного черной линией.

Рис 6. Верху: изображение в растровом электронном микроскопе (увеличение х100000) от эпитаксиального слоя ZnGeP 2, выращенного в закрытой хлоридной газотранспортной системе.

Внизу: профиль рельефа вдоль сечения, обозначенного черной линией.

Пояснения к рисункам.

Очистка поверхности предварительно подложек ZnGeP 2 путем кратковременного селективного травления выявляет (рис. 5) неоднородности рельефа с характерным размером 0,2 мкм и амплитудой около 0,15 мкм. Амплитуда неоднородностей эпитаксиальных слоев (рис. 6) имеет на порядок меньшее значение - 0,015 мкм.