A Modified Algorithm for Estimating the Radial Cell Size in the Vaganov-Shashkin Simulation Model

Понимание механизма формирования и роста годичных колец древесных растений под влиянием ведущих факторов внешней среды является одной из самых актуальных проблем современной дендроэкологии. Ускорение или замедление скорости роста дерева в отдельные интервалы сезона определяется совместным влиянием таких климатических факторов, как температура и влажность почвы. С использованием модифицированного алгоритма имитационной модели роста древесных растений Ваганова-Шашкина – VS-осциллографа – в работе моделируется сезонный рост клеток в годичном кольце. Предложен новый математический подход к оценке камбиальной активности хвойных и сезонной клеточной продукции, который был протестирован на образце сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), отобранном в Хакасии, за период с 1969 по 2008 гг. Благодаря данному подходу удалось разделить влияние климатических и неклиматических внешних факторов на формирование клеток в годичном кольце древесных растенийTo describe the mechanism of tree-ring formation in woody plants influencing by the leading environmental factors is one of the most urgent problems of modern dendroecology. Changing of the tree-ring growth rate at selected intervals in the growing season is determined by the complex influence of climatic factors (e.g. temperature and soil moisture). Using the modified algorithm of the simulation model of growth Vaganov-Shashkin – VS-oscilloscope seasonal growth of cells in tree ring is simulated in the work. New mathematical approach is developed to estimate a cambial activity and seasonal cell production of conifer species. The approach is tested on tree-ring sample of Pinus sylvestris for Khakassian region over 1969-2008. The obtained approach allows to separate a treering growth signal on two components caused by climatic and non-climatic factor

Visual Parameterization of Vaganov-Shashkin Simulation Model and its Application in Dendroecological Research

В дендрохронологии используется большое количество различных аналитических подходов для анализа данных, одним из которых является моделирование. При создании любой модели одним из главных вопросов выступает выбор главных факторов. Самые распространенные и доступные климатические данные – температура и осадки. На основании имитационной модели Ваганова-Шашкина предложен новый алгоритм визуальной параметризации роста годичных колец хвойных деревьев, названный «VS- осциллограф», и описана его программная реализация. Полученный алгоритм был апробирован на двух породах древесных растений – Larix gmelini и Picea obovata. Новый способ параметризации и анализ моделируемых результатов позволяют оценить локальные условия произрастания древесных растений на основе динамики двух климатических переменных: температуры и осадков, без привлечения дополнительной информации о местообитанииThere are many different methods and tools for data analysis in dendrochronology. Modeling is one of them. One of the main issues in modeling is a choice of the main factors. Сlimatic data (temperature and precipitation) are the most common and affordable of them. Based on Vaganov – Shaskin model the new algorithm of visual parameterization of three-ring growth – VS-oscilloscope was developed. Algorithm was tested on different species of woody plants – Larix gmelini and Picea obovata. A new parameterization and analysis of modeling results help to evaluate conditions of area of growth of woody plants, based on dynamic of two climate variables: temperature and precipitation, without adding information about area of growt

DYNAMICS OF THE SOIL CO2 EMISSION DURING SNOW-FREE PERIOD IN THE IN MIDDLE TAIGA FORESTS IN CENTRAL SIBERIA

Текст статьи не публикуется в открытом доступе в соответствии с политикой журнала.Почва является основным резервуаром углерода (C) в биосфере, и в глобальном масштабе содержит в два раза больше C, чем атмосфера, и в три раза больше, чем растительность. Потоки CO2 из почвы очень чувствительны к изменениям температуры, и относительно небольшие изменения в ней могут оказать существенное влияние на величину почвенной эмиссии. Потенциальное увеличение потока CO2 из почвы, вызванное будущим ростом температуры, может вызвать эффект положительной обратной связи с концентрацией атмосферного CO2 и глобальными изменениями. Для оценки бюджетов C в заданных экосистемах мы должны уметь объяснить мелкомасштабное пространственное изменение почвенного дыхания. Модели растительности требуют учета как временного, так и пространственного изменения дыхания почвы и масштабирования камерных измерений дыхания почвы до уровня экосистемы. В этом исследовании были сопоставлены различные подстилающие поверхности по скорости почвенной эмиссии и определены основные факторы, в больше степени, влияющие на потоки CO2 из почвы. Была создана модель, которая сочетает в себе метеорологические параметры территории и местные особенности каждой экосистемы

A Modified Algorithm for Estimating the Radial Cell Size in the Vaganov-Shashkin Simulation Model

Понимание механизма формирования и роста годичных колец древесных растений под влиянием ведущих факторов внешней среды является одной из самых актуальных проблем современной дендроэкологии. Ускорение или замедление скорости роста дерева в отдельные интервалы сезона определяется совместным влиянием таких климатических факторов, как температура и влажность почвы. С использованием модифицированного алгоритма имитационной модели роста древесных растений Ваганова-Шашкина – VS-осциллографа – в работе моделируется сезонный рост клеток в годичном кольце. Предложен новый математический подход к оценке камбиальной активности хвойных и сезонной клеточной продукции, который был протестирован на образце сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), отобранном в Хакасии, за период с 1969 по 2008 гг. Благодаря данному подходу удалось разделить влияние климатических и неклиматических внешних факторов на формирование клеток в годичном кольце древесных растенийTo describe the mechanism of tree-ring formation in woody plants influencing by the leading environmental factors is one of the most urgent problems of modern dendroecology. Changing of the tree-ring growth rate at selected intervals in the growing season is determined by the complex influence of climatic factors (e.g. temperature and soil moisture). Using the modified algorithm of the simulation model of growth Vaganov-Shashkin – VS-oscilloscope seasonal growth of cells in tree ring is simulated in the work. New mathematical approach is developed to estimate a cambial activity and seasonal cell production of conifer species. The approach is tested on tree-ring sample of Pinus sylvestris for Khakassian region over 1969-2008. The obtained approach allows to separate a treering growth signal on two components caused by climatic and non-climatic factor

Forward Modeling Reveals Multidecadal Trends in Cambial Kinetics and Phenology at Treeline

Significant alterations of cambial activity might be expected due to climate warming, leading to growing season extension and higher growth rates especially in cold-limited forests. However, assessment of climate-change-driven trends in intra-annual wood formation suffers from the lack of direct observations with a timespan exceeding a few years. We used the Vaganov-Shashkin process-based model to: (i) simulate daily resolved numbers of cambial and differentiating cells; and (ii) develop chronologies of the onset and termination of specific phases of cambial phenology during 1961–2017. We also determined the dominant climatic factor limiting cambial activity for each day. To asses intra-annual model validity, we used 8 years of direct xylogenesis monitoring from the treeline region of the Krkonoše Mts. (Czechia). The model exhibits high validity in case of spring phenological phases and a seasonal dynamics of tracheid production, but its precision declines for estimates of autumn phenological phases and growing season duration. The simulations reveal an increasing trend in the number of tracheids produced by cambium each year by 0.42 cells/year. Spring phenological phases (onset of cambial cell growth and tracheid enlargement) show significant shifts toward earlier occurrence in the year (for 0.28–0.34 days/year). In addition, there is a significant increase in simulated growth rates during entire growing season associated with the intra-annual redistribution of the dominant climatic controls over cambial activity. Results suggest that higher growth rates at treeline are driven by (i) temperature-stimulated intensification of spring cambial kinetics, and (ii) decoupling of summer growth rates from the limiting effect of low summer temperature due to higher frequency of climatically optimal days. Our results highlight that the cambial kinetics stimulation by increasing spring and summer temperatures and shifting spring phenology determine the recent growth trends of treeline ecosystems. Redistribution of individual climatic factors controlling cambial activity during the growing season questions the temporal stability of climatic signal of cold forest chronologies under ongoing climate change

Response of four tree species to changing climate in 2 a moisture-limited area of South Siberia

The response of vegetation to climate change is of special interest in regions where rapid warming is coupled with moisture deficit. This raises the question of the limits in plants' acclimation ability and the consequent shifts of the vegetation cover. Radial growth dynamics and climatic response were studied in Scots pine (Pinus sylvestris L.), Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.), and silver birch (Betula pendula Roth.) in the forest-steppe, and for Siberian elm (Ulmus pumila L.) in the steppe of South Siberia, as indicators of vegetation state and dynamics. Climate-growth relationships were analyzed by the following two approaches: (1) correlations between tree-ring width chronologies and short-term moving climatic series, and (2) optimization of the parameters of the Vaganov-Shashkin tree growth simulation model to assess the ecophysiological characteristics of species. Regional warming was accompanied by a slower increase of the average moisture deficit, but not in the severity of droughts. In the forest-steppe, the trees demonstrated stable growth and responded to the May-July climate. In the steppe, elm was limited by moisture deficit in May-beginning of June, during the peak water deficit. The forest-steppe stands were apparently acclimated successfully to the current climatic trends. It seems that elm was able to counter the water deficit, likely through its capacity to regulate transpiration by the stomatal morphology and xylem structure, using most of the stem as a water reservoir; earlier onset; and high growth rate, and these physiological traits may provide advantages to this species, leading to its expansion in steppes

Visual Parameterization of Vaganov-Shashkin Simulation Model and its Application in Dendroecological Research

В дендрохронологии используется большое количество различных аналитических подходов для анализа данных, одним из которых является моделирование. При создании любой модели одним из главных вопросов выступает выбор главных факторов. Самые распространенные и доступные климатические данные – температура и осадки. На основании имитационной модели Ваганова-Шашкина предложен новый алгоритм визуальной параметризации роста годичных колец хвойных деревьев, названный «VS- осциллограф», и описана его программная реализация. Полученный алгоритм был апробирован на двух породах древесных растений – Larix gmelini и Picea obovata. Новый способ параметризации и анализ моделируемых результатов позволяют оценить локальные условия произрастания древесных растений на основе динамики двух климатических переменных: температуры и осадков, без привлечения дополнительной информации о местообитанииThere are many different methods and tools for data analysis in dendrochronology. Modeling is one of them. One of the main issues in modeling is a choice of the main factors. Сlimatic data (temperature and precipitation) are the most common and affordable of them. Based on Vaganov – Shaskin model the new algorithm of visual parameterization of three-ring growth – VS-oscilloscope was developed. Algorithm was tested on different species of woody plants – Larix gmelini and Picea obovata. A new parameterization and analysis of modeling results help to evaluate conditions of area of growth of woody plants, based on dynamic of two climate variables: temperature and precipitation, without adding information about area of growt