Microclimatic features of pine-broadleaf forests in the Southern Urals region based on logger measurements and ERA5-Land reanalysis data

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

An analysis of the temperature regime and air humidity was carried out in ecotonal pine-broadleaf forests of the suballiance Tilio cordatae – Pinenion sylvestris on the Ufa Plateau (UP) and in the central part of the Southern Urals (MFZ – mountain forest zone of the Republic of Bashkortostan (RB)) based on data from temperature and humidity sensors (2022–2023) and the ERA5-Land reanalysis. The mean daily air temperature on the UP was on average 1,24°C higher than in the MFZ according to logger data and 2,3°C higher according to the ERA5-Land reanalysis. A high correlation between logger observations and reanalysis data was detected (R = 0,97–0,98). However, the air temperature measured by sensors was on average higher than the ERA5-Land estimates by 1,7°C on the UP and by 0,67°C in the MFZ. During extreme periods, discrepancies reached up to 13°C, which is associated with the buffering role of the forest canopy, the influence of the snow cover, and microlandscape features such as slope exposure and steepness. Relative air humidity at both sites showed very similar average values (74,3% on the UP and 74,0% in the MFZ) and a high synchrony in seasonal dynamics. The highest values were observed in November (up to 90%), while the lowest values occurred in May (about 50%). During the cold season, humidity remained high due to low temperatures and stable snow cover, whereas in spring its variability increased. Soil temperature in winter remained close to 0°C, indicating the strong insulating effect of the snow cover. In spring and summer, soil on the UP warmed more rapidly and reached higher values (up to +17…+18°C) than in the MFZ (up to +15…+16°C). These differences are explained by variations in slope exposure, relief, and conditions of solar radiation input. The obtained results demonstrate the important role of microlandscape factors and forest canopy in shaping the microclimatic regime of forest ecosystems. The obtained results highlight the key role of local factors (microrelief, forest canopy) in the formation of microclimate, which must be taken into account when predicting the response of forest ecosystems to global climate change, especially in ecotone communities sensitive to climate fluctuations.

Full Text

Введение

В Южно-Уральском регионе в зоне контакта широколиственных и светлохвойных лесов распространены экотонные сосново-широколиственные леса подсоюза Tilio cordatae – Pinenion sylvestris Shirokikh et al. 2021. Древесный ярус данных лесов в основном сформирован сосной и широколиственными древесными породами, которые обычно занимают второй ярус. Травяной ярус обычно состоит из неморальных видов, характерных для широколиственных лесов [1]. Как правило, экотонные сообщества являются менее устойчивыми к климатическим изменениям, чем другие типы лесных сообществ [2]. Это может проявляться в изменении структуры древесного яруса и соотношения древесных пород, а в долгосрочной перспективе – в изменении их распространения [3]. Реакция сосново-широколиственных лесов на климатические изменения зависит от их местообитаний. Проведенное ранее моделирование современного потенциального ареала сосново-широколиственных лесов показало, что большая часть местообитаний с высокопригодными условиями сосредоточено на Южном Урале (в горно-лесной зоне РБ) и на Уфимском плато) [4]. В исследованиях, основанных на сравнении климатических характеристик местообитаний на УП и в ГЛЗ с использованием растровых данных BIOCLIM CHELSA, были установлены различия между этими районами. В частности, по сравнению с ГЛЗ, для местообитаний сосново-широколиственных лесов на УП характерны более высокая среднегодовая температура (выше на 1,4°C), меньшее количество летних и чуть большее количество зимних осадков [5]. Сходные растительные сообщества, формирующиеся в различных климатических условиях, могут по-разному реагировать на их изменения.

Исследования микроклимата лесных экосистем приобретают особую актуальность в контексте глобального изменения климата, поскольку именно микроклиматические условия (температура под пологом древостоя, влажность воздуха и почвы) определяют возможности выживания видов и стабильность растительных сообществ [6; 7]. Экотонные сообщества, находящиеся на границе распространения, служат ранними индикаторами климатических изменений [2], и понимание их микроклиматической специфики необходимо для разработки стратегий сохранения биоразнообразия в масштабах всего умеренного пояса Евразии.

Для анализа связи климатических условий и состояния растительности в регионах с ограниченной сетью метеорологических наблюдений во многих исследованиях используются данные реанализов, в частности ERA5-Land [8–11]. Однако такие данные требуют верификации на локальном уровне, особенно в сложных условиях горно-лесных территорий. Исследования, посвящённые оценке соответствия реанализов фактическим показателям микроклимата в конкретных местообитаниях, остаются немногочисленными, несмотря на их высокую перспективность [10; 11].

В связи с этим, целью настоящей работы является анализ особенностей температурного режима и влажности в сосново-широколиственных лесах подсоюза Tilio cordatae – Pinenion sylvestris в Предуралье (УП) и в центральной части Южного Урала (ГЛЗ), а также сравнение данных, полученных с логгеров, установленных на пробных площадях в исследуемых экосистемах, с данными реанализа ERA5-Land. Использование данных реанализа в данном случае рассматривается как обоснованный подход, подтверждённый современными исследованиями.

Материалы и методы исследований

Для мониторинга трансформаций сосново-широколиственных лесов, обусловленных изменением климатических факторов, в 2022 г. на территории УП и ГЛЗ в лесах ассоциации Tilio cordatae – Pinetum sylvestris Shirokikh et al. 2021 [1] были заложены круговые пробные площади диаметром 30 м (рис. 1). На них проводились исследования структуры и состава древесного яруса, а также были установлены логгеры для измерения температуры и влажности воздуха. На УП пробная площадь заложена в Караидельском районе Республики Башкортостан (РБ) на территории водоохранно-защитных лесов Павловского водохранилища, в ГЛЗ – в Белорецком районе РБ у подножия горы Широкая Шишка (на восточной границе распространения сосново-широколиственных лесов).

На УП пробная площадь расположена на склоне восточной экспозиции с уклоном 9°. Высота над уровнем моря – 276 м. Средняя высота древостоя – 25 м, проективное покрытие древостоя с учетом хорошо развитого подлеска из широколиственных пород достигает 80%. Первый ярус древостоя слагает Pinus sylvestris L. с небольшой примесью Betula pendula Roth, второй ярус формируют Acer platanoides L. и Tilia cordata Mill. В подлеске часто встречаются Sorbus aucuparia L. и Padus avium Mill. Кустарниковый ярус развит слабо, его проективное покрытие чаще всего не превышает 1–2%. Проективное покрытие травяного яруса 55%.

В ГЛЗ пробная площадь находится на склоне западной экспозиции с уклоном 5°. Высота над уровнем моря – 558 м. Средняя высота древостоя составляет 22 м, проективное покрытие достигает 70%. Первый ярус древостоя так же, как и на УП, сформирован Pinus sylvestris с небольшой примесью Betula pendula, второй ярус слагают Acer platanoidesTilia cordata и Ulmus glabra Huds. В подлеске встречаются Sorbus aucuparia и Padus avium. Кустарниковый ярус также развит слабо, его проективное покрытие составляет 1–2%. Проективное покрытие травяного яруса составляет 50%.

Для анализа температуры и влажности воздуха и температуры почвы на каждой пробной площади были установлены по два логгера (DS1922L-F5, CEM DT-171). Один датчик для сбора данных о температуре и влажности воздуха устанавливался на высоте 150 см на северной стороне стволов деревьев, а второй – в почве на глубине 10 см. Регистрация температуры и влажности воздуха и почвы проводилась каждый час. На пробной площади на УП период работы логгеров составил с 21.10.2022 по 26.10.2023, в ГЛЗ – с 04.11.2022 по 17.10.2023. Показания с логгеров считывались 1–2 раза в год. Обработка данных проводилась в программах Excel, Statgraphics Centurion XV.1.

Также проводился анализ температуры воздуха, осадков и высоты снежного покрова с использованием данных реанализа ERA5-Land Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды [12; 13]. Эти данные характеризуются часовым временным разрешением и пространственным разрешением 0,1° и находятся в свободном доступе через Climate Data Store Copernicus [14].

 

Рисунок 1 – Расположение пробных площадей на УП и в ГЛЗ (источник – OpenStreetMap)

 

Результаты исследований и их обсуждение

На основе данных логгеров, установленных на двух пробных площадях на УП и в ГЛЗ, была построена динамика среднесуточной температуры воздуха (°C) в местообитаниях сосново-широколиственных лесов за период с ноября 2022 г. по июнь 2023 г. (рис. 2). Температурные кривые характеризуются сходной сезонной амплитудой и практически повторяют друг друга, что говорит о сходстве макроклиматических условий двух территорий и высокой согласованности показаний логгеров. Синхронизированность динамики температур подтверждает корректность работы логгеров и отсутствие систематической ошибки одного из приборов. При этом, среднесуточная температура воздуха, измеренная логгерами за весь период измерения в местообитаниях сосново-широколиственных лесов на УП, была выше, чем в ГЛЗ в среднем на 1,24°C, что согласуется с ранее полученными результатами [5]. Различия в температурном режиме более заметны в зимние месяцы, что может быть связано с географическими особенностями, инверсией и большей континентальностью микроклимата на пробной площади в ГЛЗ. Наибольшее различие среднесуточной температуры между пробными площадями составило 8,6°C (11 декабря 2022 г.).

Сходная картина, хотя и с несколько иными количественными значениями, наблюдается и при анализе данных реанализа ERA5-Land (рис. 3). Графики сезонной динамики по данным реанализа также практически совпадают по форме и фазе. Среднесуточная температура воздуха за весь период измерения (с 3 ноября 2022 г. по 7 июня 2023 г.) на УП была выше, чем в ГЛЗ в среднем на 2,3°C (рис. 3). Наибольшее различие среднесуточной температуры между пробными площадями составило 7°C (14 декабря 2023 г.).

Для оценки репрезентативности данных реанализа на локальном уровне были сопоставлены температура воздуха, зарегистрированную логгерами на пробных площадях, с данными ERA5-Land (рис. 4; рис. 5). Корреляция среднесуточных температур воздуха по данным ERA5-Land и логгеров составила для УП 0,97, для ГЛЗ – 0,98 (рис. 4).

Температура воздуха, зарегистрированная логгерами на пробных площадях, была сопоставлена с данными реанализа ERA5-Land. В ГЛЗ в течение большей части периода значения разности находятся в диапазоне от −5°C до 0°C. Данные реанализа ERA5-Land в большинстве случаев и в холодные, и в теплые месяцы показывали меньшую температуру, чем данные логгеров (рис. 5). Средняя абсолютная величина расхождения температуры по модулю составила 2,4°C, при этом в среднем за весь сезон температура воздуха, измеренная датчиками, была выше температуры по данным реанализа на 1,7°C. Наиболее выраженные отрицательные отклонения наблюдались в декабре–январе и составляли примерно от −10°C до −12°C в периоды экстремальных морозов. Положительные значения разницы (до +5…+7°C) зафиксированы значительно реже и, вероятно, объясняются локальным более сильным прогреванием открытой поверхности, тогда как под пологом леса температура воздуха растёт медленнее из-за затенения.

На УП температура воздуха, измеренная логгерами, отличалась от данных реанализа как в большую, так и в меньшую стороны. Однако в среднем температура по данным реанализа также была ниже температуры, измеренной логгерами (рис. 5). Средняя разница показателей температуры по модулю составила 2,0°C, при этом в среднем за весь сезон температура, измеренная логгерами, была выше температуры по данным реанализа на 0,67°C. Максимальная разница показаний температуры на УП наблюдалась в зимние месяцы и достигала 12–13°C.

 

Рисунок 2 – Среднесуточная температура воздуха на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным логгеров

 

Рисунок 3 – Среднесуточная температура воздуха на пробных площадях на УП по данным реанализа ERA 5-Land

 

Анализ влажности воздуха, измеренной логгерами на пробных площадях на УП и в ГЛЗ показал, что несмотря на значительные колебания влажности в отдельные даты, средние показатели влажности за весь рассматриваемый период очень близки и составили на УП – 74,3%, а в ГЛЗ – 74,0%. Анализ среднемесячных данных показал, что наибольшие значения влажности отмечены на пробных площадях в ноябре (на УП – 88,5% и в ГЛЗ – 90,3%), а наименьшие – в мае (на УП – 52,4% и в ГЛЗ – 50,4%) (рис. 6). В целом обе кривые демонстрируют высокую синхронность, что отражает общность региональных синоптических условий. Однако различия проявляются в амплитуде колебаний и характере экстремумов.

 

Рисунок 4 – Корреляционная зависимость значений температуры воздуха, измеренных логгерами, и по данным реанализа ERA5-Land на пробных площадях в ГЛЗ (А) и на УП (Б)

 

Рисунок 5 – Разница между температурами, измеренными логгерами, и по данным реанализа ERA5-Land на пробных площадях в ГЛЗ (А) и на УП (Б)

 

В холодный период (ноябрь–февраль) относительная влажность держится преимущественно в диапазоне 80–95%, с кратковременными снижениями до 65–75% для УП. Подобные колебания могут быть следствием инверсионных процессов, когда в приземном слое накапливается холодный сухой воздух, особенно в условиях сильно расчлененного рельефа, характерно для УП. В марте начинается рост вариабельности на обеих пробных площадях. Появляются эпизоды снижения влажности до 60–70%. Наиболее выраженные различия отмечены в апреле–мае, когда влажность снижается до 30–50% и ниже. Подобные колебания связаны с увеличением солнечной радиации и усилением турбулентного обмена, а также с различием в экспозиции, структуре древостоя и условиях вентиляции приземного слоя.

Согласно данным реанализа ERA5-Land, наибольшее количество осадков за период наблюдений с ноября 2022 г. по июнь 2023 г. пришлось на ноябрь – 102 мм в ГЛЗ и 81 мм на УП. Минимальные значения отмечены в мае – 12 мм в ГЛЗ и 19 мм на УП (рис. 7). Полученные результаты согласуются с динамикой относительной влажности воздуха, измеренной логгерами. При этом снижение количества осадков в зимние месяцы не приводило к существенному снижению влажности, в то время как в весенне-летние месяцы показатели влажности сильнее зависели от количества осадков.

Важным компонентом микроклимата, напрямую влияющим на условия произрастания растений, является термический режим почвы. Анализ температуры почвы, измеренной логгерами на пробных площадях на УП и в ГЛЗ за период с 19 ноября 2022 г. по 17 октября 2023 г., показал, что даже в холодное время года отсутствуют отрицательные температуры (рис. 8). Это свидетельствует о стабильном тепловом режиме почвы под снежным покровом (табл. 1). Снежный слой выполняет выраженную теплоизоляционную функцию, предотвращая глубокое промерзание и сглаживая суточные колебания. Различия между площадками в этот период минимальны.

 

Рисунок 6 – Среднесуточная относительная влажность воздуха на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным логгеров

 

Рисунок 7 – Количество осадков на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным реанализа ERA5-Land

 

Рисунок 8 – Среднесуточная температура почвы на пробных площадях по данным логгеров в ГЛЗ и на УП

 

С апреля начинается устойчивый рост температуры почвы. При этом на пробной площади на УП прогрев происходит быстрее и резче, а в ГЛЗ – кривая более плавная и инерционная. Это объясняется различиями в мощности снежного покрова и скоростью схода снега. Высота снежного покрова по данным реанализа ERA5-Land в ГЛЗ в апреле составляла 20,47 см, а то время как на УП снег практически сошел (табл. 1).

 

Таблица 1 – Высота снежного покрова (см) на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным реанализа ERA5-Land

Месяц и год

УП

ГЛЗ

Ноябрь 2022 г.

6,72

8,66

Декабрь 2022 г.

27,67

60,87

Январь 2023 г.

46,35

74,36

Февраль 2023 г.

48,75

68,58

Март 2023 г.

59,19

81,24

Апрель 2023 г.

2,67

20,47

 

На пробной площади на УП в период с марта по сентябрь температура почвы была стабильно выше, чем в ГЛЗ. Максимальные значения, зафиксированные в июле–августе, на пробной площади на УП составляют до +17…+18°C, в ГЛЗ – до +15…+16°C. Кроме того, на пробной площади на УП зафиксирована бóльшая амплитуда сезонных колебаний температуры почвы. Полученные различия обусловлены сочетанием макроклиматических и микроландшафтных факторов. Ранее выявленные различия по температуре воздуха подтверждают более тёплый фон на пробной площади на УП в тёплый период года. Однако дополнительную роль играют морфометрические характеристики пробных площадей. Пробная площадь на УП характеризуется более выраженным уклоном (9°) и восточной экспозицией, тогда как пробная площадь в ГЛЗ находится на склоне западной экспозиции и с меньшим уклоном (5°). Восточная экспозиция склона способствует более интенсивному прогреву почвы в первой половине дня за счёт раннего поступления прямой солнечной радиации. При этом более крутой склон увеличивает угол падения солнечных лучей, усиливая радиационный приток в утренние часы. В результате суточные колебания температуры на пробной площади на УП выражены сильнее. На пробной площади в ГЛЗ западная экспозиция обеспечивает максимум инсоляции во второй половине дня, когда часть поступающей энергии расходуется на турбулентный обмен и испарение, что способствует более сглаженному температурному режиму. Более пологий рельеф дополнительно снижает контрастность радиационного воздействия.

Таким образом, различия в сроках схода снега и скорости прогрева почвы между УП и ГЛЗ, обусловленные экспозицией склонов, демонстрируют, что даже в пределах одного региона микроклиматические градиенты могут создавать асинхронность начала вегетационного сезона. В глобальном масштабе это подчеркивает важность сохранения ландшафтного разнообразия как резерва стабильности экосистем в условиях климатических флуктуаций [7].

Установленная высокая корреляция среднесуточных температур (0,97 для УП и 0,98 для ГЛЗ) между измерениями логгеров и данными реанализа ERA5-Land свидетельствует о высокой степени согласованности измерений и позволяет рассматривать данные реанализа ERA5-Land как надёжный источник для восстановления пропущенной информации в архивах наземных наблюдений [15]. Вместе с тем, при резких изменениях температуры воздуха наблюдаются существенные расхождения между значениями реанализа и показаниями логгеров, установленных под пологом леса [16]. Лесные сообщества выполняют выраженную буферную функцию, сглаживая амплитуду температурных колебаний [6]. В отдельные даты различия между температурой по данным ERA5-Land и измерениями под пологом могут достигать 13°C. В зимний период при резком понижении температуры атмосферного воздуха её снижение под пологом леса происходило более постепенно и растягивалось на несколько суток. Аналогично, при резком повышении температуры охлаждённый приземный слой воздуха под пологом сохранялся дольше по сравнению с открытыми участками.

Выявленная буферная роль лесного полога (сглаживание экстремальных температур до 13°C по сравнению с данными реанализа, отражающими условия открытой местности) согласуется с глобальными исследованиями, показывающими, что леса умеренной зоны могут снижать максимальные температуры на 2–5°C и повышать минимальные на 1–3°C [6]. Это подтверждает представление о лесных экосистемах как о потенциальных климатических рефугиумах для чувствительных видов в условиях учащения экстремальных погодных явлений.

Стабильная температура почвы в зимнее время, близкая к 0°C, объясняется наличием снежного покрова. Снежный покров как сезонное накопление снега, оказывает существенное влияние на растительность. Благодаря малой теплопроводности, снег предохраняет почву от промерзания и резких температурных колебаний в зимнее время. Высота снежного покрова в 70–80 см почти полностью изолирует почву от холодного воздуха [17–19]. Меньшие колебания температуры почвы на пробной площади в ГЛЗ, по сравнению с УП связаны со скоростью схода снежного покрова в весеннее время и микроландшафтными характеристиками пробных площадей [7]. В летнее время меньшие колебания температуры почвы на пробной площади в ГЛЗ также могут быть связаны с наличием бóльшего слоя хвойного опада, чем на УП. Этот опад действует как естественный буфер, сглаживая температурные перепады и поддерживая более стабильную температуру почвы [20; 21].

Таким образом, несмотря на высокую корреляцию среднесуточных значений, различия в экстремальные периоды отражают специфику микроклиматической регуляции в лесных экосистемах и должны учитываться при интерпретации результатов. Несомненным преимуществом использования данных реанализа ERA5-Land является их высокое временное разрешение, регулярное обновление и доступность в режиме, близком к реальному времени. Существенными достоинствами также выступают открытость данных, относительная простота их обработки и возможность дистанционной оценки климатических параметров на больших территориях. Это позволяет анализировать долгосрочные тенденции изменения климата и сопоставлять современные значения с ретроспективными рядами наблюдений. В то же время пространственное разрешение ERA5-Land составляет 0,1° (порядка 9 × 9 км), что ограничивает возможности детального изучения климатических характеристик в пределах различных типов растительных сообществ. Значение пикселя реанализа представляет собой усреднённую оценку температуры, осадков и других параметров для достаточно обширной территории, включающей местообитания с различными микроклиматическими условиями. Между тем температурный режим может существенно варьировать в зависимости от экспозиции и крутизны склонов, положения в рельефе, степени сомкнутости полога, увлажнённости почвы и других факторов. Таким образом, использование исключительно данных ERA5-Land недостаточно для детального анализа микроклиматических условий конкретных фитоценозов. Для изучения климатических характеристик отдельных растительных сообществ более информативным является применение автономных климатических датчиков, установленных непосредственно в исследуемых местообитаниях. Кроме того, выявленные систематические расхождения (до 13°C в экстремальные периоды) указывают на необходимость осторожной интерпретации абсолютных значений реанализа и важность наземной верификации при изучении микроклимата конкретных местообитаний.

Различия между данными реанализа ERA5-Land и измерениями, полученными с помощью полевых датчиков, могут быть обусловлены рядом причин:

  1. Различие пространственного масштаба данных. Реанализ отражает усреднённые значения по значительной территории с неоднородным микроландшафтом, тогда как логгеры фиксируют точечные показатели в конкретном местообитании.
  2. Буферная роль лесных сообществ. Древесный полог и напочвенный покров способны сглаживать суточные и сезонные амплитуды температуры, формируя более стабильный микроклимат по сравнению с открытыми пространствами.
  3. Влияние снежного покрова. Наличие и толщина снежного покрова в конкретных местообитаниях существенно смягчают зимние температуры, особенно при использовании напочвенных датчиков, расположенных в приземном слое.

Заключение

Проведённые исследования выявили различия климатических условий в местообитаниях сосново-широколиственных лесов в ГЛЗ и на УП. Установлена высокая согласованность между измерениями, полученными с помощью полевых датчиков и данными реанализа ERA5-Land, а также выделены основные причины их расхождения. Однако полученные результаты основаны на коротком временном отрезке наблюдений, что ограничивает возможность формулирования обобщающих выводов. Продолжительный мониторинг температурного режима в сочетании с анализом динамики состава и структуры древостоев позволит в дальнейшем делать более обоснованные прогнозы. Вероятно, изменения в составе лесных сообществ будут происходить медленнее, чем трансформация температурного режима. Тем не менее, экстремальные климатические события, включая периодические холодные зимы (например, в 2022–2023 гг.), могут оказывать существенное влияние на жизнеспособность широколиственных пород как в ГЛЗ, так и на УП.

Полученные данные дополняют представления о микроклимате экотонных сосново-широколиственных лесов и, что особенно важно, количественно характеризуют буферную способность лесных экосистем умеренной зоны, демонстрируя расхождения с открытыми ландшафтами до 13°C. В совокупности с данными реанализа они могут быть использованы для калибровки климатических моделей и прогнозирования сукцессионных процессов в экотонных сообществах Евразии в условиях меняющегося климата.

×

About the authors

Milyausha Rinatovna Akhmetova

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mishaulya@yandex.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Svetlana Nikolaevna Zhigunova

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: zigusvet@yandex.ru

doctor of biological sciences, leading researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Pavel Sergeevich Shirokikh

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: shirpa@mail.ru

doctor of biological sciences, leading researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Vasily Borisovich Martynenko

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: vb-mart@mail.ru

doctor of biological sciences, chief researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Elvira Zakiryanovna Baisheva

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: elvbai@mail.ru

doctor of biological sciences, chief researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Ilshat Rinatovich Tuktamyshev

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: ishatik@yandex.ru

candidate of biological sciences, junior researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Vazir Damirovich Gimazetdinov

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: vazir.gimazetdinov@mail.ru

postgraduate student, junior researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Davut Meretgeldiyevich Gulov

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: davut.gulov.96@mail.ru

candidate of biological sciences, junior researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Ilnur Gatiatovich Bikbaev

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: ilnur.bikbaev.90@yandex.ru

junior researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

Dilara Tagirovna Gabbasova

Ufa Institute of Biology of the Ufa Federal Research Centre of Russian Academy of Sciences

Email: dilara.gt@yandex.ru

candidate of biological sciences, researcher of Geobotany and Plant Resources Laboratory

Russian Federation, Ufa

References

  1. Широких П.С., Мартыненко В.Б., Баишева Э.З., Федоров Н.И., Мулдашев А.А., Наумова Л.Г. Разнообразие широколиственных и сосново-широколиственных лесов на восточной границе их распространения // Растительность России. 2021. № 42. С. 63–117. doi: 10.31111/vegrus/2021.42.63.
  2. Neilson R.P. Transient ecotone response to climatic change: some conceptual and modelling approaches // Ecological Applications. 1993. Vol. 3, iss. 3. P. 385–395. doi: 10.2307/1941907.
  3. Allen C.D., Macalady A.K., Chenchouni H., Bachelet D., McDowell N., Vennetier M., Kitzberger T., Rigling A., Breshears D.D., Hogg E.H., Gonzalez P., Fensham R., Zhang Z., Castro J., Demidova N., Lim J.H., Allard G., Running S.W., Semerci A., Cobb N. A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests // Forest Ecology and Management. 2010. Vol. 259, iss. 4. P. 660–684. doi: 10.1016/j.foreco.2009.09.001.
  4. Fedorov N., Zhigunova S., Shirokikh P., Baisheva E., Martynenko V. Analysis of the potential range of mountain pine-broadleaf ecotone forests and its changes under moderate and strong climate change in the 21st century // Plants. 2023. Vol. 12, iss. 21. Art. 3698. doi: 10.3390/plants12213698.
  5. Федоров Н.И., Жигунова С.Н., Мартыненко В.Б., Широких П.С., Михайленко О.И. Влияние климата и рельефа на распространение лесных сообществ в разных ботанико-географических районах Южно-Уральского региона // Экология. 2022. № 6. С. 411–420. doi: 10.31857/s036705972206004x.
  6. Gril E., Laslier M., Gallet-Moron E., Durrieu S., Spicher F., Le Roux V., Lenoir J. Using airborne LiDAR to map forest microclimate temperature buffering or amplification // Remote Sensing of Environment. 2023. Vol. 298. Art. 113820. doi: 10.1016/j.rse.2023.113820.
  7. McNichol B.H., Wang R., Hefner A., Helzer Ch., McMahon S.M., Russo S.E. Topography-driven microclimate gradients shape forest structure, diversity, and composition in a temperate refugial forest // Plant-Environment Interactions. 2024. Vol. 5, iss. 3. Art. e10153. doi: 10.1002/pei3.10153.
  8. Araüjo C.S.P., Silva J.R.I., Almeida C.D.G.C. Total precipitation and air temperature data obtained from ERA5-Land reanalysis: validation and accuracy // Revista Caatinga. 2025. Vol. 38. Art. e12578. doi: 10.1590/1983-21252025v3812578rc.
  9. Klinges D.H., Duffy J.P., Kearney M.R., Maclean I.M.D. Mcera5: Driving microclimate models with ERA5 global gridded climate data // Methods in Ecology and Evolution. 2022. Vol. 13, iss. 7. P. 1402–1411. doi: 10.1111/2041-210x.13877.
  10. Schönauer M., Pucher Ch., Altman J., Weißbacher J., Sprengel L., Rewald B. Beyond meteorological data: modelling tree growth with ERA5-Land // Agricultural and Forest Meteorology. 2025. Vol. 372. Art. 110679. doi: 10.1016/j.agrformet.2025.110679.
  11. Zandler H., Senftl T., Vanselow K.A. Reanalysis datasets outperform other gridded climate products in vegetation change analysis in peripheral conservation areas of Central Asia // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. Art. 22446. doi: 10.1038/s41598-020-79480-y.
  12. ECMWF. ERA5-Land: data documentation [Internet] // ECMWF. https://confluence.ecmwf.int/display/CKB/ERA5-Land.
  13. Muñoz-Sabater J., Dutra E., Agustí-Panareda A., Albergel C., Arduini G., Balsamo G., Boussetta S., Choulga M., Harrigan S., Hersbach H., Martens B., Miralles D.G., Piles M., Rodríguez-Fernández N.J., Zsoter E., Buontempo C., Thépaut J.-N. ERA5-Land: a state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications // Earth System Science Data. 2021. Vol. 13, iss. 9. P. 4349–4383. doi: 10.5194/essd-13-4349-2021.
  14. Climate Data Store [Internet] // Copernicus. https://cds.climate.copernicus.eu.
  15. Головинов Е.Э., Васильева Н.А. Сравнение многолетних метеорологических характеристик по данным реанализа и наземных наблюдений на территории Московской области // Мелиорация и гидротехника. 2022. Т. 12, № 3. С. 92–105. doi: 10.31774/2712-9357-2022-12-3-92-105.
  16. Dyukarev E. Comparison of artificial neural network and regression models for filling temporal gaps of meteorological variables time series // Applied Sciences. 2023. Vol. 13, iss. 4. Art. 2646. doi: 10.3390/app13042646.
  17. Goncharova O.Yu., Matyshak G.V., Epstein H.E., Sefilian A.R., Bobrik A.A. Influence of snow cover on soil temperatures: meso- and micro-scale topographic effects (a case study from the northern West Siberia discontinuous permafrost zone) // Catena. 2019. Vol. 183. Art. 104224. doi: 10.1016/j.catena.2019.104224.
  18. Zhang H., Yuan N., Ma Z., Huang Yu. Understanding the soil temperature variability at different depths: effects of surface air temperature, snow cover, and the soil memory // Advances in Atmospheric Sciences. 2021. Vol. 38. P. 493–503. doi: 10.1007/s00376-020-0074-y.
  19. Zhang W., Shen Yo., Wang X., Kang Sh., Chen A., Mao W., Zhong X. Snow cover controls seasonally frozen ground regime on the southern edge of Altai Mountains // Agricultural and Forest Meteorology. 2021. Vol. 297. Art. 108271. doi: 10.1016/j.agrformet.2020.108271.
  20. Битюков Н.А. Температурный режим бурых лесных почв под букняками // Известия Сочинского государственного университета. 2012. № 3 (21). С. 219–223.
  21. Кашулина Г.М., Литвинова Т.И., Коробейникова Н.М. Сравнительный анализ температуры горизонта подзола на двух в различной степени деградированных участках техногенно трансформированной экосистемы (Кольский полуостров) // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1132–1143. doi: 10.31857/s0032180x20090087.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Рисунок 1 – Расположение пробных площадей на УП и в ГЛЗ (источник – OpenStreetMap)

Download (1MB)
3. Рисунок 2 – Среднесуточная температура воздуха на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным логгеров

Download (364KB)
4. Рисунок 3 – Среднесуточная температура воздуха на пробных площадях на УП по данным реанализа ERA 5-Land

Download (366KB)
5. Рисунок 4 – Корреляционная зависимость значений температуры воздуха, измеренных логгерами, и по данным реанализа ERA5-Land на пробных площадях в ГЛЗ (А) и на УП (Б)

Download (463KB)
6. Рисунок 5 – Разница между температурами, измеренными логгерами, и по данным реанализа ERA5-Land на пробных площадях в ГЛЗ (А) и на УП (Б)

Download (500KB)
7. Рисунок 6 – Среднесуточная относительная влажность воздуха на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным логгеров

Download (482KB)
8. Рисунок 7 – Количество осадков на пробных площадях в ГЛЗ и на УП по данным реанализа ERA5-Land

Download (384KB)
9. Рисунок 8 – Среднесуточная температура почвы на пробных площадях по данным логгеров в ГЛЗ и на УП

Download (340KB)

Copyright (c) 2026 Akhmetova M.R., Zhigunova S.N., Shirokikh P.S., Martynenko V.B., Baisheva E.Z., Tuktamyshev I.R., Gimazetdinov V.D., Gulov D.M., Bikbaev I.G., Gabbasova D.T.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.