RUDN Journal of Ecology and Life SafetyRUDN Journal of Ecology and Life SafetyВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности2313-23102408-8919Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)3539810.22363/2313-2310-2023-31-2-169-178ORFJNMEcologyЭкологияResearch ArticleAir temperature changes due to altitude above sea level in the Northern Ural MountainsИзменения температуры воздуха в зависимости от высоты над уровнем моря в горах Северного Уралаhttps://orcid.org/0000-0003-1904-475123995967800AAW-6195-2021TantsyrevNikolai V.ТанцыревНиколай Владимирович

Candidate of Biological Science, Researcher of Laboratory of Population Biology of Woody Plants and Forest Dynamics

кандидат биологических наук, научный сотрудник

89502076608@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0845-943356443439900Q-3292-2017IvanovaNatalya S.ИвановаНаталья Сергеевна

Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

i.n.s@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5689-845255935284300N-6695-2018PetrovaIrina V.ПетроваИрина Владимировна

Doctor of Biological Sciences, Director

доктор биологических наук, директор

irina.petrova@botgard.uran.ruInstitute Botanic Garden Ural Branch of Russian Academy of SciencesБотанический сад УрО РАН15072023312VOL 31, NO2 (2023)ТОМ 31, №2 (2023)16917817072023Copyright ©; 2023, Tantsyrev N.V., Ivanova N.S., Petrova I.V.Copyright ©; 2023, Танцырев Н.В., Иванова Н.С., Петрова И.В.2023Tantsyrev N.V., Ivanova N.S., Petrova I.V.Танцырев Н.В., Иванова Н.С., Петрова И.В.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/35398

The research is devoted to an urgent modern problem: the identification of temperature factors that limit the distribution and survival of plants in the mountainous conditions of the Northern Urals. The article’s aim is to determine the air temperature in four altitudinal zones of the southern part of the Northern Urals (Sverdlovsk region 59º30´N, 59º15´E) and to identify regression relationships of the obtained temperature data with control temperature data from the nearest meteorological station. Registration of air temperatures was carried out from May to September 2019 around the clock, every two hours in the mountain forest zone (at an altitude of 460 and 640 m above sea level) under the canopy of Siberian stone pine forests, in the zone of subalpine woodlands with elements of mountain forest tundra (820 m above sea level) and on a plateau in the mountain tundra zone (1030 m above sea level). It has been established that the change in air temperature at different altitude levels and at the nearest meteorological station (far from 60 km, at an altitude of 202 m above sea level) occurs relatively synchronously. Difference between average daily temperatures at altitudes of 460, 640, 820 and 1030 m above sea level and the control data of the meteorological station is 2.2, 3.0, 4.7 and 5.1ºC respectively. For all altitude levels, a reliable close straight-line relationship between average daily air temperatures and meteorological station data has been established. The altitudes of 460, 640, 820 and 1030 m above sea level correspond to the coefficients of determination ( R 2) equal to 0.96, 0.95, 0.92 and 0.88. The relationship of the minimum temperatures of the corresponding altitude levels with the control data is also quite high ( R 2 is not lower than 0.7). With the help of the identified relationships and the obtained regression equations, it is possible to retrospectively restore the dynamics of the thermal regime according to the meteorological station data for mountain habitats of different altitudes in the southern part of the Northern Urals over a long period. Including extreme critical temperatures, which act as factors limiting the resettlement and survival of plants and determine the ecosystem biodiversity.

Исследование посвящено актуальной проблеме - выявлению температурных факторов, лимитирующих распространение и выживаемость растений в горных условиях Северного Урала. Цель - определение температуры воздуха в четырех высотных поясах южной части Северного Урала (Свердловская область 59º30´ с.ш., 59º15´ в.д.) и выявление регрессионных связей, полученных температурных данных с контрольными данными ближайшей метеостанции. Регистрация температур воздуха проводилась с мая по сентябрь 2019 г. круглосуточно, через каждые два часа в горно-лесной зоне (на высоте 460 и 640 м над уровнем моря) под пологом кедровых лесов, в зоне подгольцовых редколесий с элементами горной лесотундры (820 м над ур. м.) и на плато в зоне горной тундры (1030 м над ур. м.). Установлено, что изменение температуры воздуха на разных высотных уровнях и на ближайшей метеостанции (на расстоянии 60 км, на высоте 202 м над ур. м.) происходит относительно синхронно. Разность среднесуточных температур на высотах 460, 640, 820 и 1030 м над уровнем моря от контрольных данных метеостанции составляет 2,2, 3,0, 4,7 и 5,1 ºС соответственно. Для всех высотных уровней установлена достоверная тесная прямолинейная связь между среднесуточной температурой воздуха и данными метеостанции. Для высот 460, 640, 820 и 1030 м над уровнем моря соответствуют коэффициенты детерминации (R2), равные 0,96, 0,95, 0,92 и 0,88. Связь минимальных температур с контрольными данными на соответствующих высотах также достаточно высока (R2 не ниже 0,7). С помощью выявленных связей и полученных уравнений регрессии появляется возможность ретроспективного восстановления динамики термического режима по данным метеостанций для разных горных высот в южной части Северного Урала за длительный период. В том числе экстремально критические температуры, которые выступают факторами, ограничивающими расселение и выживание растений и определяющими биоразнообразие экосистем.

Northern Uralsmountain ecosystemsaltitude zonesair temperatureplant communitiesСеверный Уралгорные экосистемывысотные поясатемпература воздухарастительные сообществаThe work was carried out within the framework of the state assignment of the Institute Botanic Garden Ural Branch of Russian Academy of Sciences.Работа была выполнена в рамках государственного задания Института Ботанического сада Уральского отделения Российской академии наук.Pătru-Stupariu I, Hossu CA, Grădinaru SR, Nita A, Stupariu M-S, Huzui-Stoiculescu A, Gavrilidis A-A. A Review of Changes in Mountain Land Use and Ecosystem Services: From Theory to Practice. Land. 2020;9(9):336. https://doi.org/10.3390/land9090336Gao J, Tang X, Lin S, Bian H. The Influence of Land Use Change on Key Ecosystem Services and Their Relationships in a Mountain Region from Past to Future (1995-2050). Forests. 2021;12(5):616. https://doi.org/10.3390/f12050616Kohler T, Maselli D. Mountains and Climate Change - From Understanding to Action. Published by Geographica Bernensia with the support of the Swiss Agency for Development and Cooperation (SDC), and an international team of contributors. Bern; 2009. 78 p.Ivanova NS. Forest typological features of biodiversity and restoration-age dynamics of vegetation of mountain forests of the Southern and Middle Urals (Dissertation of the Doctor of Biological Sciences). Yekaterinburg: Ural State Forestry University; 2019. 304 p. (In Russ.)Jandl R, Kindermann G, Foldal C, Schüler S, Bouissou C. Early Performance of Tree Species in a Mountain Reforestation Experiment. Forests. 2021;12(2):256. https://doi.org/10.3390/f12020256Mengist W, Soromessa T, Legese G. Ecosystem services research in mountainous regions: A systematic literature review on current knowledge and research gaps. Science of The Total Environment. 2020;702:134581. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134581Fomin V, Ivanova N, Mikhailovich A. Genetic forest typology as a scientific and methodological basis for environmental studies and forest management. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020;609:012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/609/1/012044Fomin V, Ivanova N, Mikhailovich A, Zolotova E. Problem of climate-driven dynamics in the genetic forest typology. Modern synthetic methodologies for creating drugs and functional materials (mosm2020): AIP Conference Proceedings. 2021;2388:030007. https://doi.org/10.1063/5.0068806Maiti R, Rodriguez HG, Ivanova NS. Autoecology and Ecophysiology of Woody Shrubs and Trees: Concepts and Applications. John Wiley & Sons; 2016. 352 p. https://doi.org/10.1002/9781119104452Zevallos J, Lavado-Casimiro W. Climate Change Impact on Peruvian Biomes. Forests. 2022;13(2):238. https://doi.org/10.3390/f13020238Ivanova NS, Zolotova ES. Adaptation of Forest Ecosystems to the Humidity Factor in the Middle Urals. Uchenye zapiski kazanskogo universiteta Seriya estestvennye nauki. 2019;161(2):293-306. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2019.2.293-306 (In Russ.)Ivanova NS, Zolotova ES, Li G. Influence of soil moisture regime on the species biomass of the herb layer of pine forests in the Ural Mountains. Ecological Questions. 2021;32(2). http://dx.doi.org/10.12775/EQ.2021.011Kellomäki S. Managing Boreal Forests in the Context of Climate Change: Impacts, Adaptation and Climate Change Mitigation. CRC Press, 2016, 365 p. https://doi.org/10.1201/9781315166063Ivanova NS. Interdisciplinary Approach for Sustainable Forest Management. International Journal of Bio-resource and Stress Management. 2018;9(2):257-261. https://doi.org/10.23910/ijbsm/2018.9.2.1859Shiyatov SG, Mazepa VS. Contemporary expansion of siberian larch into the mountain tundra of the Polar Urals. Russian Journal of Ecology. 2015;46(6):495-502. https://doi.org/10.1134/s1067413615060168 (In Russ.)Sannikov SN, Tantsyrev NV, Petrova IV. Invasion of Siberian Pine Populations in Mountain Tundra in the Northern Urals. Contemporary Problems of Ecology, 2018;11(4):396-405. https://doi.org/10.15372/sej20180406 (In Russ.)Shiyatov SG. Dendrochronology of the upper forest boundary in the Urals. Moscow: Nauka; 1986. 136 p. (In Russ.)Hagedorn F, Rigling A, Shiyatov SG, Mazepa VS, Devi NM, Grigor'ev AA, Terent’ev M, Moiseev PA, Bartysh AA, Fomin VV, Kapralov DS, Bugman H. Treeline advances along the Urals Mountain range - driven by improved winter conditions? Global Change Biology. 2014;20(11):3530-3543. https://doi.org/10.1111/gcb.12613Hagedorn F, Dawes MA, Bubnov MO, Devi NM, Grigoriev AA, Mazepa VS, Shiyatov SG, Moiseev PA, Nagimov ZY. Latitudinal decline in stand biomass and productivity at the elevational treeline in the Ural Mountains despite a common thermal growth limit. Journal of Biogeography. 2020;47(8):1827-1842. https://doi.org/10.1111/jbi.13867Körner C. Alpine plant life. Functional plant ecology and high mountain ecosystems. Berlin: Springer Verlag; 1999, 238 p.