森林是向人类社会提供重要环境服务的主要来源。森林作为生物地球化学碳循环的一部分，在光合过程中吸收二氧化碳，有助于减缓气候变化，起到碳汇的作用。它们还提供多种生态系统服务和非木材产品，如蘑菇、浆果和药用植物。但由于气候变化，森林维持这些服务的能力正在发生变化。
据政府间气候变化专门委员会（IPCC）称，20世纪后半叶是过去千年来最热的时期。特别是自工业革命以来，全球平均气温已经上升到85摄氏度。
气候变化对经济活动具有多边影响，主要影响初级资源的行业，如渔业、林业、农业和能源。全球变暖的另一些经济影响是劳动力减少和福利分配越来越不均匀。气候变化增加了南方低收入地区的人均供冷能源消耗和生活成本，而在温带和高纬度地区的国家，供暖季节时长又变短。
过去的研究表明，气温的上升使伐木季节每十年缩短三到四天，但缺乏更多有力证据。因此，本研究的目的是确定由于西伯利亚平均气温升高，采伐季节可能逐渐缩短的结论。
为了验证这一假设，我们根据采伐活动最为密集的两个西伯利亚地区（伊尔库茨克州和克拉斯诺亚尔斯克边疆区）的气象站温度数据，估计了木材采伐季节的预期持续时间。然后，应用时间序列模拟方法，计算这两个地区气象站数据，明确伐木季节的预期持续时间是否存在下降趋势。
气候变化对森林的影响
各种自然和气候因素影响着全球森林，会增加或减少森林的生产力，因而也增加了它们的商业潜力。根据一些研究，气温和温室气体排放的逐渐上升延长了树木的生长季节，使全球木材市场在木材收成和供应方面得以扩大。
全球对工业木材和生物燃料的年度需求量预计也将上升；然而，后来的一些研究强调，在北方森林中的南方林木线出现了顶梢枯死的现象，（林木线是一种界线，在该线以内，植物正常生长，但在这条线的另一边，大部分植物会因水源、土壤等原因无法生长；顶梢枯死Dieback是指一些植物从顶梢开始逐渐向下枯死的现象，可能由疾病或非疾病因素引起），随后木材供应量下降。
气候变化并不只会对森林有着积极的影响，还有一系列导致森林退化的因素。例如，毁灭性的风暴，加上土壤霜冻时间的缩短，可能会造成越来越多的林木被风吹连根拔起。
低湿度、升温引起的干旱通常伴随着虫害的爆发和野火的加剧，这些都是破坏森林生态系统和山地暗针叶林树种可持续的主要压力源。
所有这些自然干扰因素会减少可供采伐的森林资源而对伐木业产生不利影响。为了应对气候变化，最脆弱的树种可以通过向更适宜的环境条件迁移来生存，主要是将其迁移到高纬度的北部地区。
由于这个原因，不同的森林树种对环境因素的变化会产生不同的反应，在更温暖和更干旱的条件下，抗旱阔叶木很可能会取代商业价值更高但弹性较差的针叶树。
气候的变化对伐木业以及森林都产生了直接或间接的影响，例如极端天气事件（包括风暴、冰雹和暴雨）使森林采伐作业变得不安全。由于风暴和春季洪水频发，漂流原木顺河漂流时还有额外的风险。
气候变化的一些其他直接后果需要更密切的关注。首先，它与森林的技术可达性有关，也就是说伐木机械能拥有入场收获木材的能力，以及在冬季的冰路上可以运输原木。而这不仅取决于用于切割的机械类型、路网特性、地面和地形条件，还取决于气候条件。
在一些土壤潮湿的湿地，气候变化可能会缩短冬季伐木机械的使用时间。为了适应这些变化，伐木工人将不得不以更高的运营成本加强木材采伐作业。而在某些情况下，在干燥森林土壤上增加采伐量又可能会破坏森林生态系统的可持续性。
森林土壤环境
俄罗斯拥有世界上近四分之一的森林资源，但缺乏对不同情况下其森林经济未来潜力的研究。由于俄罗斯领土的自然和气候条件具有高度的空间异质性，其国内森林的变化取决于多种因素，并且在不同地点之间有很大的差异。
由于俄罗斯许多省（区）的面积超过了欧洲最大国家的面积，所以考虑气候变化如何在区域甚至局部范围内影响伐木活动是合理的。
在这项研究中，我们以西伯利亚——乌拉尔山脉以东的一块巨大的领土为例。它占地面积1310万平方公里，南起图旺草原和阿尔泰山脉至北部的北极海岸。2018年，西伯利亚北部森林的木材清除量为7900万立方米（占全国总量的33.1%），与世界领先的芬兰（2018年为7820万立方米）相当。
大多数西伯利亚北部森林位于土壤承载力较低的地区，其森林土壤的平均湿度较高，特别是在春季和秋季，所以木材采伐活动是在霜冻期进行的。无霜期内土壤增加的含水量会阻止伐木机械向伐木场移动。
潮湿森林土壤的存在限制了北方森林的技术可及性，并增加了四季森林道路建设和无霜期机械使用的成本，费用高昂的令人望而生畏。因此，西伯利亚地区木材工业和整个森林行业的未来取决于能否在适当的天气条件下，即天气足够冷时让机械设备到达伐木地点。如果可以实现的话，气候变化可能会大幅度减少对伐木主要成本的影响，反之，就会使伐木工作无利润可言。
伐木季节持续时间的估算与计算
Goltsev和Lopatin两位调查员研究了气候变化对俄罗斯列宁格勒州东部的一个城市季赫温（Tikhvin）地区森林技术可及性的影响，他们估算了季赫温伐木季节的持续时间。
他们指出，20世纪末气温的上升导致伐木季节每十年逐渐缩短3至4天；然而，第二次世界大战后苏联时期所有西伯利亚地区的经济计量模型表明，平均气温和降水量的增加并不会导致采伐量的减少，而这还是关于气候变化对俄罗斯伐木活动经济影响的唯一证据，说明全球气候变化对俄罗斯林业经济影响方面的文献明显缺乏，这清楚地说明了进行此类研究的必要性。
因此，本研究的目的是确定由于西伯利亚平均气温升高，采伐季节可能逐渐缩短的论点。
我们选择克拉斯诺亚尔斯克市边疆地区和伊尔库茨克州作为研究的样本地区，因为这些地区是国家采伐业的领头羊，分别占俄罗斯2018年木材总清除量的15%（3570万立方米）和12%（2860万立方米）。这些地区共有81.4%的西伯利亚森林被采伐，其他8个相邻地区远远落在其后面。
研究材料包括位于各区域主要伐木活动地点附近的八个气象站的温度和风速情况数据。这些站点是位于克拉斯诺亚尔斯克边疆地区的叶尼塞斯克（Yeniseysk）、博古恰尼（Boguchany）、阿钦斯克（Achinsk）和米努辛斯克（Minusinsk），以及位于伊尔库次克州的博拉茨克（Bratsk）、图伦（Tulun）和叶尔博加琴（Yerbogachen）。计算的初始数据来自全俄罗斯水文气象信息研究所世界数据中心（RIHMI–WDC）。
我们的研究设计要求每天测量一系列的温度和风速。我们收集了一个数据库，其中包括Rosstat最初提供的以下数据集：三小时气象观测（SROK8C）；深度至320厘米的日土壤温度（TPG）；每日气温和降水量（TTTR）。
最后两个数据集包含每日观测值，第一个数据集包含每天测量八次的观测值。尽管TPG和TTTR数据集更适合于估计每天伐木季节持续时间的数据，但它们还包含许多缺失的数据，因此我们决定只使用SROK8C数据集来保持观测值的一致。自1966年以来，该数据集记录了土壤表面温度、干球温度计空气温度和平均风速三个相关指标，并加以计算。在这一阶段，所有数据以平均每天8次的频率作为日常研究记录模式。
在西伯利亚，只有当森林土壤冻结到可以使用重型伐木机械，并且能够跨越整个冬季和部分秋春月份（从10月下旬到4月初）时，才有可能伐木。
西伯利亚恶劣的气候条件限制了冬季的伐木活动，因为在某些特定的日子里，伐木工人由于冻伤的风险被迫停止露天工作（在俄罗斯，这些非工作日被称为actirovannye dni）。
为了获得可靠和可信的模拟结果，我们计算并减去当寒冷和大风天气条件发生时伐木工人停止伐木、等待霜冻结束后进行采伐作业时的非工作天数。因此，我们研究估计的数据是在能够进行伐木活动的时间范围内。
我们计算每年伐木季节的持续时间并减去非工作、天气寒冷的天数，以估计伐木活动可以进行的时间。在露天地区需要暂停作业时的空气温度和风速阈值（临界值）通常由区域立法法律法案规定，所以每个地区的温度和风速阈值各不相同。
虽然没有新制定的法律法规对极端天气条件下的工作过程加以限制。然而，在实际操作工作的过程中，必须要满足相关规定要求，所以实际工作日天数会出现变化，因此我们决定按照法令规定的标准流程，研究伐木季节的持续时间时会考量非工作日的总数。
考虑到计算伐木季节界限的起点时土壤承载力充足，将土壤表面温度作为数据测量来源似乎更为合适；但是，由于观测会产生较大的差距，我们更倾向于使用干球温度计气温。
我们的结果显示，在森林地面结冰到足以开始采伐的季节之前，推迟了三天。因此，我们计算了来自西伯利亚两个地区气象站的木材采伐季节持续时间的年度数据。
数据预处理和进一步的计算是通过综合测评环境、未来、趋势的R软件与TS输入及系列包来进行的。图形和表格是用ggplot、corrplot和xtable包设计的。
为了检验伐木季节持续时间序列的趋势存在性，我们采用了著名的Mann-Kendall方法。这项试验广泛应用于研究各种气候变化对环境和经济的影响。
伐木季节持续时间缩短
计算的伐木季节持续时间因站而异，主要取决于气象站所在位置的纬度：位于南部的米努辛斯克平均可伐木137.6天，而北部的叶尔博加琴则多一个月，Mann-Kendall检验并定义该采伐持续时间水平为10%。
大部分气象站的伐木季节持续时间呈稳定下降趋势。我们假设，这些站点计算的非工作日预计将在1966年至2018年期间减少并用完。克拉斯诺亚尔斯克边疆地区和伊尔库茨克州有着温带地区固有的严酷大陆性气候，高温期具有波动性，除了叶尔博加琴外，我们观察到剩余地区伐木季节持续时间在10%水平上呈下降趋势。
在同一采伐季节持续时间的相关矩阵中，叶尔博加琴的特殊性得到了进一步的明确。
预计季节时间起止的边界趋势
随着伐木季节持续时间的缩短，研究该现象对季节开始和结束时间边界的影响是非常重要的。研究结果表明，在整个观测期间，南部地区（阿钦斯克和米努斯克州）的季节开始时时间边界发生了10天的急剧变化，而其他地区季节开始时间的边界几乎保持不变。
虽然平均伐木季末从3月底到5月底不等，但所有气象站在原有停伐的时间点上至少依次提前了10天。这意味着在过去的几十年里，积雪开始逐步提早融化。
主要研究结果是伐木季节持续时间的逐渐缩短对季节的开始和结束时间边界产生了不均匀的影响。气候变暖对冬季季节的开始日期几乎没有影响，但它显著改变了春季季节结束的界限。虽然所考虑的台站地理条件相似，但当地气候差异很大，影响了伐木活动的经济潜力。
气候变化已经成为许多科学领域的一个主要研究课题，因为人们一致认为这一问题是未来几十年人类文明面临的主要全球性挑战之一，尤其是要注意气候变化对环境和经济的负面影响。
全球气候变化是森林经济最重要的问题之一，因为根据特定的气候、地理和经济条件，全球气候变化可能会以不同的方式影响伐木业的资源基础，这些问题需要在区域范围内引起重视并尽可能解决。
在西伯利亚地区，进入森林地区伐木的条件差，其主要原因是存在潮湿的森林土壤，这阻碍了伐木机械在无霜期内向采伐地点移动。因此，森林采伐活动需要在永久积雪和稳定的零下温度期间进行，只有森林地面结冰才能足以承受重型机械。
在本研究中，我们将这一时期确定为木材采伐季节。考虑到最近的全球气候变化过程，木材采伐季节的持续时间应该会随着时间的推移而缩短。
我们引入了一个计算西伯利亚最大地区伐木季节持续时间的概念，同时考虑到这些地区经济和气候特点。俄罗斯水文气象局的气候数据用于计算1966-2018年期间克拉斯诺亚尔斯克边疆地区（叶尼塞斯克、博古恰尼、阿钦斯克、米努辛斯克）和伊尔库茨克州（勃拉茨克、基廉斯克、图伦、叶尔博加琴）8个代表性测试站的伐木季节持续时间。
我们分析的主要结论总结如下：
1. 有强有力的证据表明，在1966年至2018年的追溯期内，几乎所有被考虑在内的气象台地方伐木季节持续时间缩短。虽然所考虑的气象台位置自然条件相似，但当地气候变化很大，并影响伐木活动的经济潜力。
2. 采伐季节持续时间的逐渐减少对季节开始和结束的时间边界有影响且不均衡。气候变暖对冬季季节的开始日期几乎没有影响，但它显著改变了春季季节结束时间的界限。
3. 尽管所使用的ARIMA模型框架预测性能存在一定的局限性，但由于缺乏可用于长时间计算伐木季节持续时间的温度和风速时间序列，因此我们详细阐述并改进出一套质量可接受的ARIMA模型。这些预测模型表明，在不久的将来，大部分气象台的采伐季节持续时间将逐渐有缩短的趋势。阿钦斯克站受到的影响最为显著，根据我们的计算，该站的伐木季节将从历史样本（1966-2018年）的148.417天减少到2028年的136.230天。
4. 我们认为，西伯利亚最大采伐区潜在采伐季节持续时间的下降趋势是根据全球气候变化情况相关的数据库测算出的直接结果，即所得结论是有理有据的。
5. 从经济角度看，采伐季节的缩短意味着可供采伐的木材数量减少，这将使企业无法遵守采伐计划，并导致未来遭受损失。在这方面，伐木公司必须适应这些变化，重新制定企业的经济战略，加强木材采伐作业。
6. 我们在这项研究中使用的方法还可以应用于预测冰面道路的建立、环极地区偏远矿井和社区的冰路损失情况等其他方面。
