Сою Анастасия Валерьевна Агроклиматические условия Ленинградской области при современных изменениях климата Магистерская диссертация



бет1/4
Дата01.03.2019
өлшемі0.77 Mb.
#99797
түріРеферат
  1   2   3   4

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



Сою Анастасия Валерьевна

Агроклиматические условия Ленинградской области при современных изменениях климата

Магистерская диссертация

«К ЗАЩИТЕ»

Научный руководитель:

к.г.н., доц. П.Н. Священников


«16 » мая 2016

Заведующий кафедрой:

к.г.н., доц. П.Н. Священников







«16 » мая 2016

Санкт-Петербург

2016

Содержание



Введение

Глобальное изменение климата и его влияние на окружающую среду является одной из главных проблем ХХΙ в. Особое место в этом ряду занимает проблема соответствующих изменений и адаптационных ресурсов сельского хозяйства - важнейшей отрасли экономики, обеспечивающей выживание растущего населения Земли и продовольственную безопасность отдельных стран и крупных регионов.

Значение агроклиматической информации трудно переоценить, поскольку сфера её применения исключительно широка. Агроклиматическая информация повсеместно и регулярно используется для агроклиматического обеспечения сельского хозяйства, в любых агроклиматических расчетах, анализах и обобщениях. А также она используется при агроклиматическом районировании территории и отдельных сельскохозяйственных культур, в оперативных оценках текущих агрометеорологических условий сельскохозяйственного производства, в том числе при оценке особенностей роста, развития и продуктивности сельскохозяйственных культур. Агроклиматическая информация находит свое применение при прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур, оценке хода полевых работ, перезимовки и т. д. Только при использовании агроклиматических сведений можно научно обосновать перспективы развития сельскохозяйственного производства, оценить целесообразность и возможность возделывания новых и традиционных сельскохозяйственных культур на той или иной территории, сформировать их оптимальный набор, рассчитать вероятность получения определенного количества и качества сельскохозяйственных продуктов, оценить биоклиматический потенциал (сельскохозяйственный потенциал климата) среды и т. д.

В 2013 году вышел 5-ый доклад МГЭИК (Доклад первой…, 2013), в котором ряд авторов предполагают, что потепление климата приведет к увеличению повторяемости опасных явлений, а также будет больше аномально жарких периодов и меньше дней с сильными морозами (как отдельных дней, так и средних сезонных значений). Жаркие периоды будут чаще и продолжительнее.



Самые последние исследования указывают на вероятность незначительных благоприятных последствий для урожайности зерновых культур в температурных зонах средних и высоких широт из-за незначительного повышения температуры (на 1–2 °C) (Хебебранд, 2009). В связи со сказанным выше, возникает необходимость в проведении исследования влияния современных изменений климата на агроклиматические условия отдельного региона, такого как Ленинградская область.

Целью данной работы является получение оценки изменений агроклиматических условий (агроклиматических показателей) Ленинградской области при современных изменениях климата.

Поставленные задачи:

1.Создание электронного архива данных наблюдений метеорологических станций на территории Ленинградской области, ориентированного на агроклиматические исследования.

2. Анализ временных тенденций продолжительности вегетационного периода.

3. Оценка условий увлажнения и оценка термических ресурсов сельскохозяйственных территорий.

4. Оценить изменения биологической продуктивности земель Ленинградской области.

5. Исследование изменения повторяемости заморозков на территории Ленинградской области.

Необходимость подобного агроклиматического исследования обусловлена тем, что последнее проведенный анализ для территории Ленинградской области был проведен более 30 лет назад.

Глава 1. Агроклиматология и агроклиматические показатели


    1. Общие сведения об агроклиматологии

Агроклиматология - наука, изучающая метеорологические и почвенные условия в их взаимодействии с процессами роста, развития, формирования урожая сельскохозяйственных культур, сенокосно-пастбищной растительности и агротехническими мероприятиями (Грингоф, 2005).

Важнейшие задачи агрометеорологии (Грингоф, 2005):

Изучение количественных и качественных причинно-следственных связей между погодными (гидрометеорологическими) условиями и состоянием, ростом, развитием и формированием урожайности сельскохозяйственных культур и сенокосно-пастбищной растительности.



  1. Изучение закономерностей формирования гидрометеорологических условий сельскохозяйственного производства в пространстве и времени.

  2. Разработка методов количественной и качественной оценки влияния гидрометеорологических факторов на состояние почвы, растений, на рост, развитие и распространение вредителей и болезней сельскохозяйственных культур.

  3. Разработка всех видов агрометеорологических прогнозов.

  4. Разработка методов оценки, прогноза неблагоприятных и опасных для сельского хозяйства гидрометеорологических явлений и методов активного воздействия на эти явления.

  5. Изучение проблемы устойчивости сельскохозяйственного производства в зависимости от складывающихся гидрометеорологических условий, влияния глобального изменения климата и воздействия человеческого сообщества на агрофитоценозы.

  6. Совершенствование всех видов агрометеорологических наблюдений и создание комплексного агрометеорологического мониторинга.

  7. Изучение и прогнозирование спроса на агрометеорологическую информацию в условиях перехода к рыночной экономике, популяризация агрометеорологических знаний.

Эти и другие задачи решаются агрометеорологической наукой и практикой с целью проведения и усовершенствования всех форм оперативного агрометеорологического обеспечения информацией аграрного сектора страны (Грингоф, 2005).

Агроклиматический показатель - количественное выражение агроклиматических условий, характеризующих потребность сельскохозяйственных растений. А.П. может быть безразмерным (напр., ГТК Селянинова), размерным (напр., сумма активных температур за период) или интегральным. Учитывающим совместное воздействие физических условий и биологических особенностей с.-х. культур; обычно это эмпирические коэффициенты увлажнения, представляющие собой отношение величины «прихода» влаги к ее возможному расходу конкретной с.-х. культурой или ее сортом (например, показатели увлажнения Шашко, Алпатьева и др) (Толковый словарь, 2002).

Показатели должны удовлетворять следующим требованиям (Шульгин, 1978):



  1. Быть интегральными

  2. Иметь биологический и физический смысл

  3. Быть относительно простыми в употреблении

  4. Обеспечивать возможность проводить количественные расчеты преимущественно на основе массовых данных наблюдений

Интегральность показателей состоит в том, что они должны быть результатом совместного действия нескольких или многих климатических, биологических и других элементов (Шульгин, 1978).

Показатели можно подразделить на основные, дополнительные и региональные. Все они в свою очередь делятся на четыре основные группы, характеризующие:1) тепло- и светообеспеченность, 2)влагообеспеченность, 3) условия перезимовки, 4) бонитет или общую оценку комплекса всех условий (Шульгин,1978).



1.2.Система агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата

Климат для решения агрометеорологических задач может рассматриваться как стохастический процесс, компоненты которого, - температура, влажность воздуха, атмосферные осадки, солнечная радиация, скорость ветра, а также температура и влажность почвы,- совместно определяют состояние и продуктивность экосистем, а через них непосредственно влияют на технологические процессы и эффективность хозяйственной деятельности в целом. Связи между климатом, экосистемами и результатами хозяйственной деятельности, как правило, многомерны, не линейны и не аддитивны, им свойственны инерционность и адаптивность. Все это делает проблему экономической и экологической интерпретации наблюдаемых изменений климата достаточно сложной, и в определенной мере, неоднозначной. Вместе с тем наличие тесных корреляционных связей внутри системы климатических переменных позволяет уменьшить число учитываемых параметров, что упрощает решение прикладных задач (Сиротенко,2007).

Существует перечень агроклиматических показателей для комплексной оценки влияния изменений климата на сельское хозяйство и землепользование (табл.1). Предлагаемые показатели делятся на 2 группы: характеристики теплообеспеченности и увлажненности (Труды ВНИИСХМ, 2007).

Характеристики термического режима включают агроклиматические показатели: суммы активных температур за период с температурой выше 10°С и 5°С, продолжительность основного периода вегетации (число дней с температурой выше 10°С и 5°С), даты перехода температуры через кардинальные пределы - 5°С и 10°С. В состав показателей для мониторинга изменений климата включены: средняя температура самого холодного месяца (января), как интегральный показатель условий зимовки, средняя температура наиболее теплого месяца (июля), как показатель напряженности термического режим (Труды ВНИИСХМ, 2007).

Перечень основных показателей для мониторинга включает характеристики одной из важнейших особенностей климата - степени его континентальности. В качестве показателя континентальности климата обычно используется годовая амплитуда температуры воздуха, выраженная в процентах максимальной или средней для данной широты температуры. Для оценки степени континентальности может быть использован и ряд других показателей. Для умеренного пояса может использоваться продолжительность вегетационной весны (начало периода приходится на переход средней суточной температуры воздуха через 5°С, заканчивается переходом через 15°С) и вегетационной осени, интервал между переходом через 15° в сторону меньших значений, до перехода средней суточной температуры воздуха через 5° (15-5°) , а также общая их продолжительность, т.е. сумма двух этих периодов (продолжительность вегетационной весны N5-15 и осени N15-5, измеряется в сутках). Чем континентальнее климат, тем больше годовая амплитуда температуры воздуха (АТ), тем быстрее нарастание температуры весной и падение ее осенью и тем короче вегетационная весна и осень (Труды ВНИИСХМ, 2007).

В таблице 1 приведены перечни основных агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата для сельского хозяйства (Труды ВНИИСХМ, 2007).

Таблица 1. Перечень основных агроклиматических показателей



Показатель, размерность

Обозначение в тексте

Характеристики термического режима




Сумма температур воздуха за период с температурой выше 5°С и 10°С,°С

5,10

Продолжительность вегетационного периода, сутки

N5,N10

Даты перехода температуры воздуха через 5°С и 10°С весной и осенью

d5,d10

Средняя температура воздуха в январе и июле, °С

T1, T7

Амплитуда годового хода температуры воздуха, °С



Продолжительность вегетационной весны и осени, сутки

N5-15, N15-5

Характеристики увлажнения




Сумма осадков за период с температурой воздуха выше 5°С и 10°С, мм

R5, R10

Суммарное испарение за вегетационный период, мм

Е

Испаряемость за вегетационный период, мм



Влагозапасы почвы в слое 0-20 и 0-100 см за теплый период года, мм

W20,W100

Гидротермический коэффициент Селянинова

ГТК


Глава 2. Методика обработки агроклиматических данных

2.1.Общие вопросы агроклиматической обработки материалов наблюдений

Важнейшим разделом проблемы изучения климата и агроклиматических условий, их изменчивости является сбор и накопление информации о природной среде за весь период инструментальных наблюдений и получение обобщенных данных о режиме изменений климатических параметров. Оценки статистических характеристик, вычисляемых по данным метеорологических наблюдений, публикуются в форме различных справочно-климатических пособий, атласов, различающихся большим разнообразием по набору расчетных параметров и объему обработки исходной информации (Грингоф, Павлова, 2013).

Обработка массивов метеорологических, агрометеорологических, фенологических и других наблюдений проводится для получения числовых агроклиматических характеристик, которые могут быть использованы при решении разнообразных задач в системе «климат-почва-сельскохозяйственная» культура. Например, контроль наблюдений, вычисление средних величин, устранение неоднородности в рядах наблюдений, приведение данных к многолетнему периоду и другие действия осуществляются на основе принятой методологии обработки общих метеорологических данных. Основной целью такой обработки данных является получение средних многолетних агроклиматических величин, их изменчивости, повторяемости, вероятностных характеристик проявления какого-либо природного события в исследуемом ряду данных (Грингоф, Павлова, 2013).

Теория климатологической обработки многолетних рядов наблюдений разрабатывалась многими климатологами и агроклиматологами, работавшими в ХΙХ-ХХ вв.: А.А. Каминским, Е.С. Рубинштейн, О.А.Дроздовым, Г.Т.Селяниновым, Ф.Ф. Давитая, С.А. Сапожниковой, И.А. Гольцберг, Л.Н.Бабушкиным, З.А. Мищенко и многими другими. В частности, вопросам обработки материалов наблюдений посвящены монография О.А. Дроздова « Основы климатологической обработки метеорологических наблюдений»(1961), методическое пособие Л.С. Кельчевской «Методы обработки наблюдений в агроклиматологии» (1971) и учебное пособие для студентов гидрометеорологических техникумов Н.В. Гулиновой «Методы агроклиматической обработки наблюдений» (1974). Применению статистических методов в агроклиматологии посвящены также специализированные монографии (Уланова Е.С., Сиротенко О.Д., 1968, Уланова Е.С. Забелин В.Н.,1990).

В климатологии и агроклиматологии обычно используются средние многолетние значения х, рассчитываемые путем осреднения измеренных величин за ряд лет n. Средняя арифметическая величина может быть средней во времени или в пространстве. Например, средней арифметической величиной во времени является средняя суточная температура воздуха, вычисленная по данным наблюдений за все сроки наблюдений в течение суток в одном пункте. Или средней арифметической величиной в пространстве может служить средняя районная (областная) сумма осадков за какой-либо период (декада, месяц, вегетационный период), полученная по всем станциям, расположенным в исследуемой территории (Грингоф, Павлова, 2013).

Для агроклиматической оценки тепловых ресурсов вегетационного периода (или его отдельных подпериодов) обычно используют такие показатели, как суммы температур, продолжительность (в сутках) со средней температурой выше величины биологического минимума конкретной культуры, средней декадной, месячной температуры, их амплитуды, экстремальных температур, их повторяемости и т.п. (Грингоф, Павлова, 2013).

Рассмотрим по отдельности: методы обработки тепловых ресурсов, методы обработки влагообеспеченности, методы расчета биоклиматического потенциала и основные понятии и методы прогноза заморозков. Начнем с тепловых ресурсов.

2.2.Теплообеспеченность вегетационного периода.

Теплообеспеченность - показатель обеспечения потребности сельскохозяйственных растений в тепле (Толковый словарь,2002).

Потребность культур в тепле выражают обычно суммами активных или эффективных температур воздуха за весь период вегетации или за отдельные фазы развития. Сравнивая термические ресурсы территории и потребность культур в тепле (в сопоставимых единицах), вычисляют обеспеченность растений теплом (Грингоф,1987).

Г.Т.Селяниновым, а позже и другими исследователями подсчитана сумма активных температур (температур выше 10°) за вегетационный период различных сельскохозяйственных культур (табл.2.) (Венцкевич, 1958).

Таблица 2. Потребность культур в тепле за вегетационный период (Венцкевич, 1958).



Культура

Сумма температур воздуха выше 10°С

Репа

700-900

Картофель ранний

900-1000

Гречиха

1200-1500

Столовая свекла, морковь

1200-1500

Лен

1500-1700

Пшеница яровая

1700-1900

Томаты (для полного созревания)

1800-2000

Огурцы ( для полного созревания)

1900-2200

Сахарная свекла

2200-2400

1.Методика расчета средней многолетней даты устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через определенные пределы весной и осенью.

Средняя многолетняя дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через определенные пределы рассчитывается в два этапа. На первом этапе рассчитываются даты устойчивого перехода температуры воздуха через определенные пределы за каждый год. На втором этапе рассчитываются средние многолетние даты перехода температуры.



Этап 1). Даты устойчивого перехода температуры воздуха через определенные пределы весной и осенью определяются по средним суточным температурам воздуха за каждый конкретный год периода 1986 – 2015г. Весной и осенью часто бывает, что периоды с температурой выше определенного предела (например, 5°С) сменяются периодами с температурой ниже этого предела. Даты устойчивого перехода температур через тот или иной предел определяются путем сопоставления положительных и отрицательных отклонений сумм средних суточных температур от того или иного предела. Положительным отклонение считается тогда, когда средняя суточная температура превышает заданный предел. Если температура ниже данного предела – отклонение отрицательное. Например, температура 3,5°С по отношению к пределу 0 °С имеет положительное отклонение, равное +3,5°С, температура 8,7°С по отношению к пределу 10°С имеет отрицательное отклонение, равное –1,3°С. Анализируя средние суточные температуры воздуха в таблицах ТМ-1 за месяцы с середины зимы до начала лета (при определении дат устойчивого перехода температуры весной) и за месяцы с середины лета до начала зимы (для определения перехода температур осенью), находят все периоды с положительными и отрицательными отклонениями. Затем вычисляют по каждому периоду сумму соответственно положительных и отрицательных отклонений. Полученные результаты записывают в рабочую таблицу (табл.3). Затем полученные суммы положительных и отрицательных отклонений сопоставляют и находят периоды и дни, которые можно принять за начало (весной) или конец (осенью) устойчивого перехода температуры через тот или иной предел (0, 5, 10, 15°С) (Методическое указание,2010).

Таблица 3. Для определения даты перехода температуры воздуха через 10°С весной

(Методическое указание,2010).

Периоды перехода температуры воздуха через

10°С весной




Суммы

отклонений



Периоды перехода температуры воздуха через

10°С весной




Суммы

отклонений




Начало


Конец

Положи-тельных


Отрица-тельных


Начало


Окончание


Положи-тельных


Отрица-тельных


17 IV

30 IV

5.3




18 V

31 V

61.1




1 V

2 V




3.8

1 VI

2 VI




3.7

3 V

5 V

8.3




3 VI

11 VI

37.0




6 V

13 V




26.7

12 VI

15 VI




3.4

14 V

16 V

8.6
















17 V

17 V




1.1













Этап 2). Расчет средней многолетней даты перехода температуры воздуха через определенные пределы весной.

Полученные на этапе 1 данные записываются в рабочую таблицу 4. В графе 3 даты выражаются в виде числа дней от условно выбранного начала. За начало отсчета принимается самая ранняя дата из всего ряда наблюдений. В нашем примере это 10 апреля. В этом случае дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 10°С весной в каждом году будет отсчитываться от 10 апреля. Дата 10 апреля в расчет не входит. Например, в 1986 г. дате 16 апреля соответствует число дней 6 (16 - 10=6), в 1987 г. дате 10 мая соответствует число дней 30 (20 дней апреля + 10 дней мая) и т.д. Полученное число дней суммируется (в нашем примере 247 дней) и делится на число лет наблюдений (20). Среднее число дней (12) переводится в дату, для чего число дней нужно прибавить к дате начала отсчета, т.е. 10 апреля: 10+12=22. В результате получаем, что средняя многолетняя дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 10°С весной приходится на 22 апреля (Методическое указание,2010) .


Таблица 4. Для определения средней многолетней даты перехода температуры воздуха через 10°С весной (Методическое указание,2010).

Год

Дата

Число дней от начала

1

2

3

1986

16 IV

6

1987

10 V

30

1988

14 IV

4

1989

13 IV

3

1990

24 IV

14

1991

16 V

6

1992

20 IV

10

1993

12 IV

2

1994

30 IV

20

1995

20 V

40

1996

15 IV

5

1997

25 IV

15

1998

16 V

6

1999

14 IV

4

2000

5 V

25

2001

10 IV

0

2002

15 V

25

2003

16 IV

6

2004

15 IV

25

2005

11 IV

1

n=20лет

Средняя многолетняя дата

22 апреля



∑=247дней

2.Расчет устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через определенные пределы весной и осенью ранее указанных дат различной обеспеченности

Для расчета устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через определенные пределы весной и осенью ранее указанных дат различной обеспеченности строятся интегральные кривые распределения. Для их построения используются материалы наблюдений по станциям за отдельные годы (1986–2005 гг.). Для расчета возьмем данные из примера 1. Для каждой станции нужно построить рабочую таблицу 5 на основании рабочей таблицы 3.


Таблица 5. Расчет эмпирической интегральной кривой обеспеченности перехода средней суточной температуры воздуха через 10°С весной ранее указанных дат (Методическое указание,2010).

M

Год

Дата

Дата в убывающем порядке

Обеспеченность Р%

1

2

3

4

5

1

1986

16 IV

10 IV

3.7

2

1987

10 V

11 IV

8.6

3

1988

14 IV

12 IV

13.5

4

1989

13 IV

13 IV

18.3

5

1990

24 IV

14 IV

23.2

6

1991

16 V

14 IV

28.1

7

1992

20 IV

15 IV

33.0

8

1993

12 IV

15 IV

37.9

9

1994

30 IV

16 IV

42.7

10

1995

20 V

16 IV

47.6

11

1996

15 IV

16 IV

52.5

12

1997

25 IV

16 IV

57.4

13

1998

16 V

20 IV

62.2

14

1999

14 IV

24 IV

67.1

15

2000

5 V

25 IV

72.0

16

2001

10 IV

30 IV

76.9

17

2002

15 V

5 V

81.8

18

2003

16 IV

10 V

86.6

19

2004

15 IV

15 V

91.5

20

2005

11 IV

20 V

96.4




n=20лет

Средняя многолетняя дата 22 апреля






Даты перехода в убывающем порядке записываются, начиная с самой ранней (10 апреля) и кончая самой поздней (20 мая). Для определения обеспеченности каждого порядкового номера членов статистического ряда (M) в зависимости от числа лет наблюдений (n) можно воспользоваться таблицей для расчета обеспеченности различных показателей (по формуле Г.А. Алексеева) (Методическое указание, 2010).

По данным в таблице 5 строится интегральная кривая обеспеченности для каждой станции. На графике вероятности по оси ординат наносятся даты перехода средней суточной температуры воздуха через определенные пределы, на оси абсцисс — значение обеспеченности (рис.1). По имеющимся на графике точкам интерполяцией проводится плавная линия – интегральная кривая обеспеченности. Затем с этой кривой снимаются данные, соответствующие 10, 25, 50, 75, 90 %-ной обеспеченности, которые заносятся в таблицу справочника (Методическое указание, 2010).

Рисунок 1. Интегральная кривая распределения дат перехода средней суточной температуры воздуха через 10˚С весной (Методическое указание,2010).



  1. Расчет сумм активных и эффективных температур воздуха за вегетационный период

Подсчет сумм температур в среднем многолетнем разрезе производится по средней месячной или средней декадной температуре, снятой с графика годового хода температур. С графика снимаются даты начала и конца периода с температурами выше какого-либо предела. Затем подсчитываются суммы активных температур за каждую декаду или месяц и суммируются за определенный период нарастающим итогом.

Суммы температур по декадам или за месяц получают умножением средней декадной или месячной температуры, снятой с гистограммы, на число дней декады или месяца.

За неполные декады или месяцы (в начале и конце периода) сумма температур подсчитывается по площади трапеции графика годового хода температуры (гистограмме). Площади трапеции отсекаются ординатами температур на дату перехода ее через определенный предел и на последний день декады или месяца весной и, наоборот, от первого дня декады или месяца до даты перехода температуры воздуха через этот предел осенью. Число дней неполного месяца на графике служит высотой трапеции (Методическое указание,2010).

Рисунок 2. Расчет сумм активных температур выше 10° по многолетним средним месячным температурам (Методическое указание,2010).

Сумма эффективных температур воздуха рассчитывается путем умножения средних температур данного периода (за вычетом биологического нуля – температуры, при которой начинается активный рост) на число дней периода (Методическое указание, 2010):

где: – средняя суточная температура периода , выраженного в днях; – нижний предел эффективных температур (жизненный нуль); – сумма эффективных температур исследуемого периода, a-начало исследуемого периода, b-конец исследуемого периода.

Если при этом рост данного растения начинается при температурах, допустим, выше 5°С, то средняя суточная температура 5,1 °С считается как 0,1 °С, а 5,0 °С и ниже не считается (Методическое указание,2010).

2.3. Влагообеспеченность вегетационного периода

В агроклиматических исследованиях для оценки условий увлажнения сельскохозяйственных территорий используются различные показатели, представляющие собой отношение количества влаги, поступающей с осадками, или сформировавшиеся запасы продуктивной влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы (приход), к ее расходу (испаряемости) за конкретный период времени (Грингоф, Павлова, 2013).

В качестве одного из таких показателей используют гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова.

где: ΣР-сумма осадков за период с температурой выше 10°С ( обычно июнь-август); -сумма температур выше 10°С за тот же период (Гордеев,2006).

ГТК - представляет собой лишь увлажненность летнего периода без учета начальных влагозапасов почвы (Развитие сельскохозяйственной…,2009).

Общая оценка увлажнения районируемой территории может быть дана по показателю С.А.Сапожниковой (с использованием ГТК Селянинова) с учетом некоторой корректировки (табл.6) (Грингоф, Павлова, 2013).

Таблица 6. Зоны увлажнения по классификации С.А.Сапожниковой и соответствующие им градации ГТК Селянинова (Грингоф, Павлова, 2013).

Названия зон и подзон

ГТК

1. Переувлажненная зона

1.6 и выше

2. Влажная зона

1.5 - 1.6

3. Умеренно влажная зона

1.2 – 1.5

4. Засушливая зона

0.4 – 1.2

5. Сухая зона

менее 0.4

Согласно Г.Т. Селянинову, суммарное значение ГТК за период июнь-август больше 1,6 соответствует избыточно влажной зоне; 1,6…1,3-лесной влажной зоне; 1,3…1,0-зоне недостаточного увлажнения (лесостепь); 1,0…0,7-засушливой зоне (степи); 0,7…0,4 –очень засушливой зоне (сухой степи); коэффициент 0,4…0,3 характеризует полупустыню, менее 0,2-пустыню. Для упрощенной оценки режима увлажнения «внутри» вегетационного периода автор предложил рассчитывать начало конец засушливых и сухих периодов и их продолжительность. За засушливый период автор принял ГТК, равный менее 1,0, а за сухой - менее 0,5. Начало и конец этих периодов рассчитывают по интерполяционной формуле: (Грингоф, Павлова, 2013).

где: К - пороговое значение ГТК(1,0 или 0,5); b-среднее месячное значение ГТК ниже порогового; a-соответствующее значение ГТК выше порогового; d-число суток в месяце с ГТК=b.

Однако ГТК Селянинова не применяют для оценки условий увлажнения весной и осенью, когда средняя суточная температура воздуха ниже 10°С (Грингоф, Павлова, 2013).

В районах с вечной мерзлотой и холодным летом, где ГТК не всегда отражает условия обеспеченности влагой, можно использовать показатель увлажнения Шашко (Md). Для районирования и оценки увлажнения территории в целом и различных ее частей могут быть использованы следующие значения Md (Методическое указание,2010):



N

Обеспеченность влагой



1.

Территория с избыточным увлажнением

> 0.6

2.

Влажная территория

0.6 – 0.45

3.

Умеренно влажная территория

0.45 – 0.35

4.

Полузасушливая территория

0.35 – 0.25

5.

Засушливая территория

0.25 – 0.15

6.

Сухая территория

<0.15

Следует иметь в виду, что для ранних яровых зерновых культур решающее значение имеют осадки первой половины лета; пропашные культуры более эффективно используют осадки второй половины лета (Методическое указание,2010).

2.4. Биоклиматический потенциал (БКП)

Биоклиматический потенциал (БКП) - это агроклиматический показатель биологической продуктивности, выраженный в баллах и характеризующий природное богатство определенных территорий. На основе БКП проводится сравнительная межрегиональная оценка общей биологической продуктивности и продуктивности конкретных сельскохозяйственных культур, почвенного плодородия и др. (Грингоф, Павлова, 2013).

.

Впервые понятие «биоклиматический потенциал» было введено в науку и практику П.И.Колосковым. Он считал, что этот комплексный показатель характеризует общую потенциальную продуктивность земли и влияние на нее таких важных климатических факторов, как температура, увлажненность и инсоляция. Автор рассматривал разность между соответствующими значениями БКП, т.е. прирост биоклиматического потенциала в условиях, когда увлажненность возрастает от фактической до уровня достаточной (например, вследствие искусственного орошения). Если верхнюю границу достаточной увлажненности, определяемую как отношение осадков к испаряемости {P/(E-e)=32} принять за единицу, то при других значениях показателя увлажненности биологическая продуктивность будет равна величине БКП, деленной на 32 (Грингоф, Павлова, 2013).



Согласно П. И. Колоскову, биоклиматический потенциал при естественной (фактической) увлажненности на крайнем севере европейской части России БКП равен менее 1. В западной части России БКП более 2; на северном Кавказе-до 2-3 и более, на черноморском побережье Кавказа в районе г.Сочи БКП достигает 6; в предгорных районах Алтайского края-до 2 и несколько более; в остальной части территории Западной Сибири – около 1,5; в Восточной Сибири БКП менее 1, а в большей части территории Дальнего Востока БКП более 1 (Грингоф, Павлова, 2013).

Биоклиматический потенциал при достаточном увлажнении (БКПд), как разность между максимальной его величиной при условии достаточного увлажнения и его фактической величиной, характеризует существующий дефицит увлажнения в единицах БКП. На северо-западе ЕТС прирост БКП составляет менее 1, а местами - менее 0,5, что свидетельствует об отсутствии применения искусственного орошения, а в районе Сочи прирост БКП уменьшается до 0. В Алтайском крае биоклиматический дефицит увеличивается до 2,5, в южной части Барабинской степи он составляет 1,5-2. В Восточной Сибири, в районах земледелия этот дефицит составляет более 1, в отдельных районах Средней Азии биоклиматический дефицит, как правило,7-8, а на самом юге Узбекистана-9 и более (Грингоф, Павлова, 2013).

Расчет БКП, предложенный Д.И.Шашко. Относительные значения биоклиматического потенциала (БКП) рассчитываются по формуле:

где: -коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения; -сумма средних суточных температур воздуха за период вегетации в исследуемом пункте; - базисная (средняя многолетняя) сумма средних суточных температур воздуха за период вегетации, т.е. сумма, относительно которой проводится сравнительная оценка (Грингоф, Павлова, 2013).

В качестве базисных принимаются суммы: 1000°С - для сравнения с продуктивностью на границе возможного полевого земледелия; 1900°С-для сравнения со средней по стране продуктивностью, характерной для южно-таежной зоны; 3100°С - для сравнения с продуктивностью в оптимальных условиях роста и развития посевов культур, возделываемых, например, в предгорных районах Краснодарского края.

Коэффициент Кр(ку) представляет собой отношение урожайности в конкретных условиях влагообеспеченности к максимальной урожайности в условиях оптимальной влагообеспеченности. Изменение эмпирических значений коэффициента роста характеризует сложная функция (логарифмическая основная и параболическая вспомогательная). Значение этого расчетного коэффициента аппроксимируют выражением (Грингоф, Павлова, 2013):



где: ку - коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный отношению количества осадков (Р) к сумме средних суточных дефицитов воздуха (Σd).

При значении ку=50 создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. Относительно этих условий Кр(ку) принимает значение единицы (Грингоф, Павлова, 2013).

Для решения практических задач важна сравнительная межрегиональная оценка биологической продуктивности, определяемая комплексом климатических факторов. Такая оценка, по мнению Д.И.Шашко, может быть выполнена на основе относительных значений биоклиматического потенциала по предложенной им шкале (табл.7). В таблице 7 БКП – это относительное значение биоклиматического потенциала, учитывающее совместное влияние тепла и влаги на продуктивность растений; =55*БКП - климатический индекс биологической продуктивности, баллы (Гордеев,2006).

Таблица 7. Шкала для оценки общей биологической продуктивности (Гордеев,2006).

Биологическая продуктивность

Группа

Показатель группы



Урожайность (т/га) зерновых при цене балла 0,023(т/га)

Очень низкая

(БКП=0,8; Бк<40)



Ι

<40

<0,9

Низкая

БКП=0,8…1,2; Бк=41…60



ΙΙ а

ΙΙ б


40…50

51…60


0.9…1,1; 1,1…1,4

Пониженная

БКП=1,2…1,6; Бк=61…85



ΙΙΙ а

ΙΙΙ б


61…70

71…85


1,4…1,6; 1,6…1,9

Средняя

БКП=1,6…2,2; Бк=86…120



ΙV а

ΙV б


ΙV в

86…95

96…105


106…120

1,9…2,2; 2,2…2,4; 2,4…2,8

Повышенная

БКП=2,2…2,8; Бк=121…155



V а

V б


V в

121…130

131…140


141…155

2,8…3,0; 3,0…3,2; 3,2…3,6

Высокая

БКП=2,8…3,4; Бк=156…190



VΙ а

VΙ б


VΙ в

156…165

166…175


176…190

3,6…3,8; 3,8…4,0; 4,0…4,4

Очень высокая

БКП= >3,4; Бк= >190



VΙΙ а

VΙΙ б


VΙΙ в

191…200

201…210


>210

4,4…4,6; 4,6…4,8; >4,8

Шкала построена с учетом теплообеспеченности территории. По этому признаку выделяются зоны со следующими средними многолетними значениями: мало обеспеченные теплом - менее 1200°С; недостаточно обеспеченные - 1200…1600°С; обеспеченные ниже среднего -1600…2200°С; среднеобеспеченные- 2200…2800°С; обеспеченные выше среднего -2800…3400°С; повышенно обеспеченные теплом - более 3400°С. Этим показателям соответствуют значения БКП (менее 1,2; 1,2; 1,6; 2,2; 2,8; 3,4), которые по шкале (табл.7), характеризуют различную биологическую продуктивность (Гордеев,2006).

Согласно этой шкале, М.И. Будыко выделены ареалы очень низкой, пониженной, средней, повышенной, высокой и очень высокой биологической продуктивности (Гордеев,2006).

Физический смысл биоклиматического потенциала заключается в следующем. Продуктивность экологических типов сельскохозяйственных культур при достигнутом уровне культуры земледелия определяется доступностью для растений питательных веществ, находящихся в почве. Доступность же зависит от наличия влаги в почве, с одной стороны, а с другой - от теплового режима, определяющего скорость биохимических реакций в процессе фотосинтеза и подготовку питательных веществ для растений в результате деятельности микроорганизмов. От складывающихся условий тепло- и влагообеспеченности в равной мере зависит продуктивность культур. Поэтому в северных влажных, но прохладных и в южных засушливых, но лучше обеспеченных теплом, районах доступность питательных веществ может оказаться одинаковой. Это обстоятельство находит отражение в балловых оценках биоклиматического потенциала, следовательно, в широком смысле под биоклиматическим потенциалом следует подразумевать балловую оценку степени доступности для растений питательных веществ, находящихся в почвенном растворе в конкретном районе (Развитие сельскохозяйственной..,2006).

2.5. Опасные агроклиматические явления

В агрометеорологии особо опасными явлениями считаются такие, которые по своей интенсивности, продолжительности воздействия, площади распространения или времени возникновения (например, в критический период жизни растений) могут нанести или наносят значительный ущерб сельскохозяйственным посевам и животным. К агрометеорологическим явлениям, опасным для сельскохозяйственного производства в теплый период года, относят: заморозки, засухи, суховеи, пыльные бури, град, сильные ливни (Грингоф, Пасечнюк, 2005).

В данной исследовательской работе рассматриваются опасные агроклиматические явления на примере заморозков, характерные для Ленинградской области.

Заморозком называют понижение температуры до 0° и ниже на поверхности почвы или в травостое в период вегетации на фоне положительных средних суточных температур воздуха (Синицина, 1973).

Однако такое определение заморозка для сельскохозяйственной практики является недостаточным, так как падение температуры ниже 0° редко является опасным для многих даже теплолюбивых культурных растений. Угрозу представляют только такие похолодания, при которых температура опускается ниже определенных критических значений для каждого вида растений и фаз их развития. Поэтому кратковременные похолодания, которые могут причинить вред сельскохозяйственным культурам, называют опасными заморозками, и именно они привлекают особое внимание работников сельского хозяйства (Берлянд,1953).

Различают общий заморозок (или заморозок в воздухе), когда отрицательная температура наблюдается на уровне 2м, и заморозок на почве, когда при положительной температуре на уровне 2 м на поверхности почвы наблюдается отрицательная температура (Зверев,1968).

Заморозки обычно наблюдаются весной и осенью (в северных регионах и в высокогорьях даже летом) при антициклонической погоде, на гребнях повышенного атмосферного давления, при высоком эффективном излучении подстилающей поверхности и при слабом ветре. Различные по интенсивности заморозки наблюдаются во всех районах сельскохозяйственной зоны страны. В зависимости от времени появления и степени интенсивности заморозки могут частично или существенно повредить сельскохозяйственные культуры, полностью уничтожить или снизить их урожай (Грингоф, Пасечнюк, 2005).

Особенно опасны поздневесенние и раннеосенние заморозки, совпадающие с периодом активной вегетации растений. Они ограничивают использование агроклиматических ресурсов вегетационного периода конкретной территории. Поэтому информация об интенсивности заморозков, о сроках их прекращения весной и возникновения осенью чрезвычайно важна. Эта информация используется также для оценки заморозкоопасности территории, для принятия решений о размещении теплолюбивых культур, выбора сроков сева и уборки сельскохозяйственных культур, для выбора способов защиты с целью снижения возможного ущерба от этого опасного явления природы (Грингоф, Пасечнюк, 2005).

По интенсивности заморозки делят на слабые, средние и сильные . Слабыми заморозками считаются понижения температуры деятельной поверхности не ниже -2°, когда температура воздуха при этом составляет 0°С и более. При средних заморозках температура поверхности земли опускается до -3…-4°С и заморозок охватывает самые нижние, примыкающие к поверхности слои воздуха. При сильных заморозках температура снижается до -5°С и охватывает приземный слой воздуха до высоты 1,5…2 м. Именно в этом слое находится большинство возделываемых полевых культур (Грингоф, Пасечнюк, 2005).

По длительности действия различают заморозки: продолжительные (>12 ч), средней продолжительности (5…12 ч ), кратковременные (<5 ч ) (Грингоф, Пасечнюк, 2005).

И.А.Гольцберг были выделены три типа заморозков по их происхождению (Климат России,2001):

1. Адвективные заморозки возникают в результате крупномасштабного вторжения холодного воздуха и длятся в течение нескольких суток подряд. Во время этих заморозков даже дневная температура может быть ниже 0°С. При этом типе заморозков микроклиматические различия нивелированы.

2. Радиационные заморозки возникают в тихие ясные ночи в результате интенсивного ночного выхолаживания, причем они могут наблюдаться при высокой положительной дневной температуре. При этом типе заморозков весьма значительны микроклиматические различия, связанные с формами рельефа.

3. Адвективно-радиационные заморозки возникают в результате адвекции холода и последующего ночного радиационного выхолаживания. Эти заморозки отмечаются при относительно высокой средней суточной температуре воздуха, а их наибольшая повторяемость приходится на позднее весеннее и раннее осеннее время, т.е. они наиболее опасны для сельскохозяйственного производства (Гордеев,2006).

Устойчивость растений к заморозкам и степень их повреждения зависят от многих факторов: времени наступления, интенсивности и продолжительности заморозка, вида, сорта и фазы развития растений, условий выращивания, скорости оттаивания тканей растений, поврежденных заморозком и т.п. Все биологическое разнообразие сельскохозяйственных культур условно разделено на 5 групп по степени их естественной устойчивости к заморозкам в различные фазы развития при средней продолжительности заморозков 5…6 ч и в зависимости от микроклиматических условий окружающей среды (табл. 8.) (Грингоф, Клещенко, 2011).

Таблица 8. Критические температуры воздуха (°С) для сельскохозяйственных культур в различные фазы их развития. (Грингоф, Клещенко, 2011).



Культура (различные сорта)

Критические температуры воздуха в различные фазы развития

Всходы

Цветение

Созревание

Наиболее устойчивые к заморозкам культуры

Яровая пшеница

-9…-10

-1…-2

-2…-4

Овес

-8…-9

То же

То же

Ячмень, горох

-7…-8

-1…-3

-2…-4

Устойчивые к заморозкам

Люпин, вика яровая

-6…-7(-8)

-3

-2…-4

Бобы, подсолнечник

-5…-6

-2…-3

-2…-3

Лен

-5…-7

-''-

-2…-4

Свекла сахарная, свекла кормовая

-6…-7

-''-

-

Морковь, брюква

То же

-

-

Капуста

-9…-10

-

-

Малоустойчивые к заморозкам

Картофель

-2…-3

-1…-2

-1…-3

Неустойчивые к заморозкам

Фасоль

-1…-1,5(-2)

-0,5…-1

-1,5…-2

Огурцы, томат

0,0…-1

0,0…-1

0,0…-1

Устойчивость растений по отношению к заморозкам представляет собой развивающееся свойство растений, зависящее от их природы, особенностей каждого типа и сорта, от стадии и фазы развития данного индивидуума, от условий внешней среды (Чудновский, 1949).

Прогноз заморозков. Известно, что заморозки наносят значительный ущерб сельскохозяйственному производству. Однако своевременное предупреждение о сроках наступления заморозков способствует снижению ущерба, а в отдельных случаях позволяет избежать их тяжелых последствий для растениеводства. Для предупреждения наступления заморозков разработаны методы их прогноза.

Вторжение холодных масс воздуха, обусловливающих адвективные и адвективно-радиационные заморозки на больших территориях, достаточно надежно прогнозируется синоптиками с заблаговременностью 1-3 суток. Так как в зависимости от местных условий интенсивность заморозков может быть различной (рельеф, крупные водные объекты, лесные массивы и т.п.), агрометеоролог, знающий местные условия, должен уточнить синоптический прогноз для своей территории. Например, Михалевский предложил следующие формулы: (Грингоф,2011)





где: и – минимальная температура воздуха и почвы соответственно; t и t'-температура по сухому и смоченному термометрам в 13 ч соответственно, °С; С - коэффициент, зависящий от относительной влажности воздуха f в 13 ч, находится по данным таблицы; А-поправка на облачность, которую вводят после наблюдений в 19 ч: при незначительной облачности (0…3 балла) А= -2°С; при средней облачности (4…7 баллов) А=0, т.е поправка не вносится; при облачности 8…10 баллов А=2°С (Грингоф,2011).

Таким образом, если рассчитанная минимальная температура оказывается ниже -2°С, то заморозок возможен; при температурах от -2 до 2°С заморозок вероятен, а если температура выше 2°С, то заморозок маловероятен (Грингоф,2011).

Простой и весьма надежный графический способ расчета вероятности заморозка в ближайшую ночь предложил П.И. Броунов (Грингоф,2011). Для этого используют результаты наблюдений за температурой воздуха в метеорологической будке в 13 и 21 ч. На горизонтальной оси графика откладывают разность температур за эти сроки, на вертикальной оси - температуру за 21 ч. Точка пересечения наблюденных значений температуры воздуха в поле графика укажет вероятность заморозка.

В оперативной практике синоптиков используются методы прогноза, более полно учитывающие физические причины возникновения заморозков (Методы М.Е.Берлянда., А.Ф.Чудновского) (Грингоф,2011).


Каталог: bitstream -> 11701
11701 -> Функциональная диагностика в ортодонтии
11701 -> Сравнительный анализ методов ортопедического лечения больных с повышенным стиранием зубов
11701 -> Ферритин как маркер избыточной воспалительной реакции
11701 -> «Клинико-функциональная и нейрорадиологическая характеристика больных с церебральными венозными нарушениями»
11701 -> Клинико-эпидемиологическая характеристика гриппа в период сезонного подъема весной 2015 года
11701 -> Изучение влияния параметров преломляющих сред и угла Каппа на точность расчёта интраокулярных линз
11701 -> Дерматоскопические и морфологические признаки в дифференциальной диагностике рубцовых алопеций
11701 -> Спортивная дипломатия россии в XXI веке


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет