Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Развитие синоптико-статистического подхода при прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Развитие синоптико-статистического подхода при прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур"

\

ГОСУДАРСТВ™'й КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ

ОРДЕНА ЛЕНИНА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР СССР

На правах рукописи УДК 631.559.001.18:551.58

ЛЕБЕДЕВА Валентина Митрофановнэ

РАЗВИТИЕ СИЖШТИКО-СТАТИСТИЧЕСКОГО ПОДХОДА ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Специальность 11.00.09 - »-етеорология, климатология,агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

МОСКВА 1991

/г-

4V - i • -ч/J : nh^l;, : НчЧ;,

PfloTa выполнена ко Всесоюзном науч.ю-исследовательском инс !' ."^'si; 'к1 ■ ,ii;

туте сельскохозяйственной метеорологии

;■'>•• ■ ■'. ; м Ü и

Научный руководитель: й

доктор географических наук K.M. ¡¡асов

-'!(.>:,;.: ,t\- ;]')'.'.• >,' i5 НИТ i j С ..vi"'i i iL

Официальные оппоненты: доктор географических наук A.A. Исаев кандидат географических наук А.Г. Просшркина

' <1'!ШЙ'1 ORRfiгйОНШРа:; N'i'OOnii'i I ¡г,'.;,

Ведущая организация:

Одесский гидрометеорологический институт

.нн'ня^О'.-етеч * 'О.t:0.; f ; r'oüж•■>„; '-¡¡': Защита состоится'1Y декабря 1991г. в 14 ч. на заседании caei

лиаированного совета К 0;;'4.05.02* ордена Ленина Гидрометеоролог;

ческого научно-исследовательского центра СССР

Автореферат разослан <<15 /> ноября 1991 года.

1 t.U-r'i'f^U iTiüi : iVitlf;"; .,]) af;: : 1

>!V'5H ЯМОНГПфиЦ'Ю'/! Г':

Ученный секретарь специализированного совета,

канд.географ.наук А.И. Страшная

АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значительная изменчивость урожаГности сельс-озяйствешшх культур во времекл обусловливает практическую необ-имость оценки ожидаемой урожайности с целью принятия хозяйствен-решений и планирования производства зерна в стране.

В свою очередь изменчивость урожайности связана с рСзтом кул^-ц земледелия, а также с изменением условий погоды вегетационного иода. Существующие методы прогнозов урожайности, в основе которых ит учет агрометеорологических факторов вегетационного периода и тояния посевов к моменту составления прогнозов, позволяют соста-ь прогноз с заблаговременности) один-три месяца, 'работы Улановой Чиркова Ю.И., Кулика М.С., Мельника Ю.С., Полевого А.Н., Стра-й А.И., Плгппс С.Л., Забелина В.Н., Деревянно А.Н. и др). Ука-ная заблаговременность ограничивает возмозшости использования гностической информации для решения ряда bl-кных народнохозяйст-ных задач, связанлых с изменением структура посеЕшх площадей, нированием объемов закупок и продажи зерна и т.д. .Поэтому увьли-ие заблаговременности составления таких прогнозов, наряду с повн-лем точности, является важной задачей.

Определенные возможности в этом направлении открывает сгаюп-о-статистический метод прогноза урожайности сельскохозяйственных ьтур. Увеличение заблаговременности прогнозов в этом случае дос-ается благодаря использованию нового методического подхода и шиоению базы исходной информации.

На основе сшюптико-стаи.стического метода во ВНШСХМ разраоо-ы методики прогноза урожайности яровой пшеницы по отдельным эко-ическим районам СССР, яровой и озимой пшеницы е США, т.е. для о-ых и ранних яровых культур; для поздних зерновых культур (куку-ы) и зернобобовых (сои) тише методики не разрабатывались.

США занимает одно из ведущих мест в производстве сои и кукуру-

зы в мире, что позволяэт им в значительной степени контролирош цени на мировом рынке зерня. Поэтому Сило признано целесообрэз! разработать мотолику прогноза урожайности указанных культур на п] мер« этой страны.

Одним из недостатков существующих статистических методов пр нозов урожайности является то, что с течением врсмбни постепешю i рушаются связи, устшювлешшо на материалах предшествующих лет. : нарушения обусловлены изменениями, происходящими как в уровне ку. туры земледелия, так и в циркуляции атмосферы и ее взаимодействии подстилающей поверхностью (особенно с океаном). Поэтому поиск спо бов учета изменения связей при разработке методов прогноза урок ности представляется весьма актуальным и важным.

Цель работы состоит в развитии спюптико-статистического под да при прогнозировании урожайности зерновых культур с большой з лагоьремешюстью; при этом должна учитываться изменчивость свя ео времени.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд зад которые являются предметом зашиты:

- изучить особенности развития атмосферных процессов как в риод вегетации, тчк и в предвегетационный период в годы с различной урожайностью кукурузы и сои з США;

- выявить наиболее информативные периоды (сезоны,месяцы) районы, циркуляция атмосферы в которых оказывает вшяние на фо{ ровэние урожая сельскохозяйственных культур в исследуемом регион«

- исследовать степыл устойчивости связей мевду урожайное культур и полем геопотенциала на уровне 500 гПА;

- исследовать влияние теплового состояния Тихого океана Формирование урожайности сельскохсзяйствеыых культур в разлив регионах;

- разработать методику прогнопа урожайности кукурузы и со!

JA с применением традиционных для синоптико-статистического метода твмив;

- пойти пути учета изменения статистических связей во времени;

- на базе проведенных исследований разработать новый метод югноза урожайности зерновых культур в различных регионах с учетом ¡няквдхся связей.

¡тодика исследования и исходная информация. Синоптическими и «тактическими методами выявлялись особенности циркуляции атмосферы в щы с различной урожайностью сельскохозяйственных культур, которые госледствии служили основанием для получения количественных статических связей. 3 качестве математического аппарата в работе ¡пользованы методы математической статистики: корреляционный и рег-:ссионныЙ анализы, метод разложения случайных полей по естественным 1Тогональнш состарлящим.

Для проведения работы привлекались опубликованные статистичес-:е материалы ЦСУ СССР, данные наблюдений Госкомгидромета.

Исследования проводились в соответствии с планом НИР и ОКР юкомгидромета в рамках спецтемы "Бизон". ,984-1988 гг.(в работе i установлению типов циркуляции атмосферы в годы с различными южэями в рамках указанной темы принимала участие Аксарина Е.Л.), а ,кжв темы 6.029.1 "Разработать методы оперативной оценки влияния дрометеорологических условий на формирование урожая зерновых в 1А, Канаде, Индии, Китае, странах Западной FBporai и СЗВ" (1989-1990

Научная норизна. В диссертационной работе впервые:

- изучены особенности развития атмосферных процессов в годы с зличной урожайнистыо кукурузы и сои в США;

- выявлены наиболее информативные периоды (сезоны,месяцы) и ро-оны, влияющие на процесс формирования урожайности кукурузы и сои в А;

- исследована стэнень устойчивости связей между урожайной культур и полем геоиотенциала на уровне 500 гПа;

- исследовано влияние теплового состояния Тихого океана на фс мирвание урожайности сельскохозяйственных культур в различных { гаонах северного полушария.

- разработаны методики прошоза урожайности кукурузы и" сои США. позволяющие составлять прогноз как до сева культур, так и в г род их вегетации.

- разработан метод прогноза урожайности, основанный на ucnoj зовании коротких (десятилетних) рядов наблюдений, позволяющий уч тывать изменение статистических связей во времени.

Практическая ценность работы заключается в том, что на ochoî шш выполненных исследований диссертантом разработан новый меч прогноза урожайности сельскохозяйственных культур с учетом измеш щихся во времени связей, позволяющий оценить ожидаемую урожайност! бол1.шой ^благовремешшстью (до сеза яровых культур),который при £ тсрских испытаниях в различных регионах северного полушария поке вполне удовлетворительные результаты.

Разработаны методики прогнозов урожайности кукурузы и сои в С с различной заблаговременностыо (до сева и в период вегетации), с новашше на применении традиционных приемов синоптико - статиста* кого подхода.

Предлагаемые методики позволяют более обоснованно принимать : зяйствешше решения, связанные с размещением сельскохозяйствен] культур,планированием и прогнозированием производства зерна в ст] не, а также закупкой его'за рубежом.

Апробация работы. Ряд методик, изложенных в диссертационной ] боте прошли производственные испытания, рассмотрены на ЦЩП (pet нив от 21.05.90), используются при составлении оперативных прогно: урожайности сельскохозяйственных культур для представления в roi

эственные планирующие органы.

Осноиные результаты ,диссертации доложены н получлли одобрение ленинградской конференщш молодых ученых и специалистов {туальные проблемы гидрометеоролога! и контроля природной эдч"(Ленинград,1988г.), на научном семинаре ВНОСХМ "Проблемы аг-летеорологиччского обеспечения сельского хозяйства",1991г.

Материалы диссертации опубликованы в 6 работах, приведенных в гореферате.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, и стечения. Объем текста 146 страниц, 20 страниц приложений и списка 1'вратуры из 161 источника, из них 64 на английском языке. Работа тюстрирована 26 рисунками и 17 таблицами.

ЮВНОЕ СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и важность темы иссле-занкя, определяется цель работы, формулируются задачи, кото-з явлиотся предметом защгты.

В первой главе изложены общие принциш традиционного синопти-- статистического метода, с.уть которого заключается в том, что па шве синоптического анализа карт АТ500 в годы с экстремальными )жаями сельскохозяйственных культур устанавливаются особенности жуляции атмосферы как в предвегетационный период, так и в период стации. Выявляются барические образования, формирующие метеороло-геский режим, а -:ерез него и урожай сельскохозяйственных культур; ?анзвливается интенсивность развития барических образ званий и их ¡тоположение. Полученные при указанном подходе выводы могут Зыть деверждены количественными оценками, в частности, парными коэфри-!нтами корреляции между геопотэнциплом, снятым в узлах регулярной 'ки и урожайностью культур. При наличии истиьшх (а не случайных) ¡зей между геопотенциалом в определенных точках северного полуша-

рия и урожайностью культур должна существовать связь между reo тенциалом в этих же (или соседних) точках с температурой или осад ми вегетационного периода в исследуемом районе.

Таким образом, в пределах северного полушария для каждой культур (в нашем случае для сои и кукурузы в США) можно выделить точек, в которых значения геопотенциала в те или иные месяцы пред гетационного или вегетационного периода, с одной стороны, согласу ся с результатами синоптического анализа (точки расположены в з действия выделенных при синоптическом анализе барических образо ний), а с другой - связаны не только с урожайностью указанных ку тур, но и с температурой и осадками периода вегетации.

Значения геопотенциала в точках, отобранных указанным выше с собом (как в предвегетационный период, так и в период вегетаци могут характеризовать условия формирования урожая оельскохозяйстЕ них культур и поэтому могут быть использованы в качестве предаете для количественной оценки его величины. При таком подходе ( уровня просеивания предикторов) уменьшается вероятность испоьзове случайных связей.

В результате наших исследований было установлено, что ме особенностями циркуляции атмосферы над северным полушарием и урок ностыо кукурузы и сои в США существует вполне определенная свя при оценке условий циркуляции атмосферы над северным полушарием i но учитывать состояние следующих макроциркуляциошшх систем: идрь полярного вихря и его наиболее глубоких ложбин, атлантического и хоокеанского гребней. Положение и степень развития этих баричес образований являются индикаторами преобразования атмосферных npoi сов как в районе стационирования этих систем, так и на значитэл! удалении от них.

Одновременно были рассчитаны парные коэффициенты коррел< между геопотенциалом в узлах регулярной сетки северного полуцн

0°х!0°) и среднемесячными значениями температуры, а также месячнн-суммами осадков вегетационного периода на исследуемой территории тати кукурузного пояса). В пределах северного полушария имеется д точек, в которых геопотенцизл в те или иные месяцы предвогета-снного периода (октябрь-март) связан (при 5 'л-ном уровне значимос-) не только с урожайностью кукурузы ц сои , но и с температурой и адками отдельных месяцев вегетации.

Расположение отобранных то чек, в основном, согласуется с ре-льтатами синоптического анализа, приведенного выше. В вогетоцион-й период, согласно результатам корреляционного анализа, принятым нее условиям удовлетворяет ряд точек. Геопотенциал в каждой из их точек характеризует особенности циркуляции атмо&Ьрц в снреде-нном месяце (июль-август - д>,а кукурузы и май-июль - для сон)

Поскольку отобранные предикторы характеризуют особенности цир-ляции и погоду как в предвегетационный период, так и и период нотации, можно построить два уравнения регрессии для оценки величины идаемой урожайности каждой из культур : одно - для расчета урожай -сти с большой заблаговременностыо (до сева), а другое - для расче-в период вегетации ,с использованием информации летних месяцев. Для кукурузы:

АУ1 = 0,0042В, f П,0001В2 - 0,а008В.з - 0,0026В4 + о,оозив5 -0012В6 + 0,0030В,, - 0,0029В8 - 4,4267, И = 0,79, п = 30; лу = - 0,0070В, ь 0,00а982 + 0,0040В3 + 0,0120В4- 0,«))ЬН5 0071В6 - 5,6124, И = 0,Ь7, п = 30. Для сои:

ду, = - о.оозв, - о,оо2В2 - а,аозв3 »■ о,Ш4В4 - о,оознй » з.ьвгг,

= 0.78, п = 30;

лу2 = 0,0032В. - 0,0031В., V и,005383 - 0,(ХШВ4 »0,{Хй6Ь,- ♦ 0034В6 Ю,0030В7 - 10,2709, Н = 0,7а, П - 30.

где ду, 2 ~ отклонение урожайности от тренда, в долях от него; В, 2 8- геопотенциал в узлах регулярной сетки А1 2 д

в соответствующие месяцы; И - множественный коэффициент корреляции, значимый при 5 %-ном уро не;

п - длина ряда.

Уравнения получены методом разложения случайных полей естественным ортогональным составляющим, при этом использова первые две-три компоненты.

Расчет урожайности по тренду осуществляется ожегодно с учет данных последнего перед составлением прогноза года.

Для того, чтобы перейти от полученных по уравнениям отклон ый урожайности.кукурузы и сои в долях от тренда { ду ) к урожайно ти в т/га ( у ), несводимо значение урожайности по тренду ( у умножить на рассчитанное отклонение ( ду ) и полученное значен алгебраически слолить со значением урожайности по тренду ( у ).

Оправдываемость предлагаемых в первой глава методов прогноз урожайности кукурузы за десятилетний период (1989-1989гг.), рав ТО % для прогнозов, составляемых как до сева, так и в период вегет ЩП1 культуры, а относительная ошибка равна соответственно 9 % 8 %. Оправдываемость инерционного и климатологического метод прогнозов з: этот же период составила соответственно 30 % и 60 %.

Оправдываемость обоих методов прогнозов урожайности сои, указанный десятиле'лшй период, составила 80 %, а средняя ошиб оправдавшихся прогнозов соответственно 4 % и 5 Ж. Оправдываемое инерционного метода прогноза для сои равна 40 %, а климатолог ческого - 70 % гля прогноза, составляемого до сева и 6С % - в пер од воготапии сои.

Вторея глава посвящена исследованию трансформации во време связей между урожайностью сельскохозяйственных культур и характер!.

сами режима атмосферы.

Для проверю! степени устойчивости связей между урожайностью иьтур и значениями геопотенциала рассмотрено поле парных коэффи-энтов корреляции между урожайностью кукурузы в chía и геопотенциа-а в 198 узлах регулярной сетки в январе (в каждом узле было пост-энс 29 скользящих десятилетних рядов значений геопотенциала за пе~ зд с 1948чо 1986 гг.); при этом исследований проводилось путем сложения рядов коэффициентов корреляции по естественным ортого-льннм функциям (е.о.Ф).

В поле первой е.о.ф. коэффициентов корреляции (описывающей шпние связей, вызванные крупномасштабными факторами ) выде-ются две области противоположных знаков; очаг одной из областей снолагается над северным полюсом и севером Евразии (до 60° с.ш.), угой - на 50- 60°с.ш. над Северной Америкой и с^еверо- востоком Ат-нтики. В указанных очагах четко,.выражен тренд коэффициентов корре-цш (в положительной и отрицательной областях тренды имеют проти-полокную направленность, там где е.о.ф. приблизительно равны нулю, ходе коэффициентов корреляции тринд практически отсутствует. По-димому, изменение связей между урожайностью кукурузы в США и знг-Ш'.ями геопотенциала в узлах регулярной сетки в значительной степе: обусловлено изменением геопотенциала во времени так как очаги ¡ибольших изменений геопотенциала поля H5QQ в январе за указанный фиод приблизительно совпадают с очагами наибольших изменений коэф-[циентов корреляции.

Таким образом, удалось выделить районы, в которых связи мелду юкайностью и геопотенциалом более всего подвержены гзменению во земени; казалось бы, что при разработке метода прогноза в качестве эедикторов целесообразно использовать те точки, которые распола-зются на границах выявленных областей и в которых связи отиоситель-з устойчивы во времени. Однако, как известно, рассматриваемые

естественные функции ортогональны и, следовательно, точки, находя щиеся, например, на границах областей первой е.о.ф., соответствую очагам второй е.о.ф., вклад которой в суммарную дисперсию весьма ве лик .около 30 %,( то же относится к третьей составляющей - 10-15 % дисперсии поля).

Таким образом, найти точки, в которых связи устойчивы в пол нескольких векторов одновременно, практически невозможно. Следова тельно, побходимо искать другие пути рещения проблемы. Мы попыта лись в рамках синоптико-статистического подхода разработать мето, прогноза, позволяющий учитывать изменение этих связей во времени.

При использовании компонентного анализа обычно фактические выборки значительно превосходят по объему минимально возможную выборку, допускаемую теорией. Минимально допустимый объем выборки (И) равен гиЗ (где п - порядок матрицы). В нашем случае порядок матрит выбран эмпирически равным 5, следовательно, объем выборки долже1 быть не ..юньше 8.

Для проверки эффективности такого подхода в качестве предикторов были использованы значения геопотенциала в узлах регулярной сетки северного полушария на'уровне 500 гПа с октября по март за десят] (N=10) предшествующих прогнозируемому году лет.

Использование десятилетних рядов при построении уравнений позволяет относительно быстро реагировать на изменение связей. При это! особое значение приобретает оценка устойчивости взаимосвязей мевд: рядами геопотекциала в нескольких заданных узлах при скользящем смещении на один год.

Для оценки аналогичности двух полей геопотендиала, смещении: относительно друг друга на один год (в пределах двух скользящих десятилеток) ь качестве одной из характеристик аналогичности полей использованы парные коэффициенты корреляции между значениями геопотен цнала в любых двух узлах регулярной сетки, предварительно отобран

пых по принципу: коэффициенты корреляции должны быть выше 5 %-ного уровня значимости. При этом, ни один из соответствующих парных коэффициентов корреляции в сравниваемых двух скользящих десятилетках не должен отличаться от другого более, чем на 0,15. Оценка достовернос-ги разности мезду двумя коэффициентами (лг) производится с помощью треоОразования Р.Фишера (показателя Ъ).

В качестве другой характеристики аналогичности был использован юсинус угла между первыми коэффициентами разложения поля геопотен-дала в двух смещенных относительно друг друга, десятилетках (он

должен быть равен или больше 0,999): »о

>1

;оз(?к1)

7»'

•)»!

•дв аак) - коэффициент разложения пол:; геопотенциала в

десятилетке, предшествующей году прогноза;

аа^ - коэффициент разложения поля геопотенциала в

десятилетке, включающей прогнозируемый год;

При таком подходе методика прогноза урожайности сельскохозяйст-¡енных культур по десятилетним рядам значений геопотенциала может ¡ыть представлена в следующем виде.

1. Расчитывается матрица парных коэффициентов корреляции между чэопотенциалом в узлах регулярной сетки на северном полушарии с жтября по март и отклонениями от тренда урожайности сельскохозяйст-тнной культуры за десятилетний период .При этом отбираются значв-шя геопотенциала только в тех узлах, в которых парный коэффициент сорреляции больше или равен 0,63 (выше 5 %-ного уровня значимости гри десятилетних рядах).

2. Отобранные узлы группируются в различных сочетаниях (по шть) и на базе десятилетних рядов геопотенциалов в каждой группе

осуществляется разложение по ортогональным функциям. Такая процедур? проделывается дважды: один раз без данных прогностического года, { другой - с ним.

3. Проверяется степень аналогичности связей ыевду рядами геопотенциалов в одной и той же группе до и после смещения на одш год. При этом:

а) элементы матриц парных коэффициентов корреляции н( должны отличаться между собой больше чем на 0,15;

б) косинус угла между Викторами, составленными из коэффициентов разложения, в сравниваемых случаях не должен быть мэне< 0,999;

в) собственное значение, соответствующее перпо! составляющей, должно быть больше 3 (больше 60 % суммарной диспэр сии поля).

4. Если соблюдаются перечисленные условия, то на основе отоб рапных предикторов приступают к построению уравнения регрессии н главных компонентах. В уравнении регрессии, построенном на десят предшествующих прогнозу годах, множественный коэффициент корреляци должен быть не меньше 0,94 '5 Ж-ный уровень значимости).

5.По получен.шм уравнениям (таких уравнений может быть от одно го- двух до нескольких дисятков) расчитываются ожидаемые отклонени урожайности от тренда (ду) в долях от него, которые затем осредняют ся.

6. Рассчитывается ожидаемая урожайность культуры в т/га.

Одним из достоинств предлагаемого метода является то, что с

позволяет при относительно небольшом объеме использованного материй ла (40-45 лет) получить большое число независимых прогнозов (в наше случае при проверке на независимом матерале количество прогнозе достигало 20-25).

Оправдываемость метода прогноза урожайности кукурузы в целом г

- lb -

ША за 25-летний период на независимом материале составила 76 %, что а 36 % выше оправдаваемости инерционного и на 28 % выше оправдывае-эсти климатологического прогнозов. Средняя ошибка оправдавшихся ргнозов во всех трех методах примерно одинакова - 4-6 % от тренда.

Оценка успешности прогнозов урожайности кукурузы в США, раз-аботанная на материалах тридцатилетних и десятилетних рядов значе-ий геопотенциала на уровне 500 гПа, дает основание считать, что редложешшй метод расчета ожидаемой урожайности кукурузы в США на эротких рядах имеет определенные преимущества. За десять последних эзависимых лет для 03оих методов (1980-1989 гг.) оправдываемость этода прогноза по тридцатилетнему ряду (гл.1) составила 70 %, а по эсятилетнему (гл.2) - 90 %. Средняя ошибка прогнозов примерно оди-экова.

Эта же методика использовалась для расчета ожидаемой урожайнос-г кукурузы по отдельным штатам США. Оправдываемость метода (за I- летний период по каадому из шести штатов) составила 73-91 % при пибке оправдавшихся прогнозов 5-8 %. В пяти штатах оправдываемость ниматологического прогиоза ниже чем предлагаемого метода, исключе-ie составляет штат Небраска, где оправдываемость климатологического этода оказалась на 4 % выше, чем у предлагаемого. Оправдываемость шрционного метода во всех шести штатах ниже, чем оправдываемость шоптико- статистического метода.

Методика прогноза урожайности зерновых культур, основанная на эсятилетних рядах значений гегпотенциала на уровне 500 гПа, испыты-элась также на материалах других регионов (Канада, страла в злом;СССР,страна в целом,отдельный экономический район) и на других доьтурах (озимая пшеница, яровая пшеница, зеровые и зернобобовые /льтуры в целом).

Оправдываемость синоптико-статистического метода по десятилет-ш рядам для озимой пшеницы в СЩА (в целом по стране), в штате Кан-

зас, а также в целом по СССР и по Северо-Кавкчзскому зкономическо» району выше оправдоваемости климатологического метода и составлж 73-87 % (против 59-83.» ); исключением является штат Оклахома, г; оправдываемость климатологического метода на 5 % вшив синоптико-статистического. Оправдываемость инерционного метода -прогноза I всех пяти случаях ниже чем предлагаемого метода (52-76 %) Средние ошибки во всех методах для одних и тех хэ регионов примерно одинакс ВЫ (4-10 %).

Для яровой пшеницы проверка методики осуществлялась на матери; лах двух стран: Канады и СССР. При этом использовались значения урс

кайности в целом по каждой стране. В обоих случаях оправдываемое] *

синоптико-статистического метода (90 % и 91 X соответствию) вые оправдываемости климатологического (80 % и 83 %) и инерционно; (70 % и 83 %) прогнозов. При этом средняя ошибка оправдавшихся пр< гнозов урожайности яровой пшеницы в Канаде 7-9 % для всех сравнивав мах методов,'а для СССР ощибка предлагаемого метода составила 10 3 что ниже, чем ошибка климатологического (13%) и инерционно) (17 %) методов прогнозов.

Оправдываемость прэдлагаемогометода прогноза урожайности за; новых культур в целом по СССР также выше оправдываемости климате логического и инерционного методов (91 %. 87 % и 74 % соответственно). Средняя ошибка оправдавшихся прогнозов составила 8-10 % ог тронда для всех сравниваемых методов. Таким образом, проверка 1 большом независимом материале показала, что предложенный метод ра< чета ожидаемой урожайности по десятилетним рядам себя оправдал и, I нашему мнению, мокег быть использован для разработки методик прогж за урожайности сельскохозяйственных культур в различных региона: Шесте с тем в отдельные годы (1970,1974,1983,1938гг.) ошибки про] козой урожайности зерновых культур в различных регионах достиго. значительных величии. Следовательно,, при прогнозировании нэ бы.

чтены факторы, оказывающие влияние в отдельные годы и приводящие к шбкам прогнозов. Одним из таких факторов, по нашему мнешт, вляется тепловое состояние океана.

Третья глава посвящена исследованию влияния теплового состояния Пхого океана на формирование урожайности сельскохозяйственных куль-ур в различных регионах.

Тепловые аномалии, возникающие на поверхности океана, злияют на юрмирование крупных аномалий атмосферной циркуляции погода, особен-ю длительных в силу большой тепловой инерции океана.

В тропической зоне Тихого океана межгодовые изменения темпера-■уры воды обусловлены, в первую очередь, явлением известным под наз-¡анием "Эль-Ниньо".

Появление Эль-Ниньо связано с Южным колебанием (ЮК). Ш -[аиболее выраженное проявление межгодовой изменчивости климата в "лобальном масштабе. В тропической части Тихого океана ЮК связано со «ачителышми межгодовыми изменениями температуры вода в восточной и (ентральной частях Тихого океана.

Особенности циркуляционного и термического режима атмосферы в 'меренных широтах северного полушария проявляются как в годы с >ль- Ниньо , так и спустя 1-2 года. То, что наибольшие изменения в циркуляции атмосферы после Эль-Ниньо обнаруживаются в умеренных ши-)Отах на 2-ой и в некоторых случаях на 3-й год, позволяет допустить юзможность существования причинно-следственной связи процессов гриэкваториальной зоны с процессами умеренных широт северного полу-¡эрия.

Проведенный наш анализ зависимости урожайности зерновых куль-?ур от явления Эль-Ниньо - Южное Колебание (ЭНШ) показал, что в США ш урожайность кукурузы и озимой пшеницц Эль-Ниньо оказывает влияние з год наступления явления и через год после его начала; в СССР по-1обное влияние на урожайность озимой пшеницц наблюдается через один.

и два годи после начала Эль-Ниньо. (В качестве характеристика ЭНЮ использован индекс Южного колебания.

Особый интерес для нас представляет существование связи межд индексами Ш и ошибками прогнозируемой урожайности зерновых культур рассчитанной по методике, предложенной в гл. 2. Оказалось, что зна чимая при 5 Ж-ном уровне связь существует как в год начала ЭНШ, та и через один, два, три года после его наступления.

Зависимость между ошибками прогноза и индексами ЮК свндетельст вует о том, что учет влияния ЭШЖ монет повысить оправдываемост прогнозов.

С учетом выше оказанного была разработана методика, с помощь которой в прогнозах урожайности, осноеэшшх на учете поля геопотен циала, вводится поправке на тепловое сосюяние Тихого океана.

Для этого используются значения температуры вочк Тихого окега в узлах пятиградусной сетки, а также индекса ЮК (1'>30-1989гг.)

На основе матрицы парных коэффициентов корреляции мзжду средне месячными значениями температуры воды в океане (в узлах регулярнс сетки) и индексом Ш (в отдельные месяцы), с одной стороны, и ошис каш прогнозов урожайности зерновых культуро- с другой, отбиралис 6-8 предикторов :г >0,45). При этом ряды температуры воды и нвдексс ЮК вводились смещенными на один год по отношению к ошибкам и с янвг ря по март - в год, соответствующий гсду составления прогноза.

Отобранные таким образом предикторы использовались для постро! ния уравнений регрессии. Уравнения полученн путем разложения моте< рологических полей по естественным ортогональным функциям, при эт< учитывалась только первая компоненте.

Чтобы оценить, на сколько значимо влияние поправки на качесг: прогноза, необходимо иметь достаточно большой независимый материа. поэтому в данной работе'используется метод "складного ножа". П; этом используется весь независимый проверочный материал главы 2.

Таким образом, били получены поправки к пргнозу ожидаемой уро-эйнооти зерновых культур, которые необходимо учитывать при состав-зшш прогноза урожайности.

Посла взадения поправки оправдываемость метода прогноза урожай-зсти кукурузы в целом по США увеличила^ на 12 % (25-летний незави-шый материал). Для последнего десятилетия 1980-1989 гг. оправды-эемость метода составила 100 ?, что на 30 % выше оправдиваемости югноза урожайности кукурузы в США по тридцатилетнему ряду; яри гом средняя ошибка оправдавшихся прогнозов после введения поправки леньшила'сь в два раза по сравнению с методикой, предложенной в пер-эй главе.

Оправдываемость метода для отдельных штатов после введения поп-эзки повысилась и составила 82-95 %. Оправдываемость метода прог-эза озимой пшеницы в США и СССР после введения поправки на тепловое эстоянае Тихого океана также увеличилась и составила 90-100 %.

Для яровой пшеницы в целом по Канаде, СССР оправдываемость ме-эда после введения поправки повысилась нз 9-10 Ж и оказалась равной 30 X.

Средние ошибки оправдавшихся прогнозов после введения поправки уществонно не изменились.

Таким образом, введение поправки привело к повышению оправды-земости прогнозов урожайности зерновых культур.

вместе с тем, учитывая специфические особенности использован эго нами методического приема (метод "складного ножа"), ьельзя быть элностью уверенным в том, что при составлении прогноза урожайности будущем введение указанной поправки даст столь же хороший резуль-ат. В то же время проверка на трех годах (1987-1989 гг.) дала обна-зживающий результат.

Попытка ввести аналогичную поправку на тепловое состояние тлантического океан,*! для прогнозов урожайности зерновых культур по

территории Советского Союза существенно не улучшила результаты.

В заключении сформулированы основные результаты работыг

1. На основании анализа матриц парных коэффициентов корреля'Ч между значениями поля геопотенциала в узлах регулярй сетки и урожа! ностыо культур с одной стороны, а также с полем температуры и оса; ков весенне-летнего периода в изучаемом районе - с другой, выявлв! наиболее информативные периоды (сезоны, месяцы) и регионы, влияющ на процесс форсирования урожайности кукурузы и сои.

2. Исследована степень устойчивости связей между урожайност] культур и полем геопотенциала на уровне 600 гПа. Установлено,что значительной степени изменение связей между урожайностью зернов! культур и значениями геопотенциала в узлах регулярной сетки обусло1 лено изменчивостью поля геопотенциала во времени.

3. Исследовано влияние теплового состояния Тихого океана 1 формирование урожайности сельскохозяйственных культур в различи регионах северного полушария. Установлено, что существует свя: между индексами Южного колебания и ошибками прогнозов урожайное! зерновых культур как в год наступления явления Эль-Ниньо - Южное к< лебание, так и спустя один, два, три года после его начала. Показ; но, что для уточнения прогнозов урожашости зерновых культур важ! учитывать тепловое состояние Тихого океана.

4. Разработана Методика прогноза урожайности кукурузы и сои США с применением традиционного подхода, предполагающего использов; ние достаточно длинных рядов (30-40 лет).

5. Впервые разработан метод прогноза урожайности, основанный : использовании коротких (досятилетних- рядов) наблюдений. Такой подо дает возможность учесть изменение статистических связей во времени

6. Проведено сравнение различных методов прогноз урожайности.

Полученные результаты позволяют надеяться, что предложенный м

|Д может быть использован для прогнозирования урожайности других льтур в различных регионах.

Таким образом, поставленная в работе цель достигнута.

:HORHOE СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

1.Примено1ше синоптико-статистичэского подхода при югнозировагаш урожайности кукурузы в США с большой заблаговремен-ютью. - Труды ГМЦ СССР, 1990, вып.325.

2. Методические указания по составлению прогноза урожайности >и различной заблаговременное™ по территории США, Л.: Гидрометео-|дат, 1991, 18с.

3. Методические указать по составлению прогноза урожайности 'курузи различной заблаговремешюсти по территории США, Л.: Гидро->теоиздат, 1991, 19с.

4. Особешюсти циркуляции атмосферы в годы с различной i рожай-ЮГЬЮ сои в США. - Труда BHWÍCXM, 1991, ВШТ.28, С. 82-98.

5. Особешюсти циркуляции атмосферы в годы с различной урожай-)СТЬЮ кукурузы в СШ,,. - Труды ВНИИСХМ, 199U вып.28, с. 62-81.

6. Прогнозирование урожайности зерновых культур в США с большой »благовроменностью. - Труды ВНШСХМ, 1991, вып.28, с. 99-107.