Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Усовершенствование методики оценки состоянияозимых зерновых культур после перезимовки по динамико-статистической модели

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Усовершенствование методики оценки состоянияозимых зерновых культур после перезимовки по динамико-статистической модели"

Кб од На правах рукописи

'г я

и

БОГОМОЛОВА Надежда Анатольевна

Усовершенствование методики оценки состояния оеимых зерновых культур после перезимовки по динамико-статистической модели.

11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре Российской Федерации (Гидрометцентр России)

доктор географических наук Н.Л.Моисейчик

кандидат технических наук, эам.генерального директора ШЮ Планета Н.Д.Жупанов

доктор географических наук, профессор К.С.Уланова

кандидат географических наук А.Г.Ироовиркина

Недущан организация: Институт географии Российской академии

наук

Защита состоится июня 1997 г. в 14 часов

па ьаседании диссертационного совета К.024.05.02 Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации ( Гидрометцентра России ) по адресу: 123242, г. Москва, Большой Цредтечеиский переулок, д. 9-13, Гидрометцентр России.

с: диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидрометцентра России.

Автореферат разослан "3^0' апреля 1997 г.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Учений секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

/7 . >. /*' // иЧ/

/

А.И.Страшная

-

0111ЦЛ)! ХЛРЛКШ'ЖПИКЛ 1'А1И)1Н

^^•УЬЦ!*!^ ()и11мт> {кфнонче культур» нанимают ведут»; ч

г о й зерновом Оттнчв Российской Фиди^чцин, Они цшчт Полна ги валового сбора верна. Урожяйнгхггь их, особенно примой ншв-еначителъно выше, чем яровых ¡»ернопчх культур.

Однако ежегодно происходит частичная гибель озимых шх^евов, )рая причиняет большой ущерб нашей стране. В неблагоприятные 1 площадь <3 погибшими озимыми посевами в отдельных областях гавляет 40 - во X и даже в целом не стране 30 - БО X их посев-

площади. Агрометеорологические прогноян перезимовки озимых ¡тур, в которых указываются (кидаемые р»;ч!«ры площади о ивре-шми и погибшими посевами к неон о, по в пол л г, т сократить атот >б и уменьшить потери урожая зерна.

Усовершенствование и внедрение в практику методов, основания фившео-математическом моделировании условии перевимовки и ■осрочных прогнозов состояния посевов к весне является одной 1аи0олее актуальных и сложных проблем агрометеорологии, имеет те научное и практическое значение. Решению этой вадачи поо-жа данная работа, выполненная в соответотнпи о планами НИР ■идромета (темы 1.04.13, II.12.08.)

Цель работы н задачи__исолодонання. Целью работы является

»вршенстпованиб фивико-математической модели оценки агрометео-згических условий перезимовки и прогнора соотояния озимых >тур весной. Поставленная цель предполагает решение следующих )вных вадач:

- Исследовать точность и надежность йиаико-отатиотичеокие >дов оценки и прогиоеа ооотояния овимых пооевов веоной при шчных типах агрометеорологических условий перевимовки.

- Учесть в модели инерционость влияния на оаимыв посевы сложи ся процессов формирования условий перезимовки.

- Исследовать возможность введения в Модель расчета динамики »стойкости растений в холодный период года о учетом их осеннэ-юстояния.

- Исследовать пространственную и временную изменчивость аг-гтеорологических условий перезимовки овимых культур по терри-1И областей, краев, республик Российской Федерации .

- Провеоти типизацию зим и рассчитать их повторяемость по I условиям.

- Разработать математическое обеспечение усовершенствованной 1МИКО-статистической модели для использования ее ? оперативном

агрометеорологическом обслуживании сельского хозяйства Гидромет центром России.

Научная новиана работы заключается в следующем:

- Впервые исследована пространственная и временная иэменчи вость причин гибели озимых культур зимой с учетом их осеннего сс стояния. Разработаны комплексные количественные покзэатели раз личных типов оим, о учетом которых рассчитана повторяемость раз личных типов вим для каждой области.

- Установлены прогностические уравнения для каждого типа зи ми и для каждой области для введения в модель.

- Предложен принципиально новый подход к использованию в мо дели статистических методов составления долгосрочных прогнозе состояния озимых посевов весной на территории областей, краев респуб^.к, основанных на многофакторных нелинейных регрессионны уравнениях. Рекомендовано использовать прогностические уравнения соответствующе сложившемуся типу условий зимовки, и таким обра еом учесть степень влияния инерционности сложившихся до 20 февра ля агрометеорологических условий зимовки.

- Впервые в модель введены методы расчета динамики морозостойкости растений зимой озимых культур о учетом их сортовых особенностей и ооеннего ооотояния.

- Реализованы для персонального компьютера типа PC/AT схем! расчета по декадам в течение зимы: минимальной температуры почв! на глубине залегания узлов кущения растений, критической температуры вымерзания для различных' сортов, озимых культур (по отапеш зимостойкости растений) , изреженности их и площади (в процентам пооевной) о различной степенью изреженности в результате вымерзания как на конкретных полях, так и по территории областей, краевj реопублик.

- Впервые в- модель введен метод расчета динамики расхода o6J щих Сахаров на дыхание растений в период зимнего покоя о учетов осеннего ооотояния (степени куотиотости) и максимальных запаооЕ Сахаров в узлах кущения растений. Реализована раочетная схема динамики общих сахароз в увлах кущения раотений по дв. идам в холодный период года, критической температуры вымерзания и изреженности посевов озимой пшеницы в результате вымерзания и выпревзния растений.

Практическая аначимооть работы._Агрометеорологические прогнозы, составленные по усовершенствованной модели о достаточна

юльшей точностью (в 5-10 раз выше климатологического прогноза), шзволяют работникам сельского хозяйства своевременно подготовиться к пересев/ погибших озимых культур к весне яровыми, значительно сократить экономические расходы на пересев и увеличить ва-ювой сбор зерна.

Проведенная типизация зим и их пространственная и временная :эменчивость будет полезной для селекционеров при выведении и ра-;онировании новых сортов озимых культур.

Расчеты по модели могут бить в дальнейшем использованы при оставлении других видов прогнозов (перезимовки трав, плодовых ку-ьтур, с/х вредителей и др.)

Предложенная в диссертации схема оценки ожидаемого состояния 'зимых посевов весной по территории России реализована для лерсо-альных компьютеров типа IBM РО и используется в практике опера-ивного обслуживания сельского хозяйства.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссерта-ионной работы докладывались и обсуждались на Ученом Совете, на-чных семинарах и конференциях Гидрометцентра России при обсужде-ии результатов НИР (1985-1994 гг.), на заседаниях Отделения метрологии и климатологии Московского центра Русского географи-еского общества Российской Академии наук (1991-1995).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опуб-икованы в 5 печатных работах.

Структура и обьем диссертации. Работа состоит из введения, етырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Обьем иссертации составляет 199 страниц, Еключая список литературы из 85 наименований, 44 рисунка и 21 таблицу.

Личный вклад автора Автором выполнены ряд задач по усоЕер-»-нствованию физико-математической модели, еключзя создание чис-инных схем и программ для ПЗЕМ, все виды вычислений, обработка "лодной информации. Проведенз типизация зим по различным причи-•<м гибели озимых зерновых культур и условиям зимовки с учетом их сеннего состояния. Создан банк многолетних метеорологических ве-ичин, характеризующих агрометеорологические условия перезимовки ртгмых зерновых культур, состояние посевов осенью и данных Гос-пмстата РФ по посевным площадям озимых и площадям их гибели . по jeM областям (краям и республика»/) России.

Рассчитанные автором ожидаемые площади с плохим состоянием зимых весной по всем областям страны в течение 7 лет иопольэова-

лиоь Отделом агрометпрогноэов Гидрометцентра России при составлении прогнозов перезимовки озимых культур для руководящих органов страны.

ОСНОВНОЕ сидкгжлнш; I'ABOITJ

Во цнедении обоснована актуальность темы. Сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глава посвящена рассмотрению причин гибели озимых посевов зимой, роли агрометеорологических условий перезимовки в ливни озимых зерновых культур и методам их количественной оценки.

Зимой растения находясь в состоянии вынужденного покоя, непрерывно подвергаются воздействию метеорологических факторов, которые оказывают не только прямое влияние на перезимовку растений, но и определяют динамику их устойчивости к неблагоприятным условиям в зимний и ранне-весенний периоды. Чем длительнее период ви-мовки, тем больше вероятность повреждения и гибели растений.

Основными причинами повреждения и гибели озимых пшеницы, рли и ячменя в период вимовки являются: вымерзание, выпревание, повреждение растений притертой к почве ледяной коркой, вымокание, ьмпирание и выдувание растений / Максимов H.A., Туманов И.И., Ку-iit-рман Ф.М., Шульгин A.M., Рыбакова М.И., СвисюкИ.В., Полтырев Е.М., Личикаки В.М., Моисейчик В.А., Гутман Ф.Ш. и др./.

Основным фактором уоловий перезимовки озимых зерновых культур является температура почвы на глубине залегания увда кущения растения - важнейшего органа озимых зерновых культур, гибель которого обязательно приводит к гибели всего растения.

Температура почвы на глубине залегания узла кущения растений (1-6 см) определяется процессами тепло- и влагопереноса в сложной трехслойной системе: атмоофера-снег-мерэлая (талая) почва.*

Наиболее часто гибель озимых культур зимой происходит в результате влияния комплекса неблагоприятных метеорологических факторов. Она существенно снижает валовой сбор верна и вызывает дополнительные затраты на пересев весной погибших озимых яровыми культурами. Усовершенотвование методов оценки агрометеорологических условий в холодный период года и ооставления долгосрочных прогнозов состояния озимых посевов весной имеет большое научное и практическое значение.

Методы составления долгосрочных прогнозов перезимовки озимых культур, созданные в Гидрометцентре Роосии Моисейчик В.А., осно-и/чшые на фнаиио-статистических многофакторных регрессионных свя-

рях, позволяют о заблоговременностъю от одного до трех месяцев прогнозировать размеры площади с хорошим, удовлетворительным и плохим (изреженностью более 50 X) состоянием посевов на территории областей, краев и республик России. В них рассчитывались размеры площади о погибшими и поврежденными посевами в результате влияния отдельных неблагоприятных факторов, а- в дальнейшем и комплекса их о .учетом-осеннего состояния посевов.

Постоянно-возрастающие- требования, к.прогнозу состояния озимых посевов к весне вызвали необходимость .привлечение более полной информации 96 агрометеорологических условиях перезимовки растений.

Решение этой задачи было выполнено путем разработки физико-математической модели оценки и прогноза агрометеорологических условий перезимовки, основанной на результатам теоритических исследований гидротермодинамики и физико-статистических зависимостях состояния посевов весной от условий перезимовки до 20 февраля.

Основоположниками математического моделирования агрометеорологических условий органогенеза сельскохозяйственных культур / в теплый период года / в нашей стране являются Росс Ю.К., Сиротенко 0.Д., Полевой А.Н., Абашина Е.В. и др.

Гидродинамическая теория процессов тепло - и влагообмена, протекающих в системе атмосфера-снег-почва в зимний период,для целей оценки складывающихся агрометеорологических условий перезимовки растений впервые была разработана и математически описана Пялагиным Э.Г.. Путем синтеза ее с физико-статистическими методами долгосрочного прогноза перезимовки озимых культур была впервые создана физико-математическая модель прогноза перезимовки озимых зерновых культур, основанного на гидродинамическом расчете температурного режима и глубины промерзания почвы в зимний период. Она ориентированна на использование данных стандартных наблюдений, поступающих в коде КН-21 зимой и реализуется с помощью современных вычислительных средств. Модель позволяет ежедекадно рассчитать температурный режим в зоне залегания узлов кущения растении ( 1-5 см ) и глубину промерзания почвы для проведения количественной оценки условий зимовки и определения степени вымерзания или выпревания посевов - основных причин, вызывающих гибель озимых посевов на больших площадях.

Накопленный к настоящему времени материал и дальнейшее развитие исследований в области агрометеорологических прогнозов перезимовки озимых, совершенствование средств вычислительной техни-

ки, позволили нам приступить к усовершенствованию, созданной ранее модели.

В последующи глава;', диссертации изложены основные результаты этой работы.

Вторая х'дапа посвящена усовершенствованию динамико-статисти-ческой модели оценки состояния озимых зерновых культур зимой.

Построение количественной теории процессов переноса тепла и влаги возможно при наличии некоторых упрощающих предположений: почва недсформируема и ее поверхность является горизонтально изотропной, неиспарившаяся часть воды либо просачивается в почву, либо замерзает на поверхности. В большинстве случаев подобного рода допущения близки к условиям, наблюдающимися на сельскохозяйственных полях с озимыми культурами. Высота снежного покрова изменяется как во времени, так и по площади,- причем пространственное ее распределение является случайным. Исходя из этого Па-лагиным и сформулирована задача с динамическими уравнениями и статистическими граничными условиями относительно снежного покрова. Это обстоятельство позволило рассматривать все процессы как одномерные, поскольку горизонтальная неоднородность снежного покрова учитывается, а его теплоизолирующее действие значительно превышает возможные изменения термических характеристик почвы, и к тому же вертикальные градиенты значительно больше горизонтальных. Что касается атмосферы, то в пределах района, охватываемого наблюдениями конкретной метеостанции, все метеовеличины можно считать постоянными. .

При переходе температурь воздуха от положительных значений к отрицательным в почве появляется граница раздела фаз воды. Начинается промерзание почвы. В дальнейшем возможна смена знака температуры воздуха и почва частично или полностью оттаивает. При неоднократном повторении подобных переходов в почве наблюдается несколько ( п ) чередующихся мерзлых и талых слоев. Последний из них является незамерзшим (рассматриваемую область считаем ограниченной снизу уровнем 1 » Н, на котором сезонными колебаниями температуры можно пренебречь). Границы между слоями 1=^(1) (1-1,2,...п-1) являются подвижными, и на них происходят фазовые переходы почвенной влаги (г -вертикальная координата, направленная вниз). На поверхности почвы может лежать снег - Щ) < 2 Ч О, высота которого 1(1) изменяется со временем . На поверхности почвы 1=О выполняются условия непрерывности температуры и потокг тепла. На подвижных границах с фазовыми переходами имеет место бе

ано тепла, а температура равна 0°С. На ограничивающих, плоскостях - -1(1) иг-Н заданы граничные условия первого рода. Таким 5раэом, математическая задача сформулирована в следующем виде:

ЬТ

6t

Tlz—l(t) T|z»-0

a(t)

6*Т

Üzz <b(t).

Hz-4-0.

(1)

(2) (3)

X(t)

CT

6Z

Mt)

5T 1

5Z Iz»+0 .

Tlz-h(t)-0

Tlz=h(U+Q " 0.

(4)

(5)

1)

i+1

xct )-£-

üí.

- «»£

z-h(t)-0 0Z

z-h(t)+0

- Lam(z) (6) at

(?)

Tlz«H - Тн - const, m(z) - TlW(z)-Wo3, 1альные условия

Tlt-0 - T°(Z) ; hilt-o - b¡°; i - 1,2,3...n-1 (8) > a(t),X(t) - коэффициенты температуро- и теплопроводности почт - объемный вес почвы, Ф(1) - функция, определяющая закон шнения температуры, La- удельная теплота замерзания воды, W0 -[ичество влаги, неэамерзшей при температуре T<0°C, t - время, - климатические значения температуры почвы на уровне затухания онных колебаний, W - влажность почвы. Начальные профиль влал-ти почвы W известен.

При численном решении задачи использована неявная разностная ма, а ее реализация осуществлена методом прогонки.

В главе освещается метод расчета на ПЭВМ профиля температуры ерхнем слое почвы, основанный на решении системы уравнений ротермодннамики (1)-(8) и приводятся примеры расчета основного горз условий перезимовки посевов - минимальной температуры зы на глубине залегания узла кущения растений по модели 3.1, табл.1). Дается усовершенствование метода расчета иэрежен-ги посевов зимой на конкретных полях путем расчета на ПЭВМ мо-«тойкости растений, расхода Сахаров ими на дыхание и в эави-юти от него общей зимостойкости растений. Изреженность посев усовершенствованной модели рассчитывается о учетом динамики •риод зимовки критической температуры вымерзания (Тк) для раз-

м#|)»а« щкввв раичага >- 1 »ЯКОМИ« И4ЧАЛЫ1ЫН уг.л.шм»

п«|)»"» жмь ««налы чодлнн« граыичник услоян*

i < I

ь

^ Ьояиияи2к^

аадямтся серия нач-к 11|к]|ил«М тамкярагури С учетом расирад ия смага по плоц. иола

в ночи» \ маг есть "^-^мат

----------------

I

раосчят-оя про|иль таыпарахуры

раоочитоя нояи* пичяи м глубины в»

(ориируития исралъ:* са)|

1

ПООЛвДНИЙ ^

И« и"т

еотк^^ ^ ми*

проводигич мроиврка на йынялаинм абсолотиоги мнииыуиа г«м"«рит>ри мичяи я яшы яалиганм* кущ

к'»о, I »»кициимолкнля 1нии<1 рвичв!« про|нм< гампарщуры почни.

глуби«« вв и|>ом<>|>аан1.а и (шрпдялвккя авсишгмой иихмиа МОЯ а;*мпмрд*ури мочиы • яони яалмганин у ала куцпии* рЛСИГЯИ*».

личных групп сортов озимых зерновых культу 1), которая определяется не только условиями зимовки, но и осенним состоянием растений.

-MCVHip I.

Срашвиэ реэу/ьттса рас*tria cpejged ru revu тмшыий rcuiepxrypu locu ie глуьош yam куирния (t.И:) и глубины промерзания ruxciu (Э.сы) с детым юбпщамй (2 -t. 4 - си).

m юяЗрь декабрь НОЫрЬ

2 3 1 2 3 i 1 2 3 1 2

ст. АРСК , республик Татарстан . зл« 1993 / 94 г.

1 -а 7(5) -7.6(5) -6.7(7) -2.6(12) -3.8(19) -1.8(22) -3.1(22) - 1.9(26) -6.0(36) -5. 1(27)

2 -В (5) -7 (5) -б (7) -3 112) -5 (19) -2 (22) -4 (22) -1 (;ъ) -6 (ж) -5 (27)

Э 33.2 56.7 67.5 Ш. 7 71.0 71.3 73.1 73 6 78.3 83.4

4 45 56 67 75 83 аз S3 (И КЗ 83

СТ. Озрэфюивщ. йигогрвдкая обтсп. з»а 1944 / 95 г.

1 -14.2(0) -4.6(2) -4.5(9) -5.8(11) -5.7(9) -5.4(6) -2.9(18) -1.4(22) -1.4(19)

2 -10 (0) -3 (2) -5 (9) - -а (9) -5 (6) -3 (18) -2 (22) -

3 40.7 29.4 41.8 49.8 S6.9 60.0 59.9 îfi.5 52.0

4 20 15 18 32 32 47 60 -

ст. №нстат«иаск. Ростовская о&нст» S«« 1994 / 95 Г.

1 -2.2(12) -5.5(5) -8 6(4) -9.2(3) -9.7(0) -6.0(0) -

2 -8 (12) -6 (5) -в (4) -5 (3) -7 (0) -7 (0)

3 ZI. 5 34.1 51.0 56 0 64. 1 56. Q

4 20 19 43 44 43

Hpw«iMO: 1.3 - pacer г*> иэде/w. а (1,2) в сьибкан прнведаш эиудемя вдыгы сни«юг)

raquea пэ аегосьаиш ( см ) .

Для этого в модель впервые введен расчет критический темпе ратуры вымерзания растений (Тк) по уравнениям, разработанными Ли чикаки В.М. (табл.2) для озимых зерновых культур, о поправкой на осеннее состояние растений.

Tttimp 2.

Урэвмякя для (аодаа крютчнсшй темкрагури вшарашия ришшй св»мж ку/ътур и им сгатипмзськв щцнкгерютси.

Сгепшь июспАсюги

Урэашниэ связи

ураа-иешя

anda

урзв-

шия

•ЯС

Нредаш 1фтэшл<ия урзшемия

ДЛЯ |фКтЧЗеЮ]Й

-retnepnypu, нс

для средей

Ю КИНШУЛ»-IUK тадкра-тур ПЭЧВЫ.ОС

I (ццкля (mi нов cm» ленив и eco сшибка (t«C)

ma средой

редки» 1Ш средой

ПШЕНИЦА

ТК — a.a2B9t**4 - 0.344t**3

- 1.00t**2 «■ 0.1Б4Б - ta.auu ТК - а. 172U*2 + l.9iet - 14.056 IK • 0.191t**2 ♦ 2.454t - 13.-929

±0,9 11.2 ±1.2

У 10 u

P 0 I b

TK ' 0.140t**2 t 2.£60t - 14. ООО | 12 | 1.1.0

Я 4 U G H Ь ТК - 0.4fflt**2 ♦ 3.2H3t - 9.ÍSl| 13 | ±1.2

-13.3. ..-16.3 -14. U...-19.4 -14.0...-21.a

-14.0...-ÍS.3

- 9.3...-14.7

0.. .-3.3 0.. .-6.0 0.. -6.0

o. ..-6.5

U... 3.6

0.67U IÜ.04U 0.879 ±0.026 0.9Э8 ±0.043

0 au 1(1.049

а вы j 0.U43

цнеиниз. Злэть t - (дидии за щмикдшй перипд ишишлыця тешеригура юш m глуби»} эалзгшмя ушив купчин растений. ** - вшичои в степени.

Кроме этого в модели нами предусмотрен расчет Тк по количеству сачаров в клеточном соке уэлов кущения растений для озимой пшеницы Мироновская 808, полученному, э'сперименталыю,

для Нечерноземной зоны по уравнению Сережиной А.Я. Тк ■= -0,47 X - 3,00 , г - -0.83 ± 0,07, для черноземной зоны по уравнению Моисейчик В.А. Тк = -0,225 X - 8,5 , г - -0,85 ± 0,06 , где Тк - критическая температура вымерзания, X - сумма общих Сахаров в узле кущения растений в процентах от массы абсолютно сухого вещества г - коэффициент корреляции.

При вымерзании растений изреженность посевов (ИД) на конкретных полях рассчитывается по статистическим зависимостям Личи-какл В.м.(табл.3) и коэффициенту мороэоопасности М » 1з/Тк (условные обозначения те же, что в табл.2), но с учетом влияния на перезимовку озимь- ', культур осеннего состояния растений.

Таблица 3.

Зависимости изреженности озимых культур (И,2) от коэффициента мороэоопасности (М).

Озимая культура Уравнение связи номер уравнения Оитбк^, Корреляционное отношение

Пшеница Рожь Ячмень И = 47,90 • М'1* пп И = 90 26-М3'00 14 15 16 ООО 0,929 ± 0,018 0,912 ± 0,014 0,954 ± 0,340

Блок - схеыз расчета Тк и изреженности растений при вымерэа-иии приведена на рис.2.

При выпревании в районах залегания снежного покрова высотой равной и более 30 см, в модель нами вводится расчет динамики расхода Сахаров в узлах кущення на дыхание растений по зависимостям, полученным Петуниным И.М. и Моисейчик В.А..

Продолжительность периода (у) о высотой снежного покрова, больше или равной 30 см определяется по уравнению Моисейчик В.А.

у - -1,128 X + 17,540 , где X - декада установления снежного покрова более 30 см, (эа Х=1 принята 1 декада ноября).

Изреженность посевов весной при вылреванин находится по зависимости ее от минимальных запасов Сахаров в узлах кущения растении в конце зимы, установленной Константиновым Л.К.

И « 3,825 - 2,700 X , г = -0,864 ± 0,055 где И - изреженность посевов (в 7.) весной, X - минимальная в конце зимы сумма Сахаров ( в 7Л веса сухого вещества).

Блок-схема расчета изреженности озимых посевов на конкретных полях в результате выпревзнил представлена на рис 3.

Рис.2 Блок-схема расчета критической температуры вымерзания растении, коэффициента ыороаоопас-ности I! изреженности растений. ( п - помер декады, п-1 - 1 декада ноября)

Рвс.З Блок - схема расчета игреаеююста посевов в результате вьшревания с учетом расхода Сахаров, (h - высота снелаого покрова в см, Н - глубина промерзания почвы в" см, X - минимальная сумма сэров В z веса сухого вещества)

Таким образом нами в модель оценки состояния озимых эерновы; культур но конкретным полям впервые введены расчеты:

1) Динамики критической температуры вымерзания растений < учетом осеннего состояния посевов;

2) коэффициента мороэоопаонооти М и изреженности посевов < учетом состояния растений осенью;

3) расхода Сахаров на дыхание растений зимой;

4) изреженности посевов в результате не только вымерзания, но и вынревания растений.

Уточненные расчеты изреженности посевов могут проводитьс! ежедекадно на ПЭВМ по каждой станции области, дающей агрометеорологическую информацию по коду КН-21.

Далее в модели о учетом распределения по полю высоты снежно го покрова предусмотрен расчет размеров' площади о изреженность < 10 £ , 11 - 30 7. , 31 - 60 % , и более*"50 7. растений.

При этом определяется необходимость весной подсева ( при изреженности более 50 X рэзтений на 30-50 % площади поля) или пере-оь-ве ( при изреженности более 50 X растений на площади более 50 ; всего поля) озимых яровыми культурами. Расчет размеров площад! посевов озимых культур в плохом состоянии по территории областей краев и республик предусмотрен в модели с учетом типа агрометео рологических условий, сложившихся в первой половине зимы.

Третья глава посвящена типизации зим по агрометеорологичео ким условиям перезимовки озимых зерновых культур по территорш России.

Главной целью выполнения этой работы было исследование, дл! учета в усовершенствованной модели инерционного действия основны; факторов агрометеорологических условий перевимовки посевов, про отранственной и временной изменчивости различных типов зим и при чин гибели посевов на территории страны (в разрезе областей, кра ев, республик). С этой целью нами разработана методика типиэацш вим по условиям перезимовки озимых. Исследована пространственна; и временная изменчивости различных типов зим и причин гибели по севов. Установлены и введены в модель наиболее точные и надежны' прогностические уравнения, соответствующие олож. зшимся типам зим

Типизация зим была проведена по значению основных покаэате лей, наиболее теоно связанных ( о коэффициентом корреляции Соле 0,80 ) с площадью озимых посевов в плохом состоянии весной: - площади с плохим состоянием озимых культур осенью (50Д% и посевной по области);

- lb -

- среднему по территории области значению абсолютного минимума температур» почвы на глубину залегании узла кущении до 20 фепрмлн ( t3,°C );

- средней по области за период о 1 го испари но ЙО-ое феврали толщины притертой к почве ледяной корки на шлях ( m ом );

Ио значению этих показателей дана оценка учюьий перезимовки озимых культур, установлены основные причины гибели посевов и run зимы за каждый год по воем областям (краям, республикам) России за период с 19^4/65 но 1992/93 гг. Анализ эгих многолетних мате риалов позволил установить 6 типов зим ио условиям зимовки, которых 3 типа били разбиты на подтипы, н свяс<и о особенностями высоты и продолжительности аалеглния снежного m -крона в различных зонах страны.

В табл.4 приведены иоб варианты пиюь ««им и пАЛ'ьптствушие им количественные показатели состояния посевов осенью и условии перезимовки оаимих, а также дана оценка этил условий и указаны основные причины повреждения пооенон.

Для решения задач, пос-гаиленнш в этой главе, нами был создан банк данных, включающий обобщенные i.o областям, кр.шм и республикам результаты многолетних агрометеорологичьеких наблюдений на маисовой сети метеорологических станций и данные roo'KiM.'hYI l»I> НО посевным площадям ОЗИМЫЧ ИУЛ1.ТУ1) И площадям П1(Ч ли их НеОНОИ.

Для каждой зимы, с учетом значения показателей, нричед<'нных ь табл.4, по всем областям (краям, республикам) был установлен тин зимы и рассчитана их повторяемость. Ио результатам этих pao четов составлены таблицы и карты в целом по России. Как видно по данным табл.4 первые три типа вим характеризуются неблагоприятными условиями для осеннего развития растений: засухи или недостатка тепла, вследствие позднего С1>ока сена - на юге, и избытка влаги и раннего наступления холодов - на севере. Во-«тором тине зим неблагоприятные агрометеорологические условия складываются не только осенью, но и вшой из-за omit,них морозов. В третьем типе зим неблагоприятные агрометеорологические условии наблюдаются толы,о осенью, зимовка посевов проходит благоприятно, лишь иногда возможно частичные повреждения несении притертой к иочно ледяной коркой. К следующим трем типам относится годы о условиями благоприятными. дли роста озишх культур осши.«) ( íi() моньше 10 7. ), но преобладанием плохих уоло.чий для яимоьки посевов (кроме тина t-".).

Годи О благоприятными условиями ДЛЯ llwpt-ЗИМоиКП ОЙИМЫХ куль тур i'npii So менt.ми 10,1, t.ц MiJíUtr )>) '-'o', tu меньше i ом) ъыделены b

шестой тии для всей территории России, кроме Нечерноземной зоны, где в подтипе 6.1 объединены годы с вьшреванием, а в подтипе 6.2 - выммцанием растений.

По данным табл.4 можно выделить Типы с одной причиной гибели озимых культур.

Таблица 4.

Типы агрометеорологических условий перезимовки озимых культур и их количественные показатели (1з, °С; го, см) с учетом состояния посевов осенью - 30,

NN типов и подтипов Оценку условии зимовки посевов Основные причины повреждения посевов Количественные показатели типов зим

г* •эо т

Благоприятные Недостаток влаги в почве или тепла осенью > 10 вше - 10 0

2 Неблагоприятные Осеннее повреждение вымерзание зимой > 10 ниже - 10 > 0

3 Благоприятные Осенняя засуха, слабая ледяная корка > 10 выше - 10 > 0

4.1 Неблагоприятные Вымерзгдае растении < 10 ниже - 10 0

4.2 Неблагоприятные Вымерзание и повреждение ледяной коркой < 10 нше - 10 > 1

4.3 Неблагоприятные Вымерзание, слабое повреждение ледяной коркой С 10 ниже - 10 < 1

5.1 Неблагоприятные • Ледяная корка, в Нечерноземной зоне - выпревание < 10 выше -7 > 1

5.2 Неблагоприятные Ледяная корка, в Нечерноземной зоне - вымокание <; ю -7 + - 10 > 1

6.1 Неблагоприятные Благоприятные В Нечерноземной зоне - выпревание Нз остальной территории России <; ю вше -7 < 1

6.2 ............ Благоприятные На всей территории России < 10 -7 - - 10 < 1

К ним относятся : - тип - с неблагоприятными условиями для осеннего роста озимых культур; подтип 4.1 - с вымерзанием посевов-, подтип 5.Г - повреждением растений притертой к почве ледяной

коркой по Черноземной зоне и подтип 6.1 - о выпреванием оэимих посевов в Нечерноземной зоне. Годы с повреждением и гибелью озимых культур в результате вредного воздействия на них комплекса неблагоприятных факторов отнесены: ко второму типу (с вымерзанием растений зимой и плохими агрометеорологическими условиями для роста растений осенью), подтипу 4.2 (с вымерзанием растений и повреждением их ледяной коркой ), подтипам 5.1 по Нечерноземной гоне ( повреждению притертой к почве ледяной коркой и выпреванием растений) и 5.2 (повреждению ледяной коркой и вымоканием растений).

Число случаев и повторяемость / процент лет / каждого типа и подтипа агрометеорологических условий перезимовки озимых культур по ряду областей приведены в табл.б (в работе дана полная таблица, а также приведены карты повторяемости всех типов зим).

Таблица 5.

Човторяемость

по условиям перезимовки озимых культур.

сярт абк

оса авя. шяоО* м оба КМ ови ЮМ (Лл. <1>Л овя. «КМ ООЬ

хрЫк

Тяни »«** Я NN пояторяямоеть/ в)-«

■ м в)-т^пэ<т ет /

1 9.«

2 0.» г «.» 0 .0

0 .0

1 5.4

2 а»

1 а« 1 1» 11«

2 19 0 .0

< а«

о .о

0 .0

1 В4

0 .0

0 .0 О .0

0 .0

1 9.4

1 ав

5 17.9

4 та а 7.1

1 3.4

2 0.« 2 5.«

0 .0

2 еи

1 а<

0 .0

2 а.е

1 9.«

О '.О

О .0

2 1.3 0 .0

4 | 4.1. 4.2 4.9 3

0 .0 | 0 .0 0 .0 0 .0 9 10.9

2 40|1 14 0 .0 1 14 5 17.2

5 17.2 | 1 14 1 34 9 10.9 5 17.2

В 27.0 | 2 9 10.9 3 10.9 7 24.1

4 Ив | I а 4 г Л9 1 14 в га 7

Э 10.Э | 2 6.« 0 .0 1 14 7 24.1

В 20.7 1 0 .0 9 109 9 10.9 5 17.2

0 М О | 3 10.3 2 &9 4 118 5 17.2

1 14I1 14 О .0 0 .0 4 1ав

8 210 | 5 17.0 0 .0 3 1И7 4 14.Э

а га в 1 ? гю 0 .0 1 18 3 10.7

14 308 1 5 112 О 15.8 3 7.2 1 2В

а 7&о |и м.о 1 30 в 21.4 0 .0

5.1 | 22

И а» 1« а«

I 2 &9 I 9 17.2 ¡2 В 8 I 5 17.2 |2 4.0 I < 13,0

I I а« 2 7.1

I Э 10.7

IО .0 |0 .0

2 0.» 4 118

3 10.9 2 0.«

4 118

2 Ч

3 10.9

1 14

э 1аэ

2 7.1

0 .0

1 2« О .0

| 21 82.8 | 20 « 0

| 19 т. 5 I 15 51.7

¡15 51.7 | 2 Я. 0

| И 37, в в 20.7

1 17 56.8 | 14 489

18 К1 | 13 44 8

I 17 58.В | » 31.0

| И 37.6 | 4 118

I 21 7г4 | 17 58.0

| 14 500 | » 32.1

I II 30.9 I в 211

| К 30.5 I 4 10.5

| 5 17.0 | 0 .0

13 8 118 20-7 17.2 10 3 17.2 27 в 24 I 118 17 0 17 0

2ао 17. в

В заключение следует отметить, что предлагаемая методика ти-мзации зим позволила, по имеющимся у нас многолетним данным, 1ключая последние годы, о помощью микрокомпьютерной техники, про 1ести количественную оценку агрометеорологических условий перези-ювки озимых зерновых культур, установить основные причины гибели юсевов, и их повторяемость по территории всех областей, краев и еспублик страны.

Применительно к динамико-статистической модели, проведенная ипиэация зим, позволила усовершенствовать выбор прогностических равнений, используемых при расчете на ПЭВМ площади погибших оэи-ых посевов к весне. Создалась возможность учесть инерционность роцессов условий перезимовки посевов, а также пространственную и ременную изменчивость их, в тем числе тенденцию к потеплению лимата зимой, особенно наблюдавшуюся в последнее десятилетие. В еэультате аномально теплой погоды зимой в течение последних лет роиэошло значительное увеличение площади о погибшими посевами от

о

ьыпревания раотений по Нечерноземной зоне. Весной 1993 года в Архангельской, Вологодской, Костромской, Ивановской и Кировской областях площадь о погибшими посевами озимых культур от выпревали! составила 36 - 53 X их посевной площади, что в полтора-два раз! больше абсолютного максимума за предшествующий 47-летний пepиoj ( о 1946/47 по 1992/93 ГГ.).

Четвертая глава посвящена усовершенствованию модели по рас чету долгосрочного прогноза ожидаемой весной площади о плохи! (изреженностью более 50 7.) состоянием озимых зерновых культур ш областям, краям и республикам Российской Федерации путем учет; инерционности дейотвия основных факторов условий перезимовки осеннего состояния посевов, определения и введения в модель наи более надежных прогностических уравнений, соответствующих сложив шемуоя типу виму. В ней даны также результаты исследования точ нооти и надежности, уточненного метода долгосрочного агрометеоро логического прогноза пбреэимовки овимых посевов по усовершенство ванной динамико-отатиотической модели.

Расчеты прогноза, проведены по 55 областям (краям, республи кам) ва 29(38 по ЦЧО) лет по 24 прогностическим уравнения (табл.6) о учетом типа зим.. Найдены эа каждый год допустимы ошибки и оправдываемоот!*.эа вое годы каждого из прогнозов. Зате определялись для каждого года тип зимы и по каждому типу за во годы оправдавшиеся уравнения. Иа них выбирались уравнения , шею ш.ие наименьшие значения ошибки. Такие уравнения рекомендовалис для использования в модели. За все годы подсчитаны также допусти мые ошибки по методике, разработанной ВНМСХМ, а также ошибки п леем уравнениям уточненного метода, ошибки климатологическог прогноза; рассчитано отклонение ошибки методического и климатолс гнческого прогнозов ог допустимой ошибки и оправдываемость все прогнозов - отношение количества оправдавшихся прогнозов к обще^ числу всех составленных прогнозов за весь период лет (в X).

Результаты испытания рекомендуемых прогностических уравне ний, показали, что они вполне удовлетворяют современным требове ниям к точности и надежности долгосрочных прогнозов состоят озимых посевов весной (табл.7). Значение средней за весь перис лет ошибки по территории почти всех областей близки или в полте ра-два раза меньше средний значений допустимой ошибки. Среднг ошибка по многим областям за годы только оправдавшихся прогнозе составила менее 1% посевной площади озимых культур. Ошибки мете дического прогноза за все годы по Нечерноземной зоне в 4"+ 8 раг

1ЙИ 4.

Цттжеаж wrpecootu урааена Ira B.A.IbceiH«) im мечен овиамй пиши rental t tros гпякв омы зернш культур Otilia поссясй) пи о&мекм, дот и респубмак.

Пшесыш» Ст-шдрм

Четам авм (OFKI. 81 ) м-урм-Е н

Sep* 0.3131t] « 3)112 « 1.334 Its ♦ 5) - 2.2« 0.94 5.1

0.65¿So~0.190t3 » O.MOtjM2 ♦ 0.132а Ц.402КО ♦ 0.!7|КоН2 * O.OlfSo * 0.001М12 Ц.МО 0.49 5.4

SB' О.МЗЙ - Î.380KO » О.ШоШ 4 0.242t] ♦ 0.0671з112 ♦ 0.413* ♦ ».1505л -0.002So»«2»e.36 0.49 5.4

Sfe« I.500S) - 5.Too ♦ 0.4181t] » 7) * 0.1501tj « 7)»12 » 0.480* • 13.68) 0.B0 4.4

SB' I.SOOSo - 4.50t] « 0.240t3ll2 * 1.400* - O.B/CKo ♦ 2t.B0 0.74 8.3

0.9723) - 0.774t] ♦ О.07Пэ»»2 ♦ 4.?Щ - 17.26 0.91 4.J

3)' 0.1 ISo ♦ |.32Ko -0.59КоШ J.I0t3 ♦ 0.02tjll2 ♦ 5.45« -0.07Sn ♦ 0.002Snlt2 - 11.50 0.74 6.5

1.0173o - l.OiOtj ♦ 3.740* -3.489 0.90 4.1

St> J.4J7S)* 4.471Ü'» 0.mt¡U2 i 1.152$ - 0.1 HS« < 7).M 0.94 4.0

3l* 1.0473»» 1.317t] ♦ 0.0ВД12 ♦ 0.27?| ♦ 0.071Sn t 5.070 0.92 5.0

Sfc' I.022S6 ♦ 5.817t] ♦ 0.434t]»l2 « О.ВЗО* » O.lTVSrt « 7.958 0.94 7.0

Sb» O.B95Sq - 4.574KO ♦ 5.484t] * 0.430t]ll2 ♦ 5.274» » 0.02?Sn t 29.794 0.92 7.8

SB' 13.12t] * 0.841t]ll2 ♦ 54.86 0.75 4.«

0.830SO • 11.344t] « 0.780t]tt2 t 0.477* - 2.391KO ♦ ».21/ 0.81 5.7

0.8713) - 0.122t] - 0.01ЗД12 - 4.0211o ♦ 0.9lltoll2 ♦ 12.0/3 0.89 2.4

ÜB' 0.3483) - 2.014t] - 0.40t)tot 12 1 0.021* - 2.085*0 « 8.439 0.73 2.7

O.750So*5.53itj « 0.391 t]H2 - 0.54Í* - 5.118Ц) « 0.133^112 - 0.0755л • 0.001Snll2<34.74 0.72 5.5

0.47So ♦ 1.07t] - 1.97Kq ♦ 12.95 0.70 2.4

SB' 0.9939a « 0.240t] ♦ 0.116WI2 - 1.487 0.90 6.4

0.9593)- l.4B7lt] * 7) ♦ 0.154113 ♦ 7)112 « 4.538*0 - 8.370 0.93 5.7

SB' 0.9823)" 0.9921t] ♦ 7) ♦ 0.1931t3 ♦ 7)112 » 2.747 0.92 6.0

4' 0.9993) - 0.491KO - 0.ÍBW2 ♦ 0.270k) ♦ 0.I94ÜII2 ♦ 4.B65* - 0.340 0.88 5.0

SB' 0.9133) ♦ 2.839t] ♦ 0.297t]H2 » 3.113t « 0.995K0 ♦ 0.12»o«2 »0.03755« »0.002SnU2 5.73 0.94 3.0

1.7463) » 4.471t} • 0.B?tjl»2 ♦ I.04& * 31.401 0.80 ».2

i осреднвне по обыс™ значена ib 20 (еврш>

Атмш тигеит»м п)чм te rtyäw уаи куюня, грал. Ci « - iowm jviiit) up», wi to - шямист kwim a upxkpv лтши So-спихтистин« ram оевьв, Sn- mm» жмпей, Uтем««) 3*> - normes поста M pw. Сижрють ипиимнтов 11 ts - град. С / X i • - с* /1. и - в юалрате.

ld6JM|d 7.

(ПОДШОСТЬ 1ШШ ПТОИШК Ют ЭЕШШ MW H 0Ш€, ЗАИЛСД с 1944/45 по mm п-.

ara ip,i гетЛой гошм ша> ктшмшго-ри и шйтошуишл mraaœi рд-ятслия шшш.

TIHNTHW Пети Загорав» Оодишть лота»!/,!) Среда ш&н Ф » Dmmtc

m II) стк фогкоа/*/ Рк Pi Рд РИ ft PK/hl

Воягаам OÉI. 29 10.95 > 2 9J II 1.7 0.6 5.0 8.3

femrwacas 061. 29 14.04 > 2 86 14 2.3 3.1 9.4 3.0

НИПИИСШ où- 29 10.» > 2 93 25 2.1 2.0 4.6 2.3

fboeau о(л. 29 7.75 > 2 97 II 1.8 1.0 4.3 4.3

6peocaiüü. 2» 8.40 > 2 100 II 1.0 1.0 5.0 5.0

Вмдимши об». 29 12.92 > 2 86 7 1.6 1.4 8.0 5.7

кмшнй 21 12.45 > 2 93 1 l.l 1.0 7.2 7.2

ЧАМСОШ a£i. 2В 13.15 ( 2 ню 1 2.3 0.5 8.2 16.4

OFeÉyimuoíi. 21 11.73 < 2 m 1 2.9 2.9 11.7 4.0

Псрнхиоб». 2В 1.В5 > 2 85 7 2.8 1.0 4.0 6.0

ùwinauiti. 29 17.46 > 2 H 26 6.3 7,4 9.1 1.2

Рю^'^дигрпа 28 14.54 > 2 96 » 0.» 0.9 4.3 7.0

а по черноземной зоне - в 5 * 10 и более раз меньше, чем у климг п'логического прогноза. Оправдиваемость прогнозов по усовершенс пованной модели в 4 - 8 раз и выше, чем у климатологическог прогноза. По большинству областей за 29 лет она оказалась равнс 81 > + 95 %, ниже 80 7, была только по 4 областям, а очень плохг (Ь0 I) лишь по одной области (Свердловской).

Учет инерционности сложившихся агрометеорологических условг перезимовки озимых культур в первой половине зимы путем определи пия типа вимы и выбора соответствующих ему прогностических ура! нений регрессии, позволила существенно повысить точность и опра* диваемость агрометеорологических прогнозов состояния озимых куль тур к весне.

Преимущество использования усовершенствованной модели наибе лее очевидно в последние годы, когда обьем и качество зимней аг риметеорологической информации значительно снизились, особенно г температуре почвы на глубине узла кущения растений, которая среднем по области рассчитывается с достаточной точностью.

Численными экспериментами подтверждена возможность и целесс образность декадной оценки условий перезимовки и состояния озимь культур на конкретных полях в течение всей зимы и долгосрочны прогнозов ожидаемого состояния озимых посевов к весне на основ стандартной метеорологической и агрометеорологической информаци и данных о состоянии посевов осенью по территории областей, крае и республик России.

В заключении сформулированы основные результаты диссертаци онной работы:

Усовершенствованная нами динамико-статистическая модель яв лиется законченной на данном этапе агрометеорологической наук работой. Она имеет ряд преимуществ по сравнению с другими метода ми оценки и прогноза условий перезимовки озимых культур и значи тельно повышает их точность и надежность.

С помощью ПЭВМ по модели можно рассчитать профиль температу ры почвы и определить минимальную температуру почвы на истинно глубине залегания узлов кущения растений (от 1 до 5 см). Она поз виляет по данным снегосьемки рассчитать площадь по полю и облает с различным значением температуры почвы и изреженности посевов т.е. с различным состоянием посевов, что нех >гможно сделать пр проведении наблюдений на метеорологических станциях.

Модель позволяет ежедекадно рассчитывать морозоустойчиьост и общую зимостойкость растений, что нельзя получить с такой ж

периодичность» экспериментальным путем из-ва отсутствия приборов и больших затрат сил и времени на промораживание и отращивание «гонолитов о растениями.

При расчетах оценки состояния посевов зимой и долгосрочных фогнозов площадей о погибшими посевами к весне по модели используется значительно больший обьем информации и при этом оокращзет-:я время проведения расчетов, тем самым увеличивается точность и 18дежностъ прогнозов.

Оправдываемость долгосрочных прогнозов перезимовки озимых lepnoBbix культур, составленных по усовершенствованной модели вна-ительно выше, чем по ранее разработанным методам.

Результаты работы - усовершенствованная динамико-статисти-еская модель оценки и долгосрочного прогноза состояния озимых ооевов весной по территории областей, краев и республик РФ, недрена в оперативную практику Гидрометцентра России.

Структура модели открыта для дальнейшего усовершенствования, эк, например, в нее можно ввести расчет состояния озимых icy льтур зенью, используя методы Шиголева A.A., Улановой Е.С., Максимен-эвсй Т.А., рассчитывать толщину притертой к почве ледяной корки э методу Скворцова М.Ю..

Модель может быть использована не только для оценки условий »ревимовки озимых зерновых культур, но и других зимующих культур шоголетних трав и плодовых), а также и для прогноза перезимовки »льскохоэяйственных вредителей и расхода минеральных удобрений и [микатов на проведение подкормки поврежденных вимой озимых поое->в и борьбы о болезнями и вредителями их.

Проведенная нами типизация агрометеорологических условий пе-зимовки озимых культур в разрезе областей может быть использона сельскохозяйственными работниками, в том числе и селекционе-ми при выведении и районировании новых сортов озимых культур.

Основные результаты дисоертации опубликованы в следующих ра-тах:

1.' Усовершенствованные методы автоматизированной обработки эративных данных для составления агрометеорологических информа-энных документов и прогнозов. Отчет о НИР.-ГМЦ-Отв. исп.Жупанов Ц.-Шифр темы 1.04.13.-N ГР 01830055773.-Москва.-1985-1080.

2. Усовершенствовать численную фиэико-статистическую модель эезимовш; озимых зерновых культур. Отчет о НИР-ГМЦ-Отв.исп. Жу-гав Б.Д.-Шифр темы II.12.08.-М ГР 01860111662.-Москва-1087-214о.

- '¿г -

3. Богомолова H.A., Иуеь А.Г. и др. Автоматиеация обработки агрометеорологической информации. Труди ГМЦ.-1988.- Вып.301.

4. Богомолова H.A., Чукаева E.Ü. Развитие модели переуимовкн овимых верновых культур для еоны устойчивого снежного покрова. Труды ГЩ СССР / Гоокомгидромета.-1990.- Рып.308.-о.113-118.

Ь.Богомолова H.A., Моиоейчик В.А. Основы методики рад;чета вимоотойкооти овимых верновых культур о испольвованием ПЭВМ. Тру ды ГМЦ.-1993.- Вып.327.-с.82-97.

-о.З-lÖ.