Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Вероятностные методы оценки влияний колебаний климата на сельское хозяйство

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Вероятностные методы оценки влияний колебаний климата на сельское хозяйство"

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРдБНА ЛЗВША. II ОРКЗНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 31ЕЕШ ШШЯ склшсохоаяйствзшх НШ .шита В.;'илвиияа

агршзшсшш атш ТРУДОВОГО КРАСЛОГО ¡Ш^О-ИССЕдСБАТЗЕШСШ ЕЭИШТ

На правах руксшса

шьтажо ■ Григорий Геннадьевич

ВЕРОЯТНОСТЕЙ ЙГГСЩУ ОЦЕНКИ ШЕБАШЙ И И&ЕНЗШЙ ЮШАТА НА СЕЫСКОЗ ХОЭЙСТВО

Специальность 11.00.09 - изтеорологшз, 2сдшмтология, ахрияэтеорологля

АВТОРЗФЕРА? дассартеша на соисданиа ученой степени кондлдата тэлшчаскик наук

Дешшград 1990

Раб ста ишолнзна в Агрофизическом пеучло-ассдвдовятедьскои института.

Научный руководитель ~ доктор Зазико-штемзта ча сюах наук

• И.Ё.ШШСШ :

ОЬццаальнкэ ошонаатц: доктор твхннчсскЕХ каук Г.В*МЕНШШ

каидвдат фазико-аагекатаческих неук Э.А.0Г0Р0ДЙЩШ

Еэдуцая оргапазввдя - ВоесовзнаЕ ааучцо-нсслвдоватальсввй к статут сельскохозяйственной изтеоролотиа.

. баяита состоится *2Р-Я ф:г о. <■/'•<> 1950 р. в часов па эвседаша саедаалвзаромйвго сова« К 020.21.01 в 1гро$изачв ском иоу*на-Есслздовате.дъскои институте по едросу: 193220, Ленин ррдк, ГроздекокиЯ пр., д.14.

С дассерташзй можно оэн8йяштьея а библиотека АЗИ.

АвтоваДарат разослан 1990 г.

Отзшш а двуг экэсшлярак. эавареннвв гербовоП печатью учреждения, проски направлять ао адресу: 185220, Двнинтоед, Гражданский пр., д. 14,. ДОИ*

Ученый секретарь . :

ш

саесагишзарованаого совета»

лVй "АЧ • К- ,

- <"..\ •

I. СЕЩЛЯ ХАРЛКЕЙ&СТШ РЛШШ

•. ДктузлькосТ1> то:.:а. 3 последние годи как б СССР, так -а за рубанок получили широкое резгптае исследования, посБЯ^енчке количе-ствзиаой оценке ресурсов продуктивности ■ сельокохозяЕствзшщх тзр-рпторий и яналязу влияния на нвх возиокаих кяйштичзских изменения* В представленной диссертационной работе осуществлена резрг-ботка я котыетеряая реализация усовзсшеяствоватшх подходов к решению подобных задач с использованием методов статистического (Монте-Карло) и имитационного моделирования.

Актуальность выполненной диссертапли определяется не обход-,шестью более объективной 'опенка ресурсов земледелия в разлэтнах ас'ч-венно-Клшлатсческкх регионах,, что на сегодняшни!! дань особенно во в связа с переходом на ковыа форма хозяйствования и ояядаегима антропогенны:" изменениями современного климата.

Цеди г. задачи исследования. В настоящей дпог.ертацасшзой работе ставились сладугсшлв основные поли:

- разработать усовершенствованную методику оценки влияния климата и его язианзний на урожай, предусматривающую переход от анализе производственных урокзев к изучению теоретических Показателе" потенциала продуктивности сельскохозяйственных герркторяй, замену детерминированных опенок последствий климатических яз?геиенай более едвкватпк'З вероятностными оценками я учитывающую статистические особенности современного и ожидаемого климатов;

- разработать методику вероятностной оценки влияшш климатически обусловленных-колабакий урожайности на устойчивость састе;/ы' продовольственного обеспечения; исследовать возможности сапкшия неблагоприятных последствий климатической нестабильности сельскохозяйственного производства путем создания страховых резервов.

Перечисленные задачи предполагалось роптать на единой методологической и снова с реализацией разработашшх методик на персонапь- ' ной компьютере.

Научная новизна. В диссертации предложена и реализована на ЭЩ прлнципяшЕьно новая методика оценки влияния колебаний а изменений климата па сельское хозяйство. При атом впервые:

- на ' снове метода Монте-Карло разработана технология пояучо-пия кривых обсспеченностз потенциала продуктивности;

- создан орягпнальййа статистачоский йштатор погоди, ' проведен болызоа комплекс числешшх зкепаракентоп, в хода

которых показано, что при сравнительно небольших изменениях стазд-

. г>

. них зночешзй потешиаля продуктивности клаиатообусловленние изме нения другах ёго вероятностных характер!стия могут быть весьма значительны; установлено также, что последствия изменения вариа больнссти кламата вполне сопоставимы с последствиями изменения норы кетеорологичзеких факторов;

- выполнен детальный количественный анализ рола страховых продовольственных фондов как демпфера неблагоприятных последстег екеходно;; изменчивости урояаев.

Практическая значимость. В ходе выполненных исследований рг работа ни и реала зеваны на персональном компьютере методик:, воз: ляздпе:

- оценивать на вероятностной основе ресурсы продуктивности . картогТчля в различных регионах его возделывания;

- анализировать влияние естественных колебаний и антропогв! них изменений климата на потешзачьныз урогаи а агрокдиматичесю показатели; •

- уточнять б ходе вегетации ресурсы продуктивности, текущег<

года;

- оценивать хозяЯствеино-эконокяческзе последствия ежегодш колебаний урог^я и разрабатывать долгосрочные стратегии унравле: страховыми запаса®.

Полученные в диссертация результата использованы в Агрорз; ческом Шй при выполнении договора с ПО еы.А.И.Воэйкорч Тазра* тать методы оптимального использования г оценки эффективности к. мат з чз с кой инфорлагсш, методы о цзнки 'влияния предполагаемых изм нешгй климата на сельское хозяйство" на 1256-1890 гг.

Апробация работы. В ходе выполнения, псследовакдй отдельные зультати были доложены на Всесоюзной школе "Цспользогапаз матем; чэскох'с моделирования в вычислительной техники в исследована» п; цветов в АПК" (Москва, 1989), на совещания в ГГО "Влияние колей, гай климата на сельское хозяйство" (Ленинград, 1989), на совмос ном симпозиуме АФА и Уняварситата штата Айова, СЕ\ (Ленинград, 1930), на Всесоюзном совещании но проблемам агрометеорологическ обеспечения сельского хозяйства (Курск, 1390), на 71 Всесоюзном вещании по проблемам изменения климата И мониторингу климата и ; косферы (Ленинград, 1990), на двух конференциях молодых ученых ] еяеш&тютов Агрофизического ШИ {Ленинград, 1989 л 1920 гг.).

Публикации. До теме дассерташи опубликованы Б статьи, пер : ленные в конце.автореферата.

Объем, и структура дассертацп;. £нссертопия состоит из введения, -пятя гла- , ззклкчзнля п списка литературы. Обдай 'Объем работы составляет 177 страниц ¡1 включает 53 рисунка, 21 таблицу» см-сок литературы из ИЗ иаишнозв$&2, в тем тлело 85 - • .чс странных.

П. ОСНОВНОЙ СОДЗРШШЗ РАБОТЫ

Глава I "Проблема оавшш влияния колебаний и изменений клака-. та на сельское хозяйство" посвящена анализу современного состояния проблеш, ее общей характеристике и вытакащим из итого каля:.', и задачам исследований.

При решении рассматриваемой проблемы било предложено исходить из концзатуальной схемы, изображенной на рас.!, лз которой видно.

Рве Л. Концепция проблеш нтаяння колебаний и изменений климата на сельское хозяйство

что все гчдачи условно могут быть разделены на две группы:

- исследование собственно влияния колебаний й изкэйония ют-мата на сельскохозяйственное производстве;

- исследование путей приспособления сельского хозяйства к изменяющимся климатическим условиям.

Из этпй же схемы следует, что влияние климата на сельское хозяйство па ограничивается только воздействием на уроздп, а ялляят-ся более глубоким, сказываясь такяе на агротехйолбгйях я з более общем плане - на эффективность иэльскохЪзяйстветюй экономики и всего агропромышленного комплекса. -

Как показал анализ современного состояния проблемы, бсльпин-ство исследований посвящено изучении первой из двух вышеуказанны* групп вопросов, причем, как правило, соответствующий анализ касается лишт- оценок влияния предполагаемых изулнонп!<: климата на про-изводствошше урохаи.

Ка говоря о тоы, что яра этом сулается сама проблема - возможные последствия изменения климата на самом деле более шогопла новы,- но и используемые методики оценки елиянпя климата на уро~ m'A обладают определенншга недостаткаш. Первый состоит в том, чи подаe-^j:ai.ee большинство авторов ограничивается оценка'лв изменений средшх МН0Г0ЛЭТ1ШХ урожаев. При этом совершенно в стороне остакя ся такие вопросы, как изменение вариабельности урожаев, возможное увеличение повторяемости крупных неурожаев а т.д. Второй недостаток заключается в определенных трудностях интерпретаций получаемых оценок, поскольку колебания производственных урокеев зависят не только от погоды, но в значительной степанйиот агротехники.

Сказанным определялся выбор основных направлений и конкретных задач исследований, Оки касались слодуквдх вопросов: .

- разработка усовершенствованной методика опенка влияния кла мата з .его яз:«энекий на урожай, преддодагавдей переход от анализа фактических урожаев к исследованию показателей агроклиматического потенциала продуктивности с одновременной заменой детерг.онпрован» них оценок вероятностными;

- разработка вероятностной методика оценка влияния клиглатаче ски обусловленной изменчивости урогаев па устойчивость продовольт стванного обеспечения и изучения возможности ослабления связанных о этим неблагоприятных хозяйственно-экономических эффектов путем создания страховых фондов,

В обоих случаях основным инструментом исследований являлся кетцд статистичзского моделирования (Монте-Карло).

Глава g "¡Лотодоческиэ основы вероятностной оценки влияния ко лебаний я изменений клкката н& потенциал продуктивности" посвящен обоснование прадойгаемого усовершенствованного подхода к решали» поставленной задача. ;

Б силу существенной зависяиости сельскохозяйственного производства по только от погоды, но г от шогочисленннх агротехнических факторов, оценка влияния клиаата и его изменений на продуктивность путем анализа фактических уросаов, как уже отмечалось, пред ставляет гшечителыше методические трудности. В связи о этим было

высказано прадабасние порзйга от аышза фактических урожае» к рассмотрению некоторых теоретических показателей, характоризу*-)-щпх в возмогло более'"чистом" виде агроклиматический потенциал продуктивности. Для решшзацза этого принципа предстг-мялось тале сообразно воспользоваться концепцией "этелсшшх" урожаев, которая была впервые с^-оркулирована Х.Г.Тоошнгоы (1978, '1982) к получила дальнейшее разввтаа в его совместных работах с В.Ь\х',укое-ским а Ю.В.Сеппсм (19£9, 1920).

Для целен настоящего исследования наибольший интерес представляет две теоретические категории продуктивности - потенциальный урожай Ц1У>, завасяиий только от приходящей солнечной радиации и биолого-геиетических возможностей вырашваемой культура, и метеорологически 'достижимый (штеорологичесю» всзмокшй) урокак ОДДУ), характеризующий ресурсы продуктивности при конкретной погоде. Согласно такому определению, ЦЦУ ткет- рассматриваться как абсолютны!!, нз зависящий от уровня почвенного плодородия к агротехник: показатель благоприятности цетеородоги'мекцх уедогяй.

Очевидно, что из-за вариабельности погоды величина от года к году'должна меняться и ее среднее многолетнее значение било в свое время определено £.в,£укаьяшм как климатически обеспеченный урожай (КОУ). Однако, чтобы реально -оценить агроклылзтлчзскпй потенциал продуктивности., знать только КОУ недостаточно. Исчерпывающей характеристикой агроклиматических ресурсов продуктивности ыоает слузит-ь лишь закон распределения ЦСУ, показывающий, с какой вероятностью при данном климате обеспечиваются те или шла урсаи МДУ.

Основу предлагаемой методики оценки влияния изменений юнната на продуктивность составляет сравнение законов распределения (кривых обеспеченности) ИДУ для современного климата и ожидаемого климата будущего. В отличие от большинства других исследований, в которых последствия изменений климата оцениваются только через изменения средних урокаев, в данном случав возмокно оценить, как те или иные изменения климата повлияют на вероятностныз характеристики потенциала продуктивности, например, указать, насколько увеличится ила, наоборот, уменьшатся раек особо неблагоприятных условий, что в практического отношении мохет являться гораздо более щэнной ан$..рмацяай, чан просто прогноз изменения средних.

Описанный вероятностный подход реализован с помощью иш'таци-онно-моделярующей системы, струтура которой изображена на рис.2. Ее основными элементами являются динамическая модель продуктивно-

ста, позволяетая рассчитывать потенциальные и ко тгорол отчески до~ стякзмке урояов, и стйтистичесюШ шятатор погода, обеспгчаващий гене рот» ансамбля погодных реализаций» отввчааднх современному климату е заданному климатическому ецзнарио.

Рас.2. Струм ура ккиташюнйоч/ддалппуицей системы для получения вероятностных оценок потенциала продуктивности

Конкретная реализация спствад осуц.зстьлоке для картосТяля. При отом. для моделирования продукционного процесса использована даю-кическая модель POMOD , разработанная ранее Х.Г.Тоошнгом а ю.В.Свпачи (1962, ISS7) л прогрета» раагшзовапагя та совместно о Т.М.БруновоЗ на персональном ко;,тьвтера ШЛ PC. Модель позволяет рассчитывать ПУ в !«'£'/ картофеля по суточным или декодкк . данным о сол'ячиол радиации, техдирэтуре воздуха я осадках, а-тзкх:е о датах последних весешшх и первых осешшх заморозков в начальных Елагозопасах.

Поскольку выбр&пнгя кодэль исследовалась самими авторами, подробная проверка ае работоспособности не входила в аадачи настоящей работы. Была выполнены лишь отдельные численные эксперименты, в которых оценивалась сзнхрокность колебаний модельных рядов ЦДУ я фактических урояаеь. Приведенное в диссертация результаты такой прсьсрка показвлв , что модель POWÎ удовлетворгтелько "улавливает^ колебания продуктивности, вызванные поговиди фокторама, и следовательно, может ййть использована для решения поставленных задач.

Глава 8 "Статистическое моделирование погодных реализаций" по священа разработке. статистического пня Тагора погоде w важнейвгай со ставной части системы, служащей для получения гаивых распределения ВДУ. *

о

В соответствия с трсбсвапияш ьибрзаной иодзли продукта^«»-- . ста шататор гггодн.должйк обеегшчать .гацерасш ансаябля реализаций слоглого Еоктор-процэсса, элементами которого являятся: .1) со- . • яряконннз временные .ряда декадных. значений продола т.е ^.иостг;. оплечного свяиая <5) ила сужэрной солнечной раддаша (О), сродней температурь-' воздуха (Т) и суда осадков (У); £) дать' последнего весзншзго и первого осеннего заморозков интенсивности <: -2 П; 3) дата посадки; 4) нэчалъкнз влагозапасы в яолукетросомслоэпсчвц.

При шделнровекаи последовательностей декадных зпзченнй -тооалементоз '5 ,Т/ и ставилась задача- воспроизвести .соответствующие одпокорквз законы распределения, а также основные законе -кзркостя 'авто-' и взапмокорралпдаа. Как иоксзал анализ одюголзтнкх данных, вшодиешшй для различных геогрг^чосккх точек (Бедогорха, Торзок, Шокшю, Тарту/, для декадных.метеорологических рядов с достаточно!; точностью иоаяо допустить, что автокорреляция простера-ется яэ далее соседней.лекади, а. взаимная корреляция а;лечт место только в совпадаотх времеянвх'. сечениях и со сдвигом по 1 шаг. Более дальние связи ввиду, их малости могшо не учитывать.

, Сама процздура моделирования основывается иг, катоде Монте-Карло п вклзчает следуюйдае этапы. Первоначально на основании анализа многолетних дашшх для каждого коделаруекого штеопаракетра устанавливаются его однокерний закон распределения, автокорроллци-. онная фушаия-, а.такяе кросскоррзлядяи с другиш штаокарамзтрэмк. На втором этапо находятся преобразования, 'трапс^орьдруетде ксгэус-совские величины в соответствуйте, гауссовские лоремзшше, и на -раллельно определяется связь мезду корреляционными моментаки исходных и преобразованных рядов. После этого коделкруется кногоьюрный нормальный вектор известной статистической структура и на последнем этапе осуществляется покомпонентная денормализация сгенерированных рядов. ..

ВаЕнзЯккм элементом Описанной процедуры является кодадарова-кие многомерного аортального вектор-процесса. Для ревзаия этоП задачи в'диссертации бил использован, рекуррентный, .алгбратм, который . для принятой статистической модели, декадных. временных рядов, пре- . дусыатрявагацзй. наличие корреляционных связей щ интервалах не-.более одной декаду, имеет вид: . .',..

Ч 1 + + (I)

где х # Л , I - шдолируакыа коррелзров<-;шт величины, расиреде-леааые.ас сгевдзртаоьдг нормальному закону. N С'0»'-1)» I, 1 незоапсакле случайные величины; I - кедзкс времена (декады).

Коа?4к1давятн «ц в здесь соредедавяся из уелавзЯ раье»-стг-а едеь.:ио ^испврсгй х,^ ,2 я равенства всех корреляционных •локоптов при временных сдвигах 0 и I некоторым тробуаг.шм значениям.

На основании анализа материалов маоголетапх штворолйгвчео-ких набладзалй и литературных данных был сделав вывод, что декадные гквчзаая солнечной радиации к теьзеротура достаточно хорошо шивокскмаруйтся нормальна.! закон«« а декадные осадазт т гаша-р8<щгдшвааа*' «то заключайте подтверждено в дйесершвш результаты® соответствуоцях статистических проверок по критерия ^ . С учетом, этого ряды 5 (-¿ля <3 ) и Т получаются очевадош лдпеЛ -вы:,: преобразованием нормальных ряда» ас в у :

где ¿\ и ¿4. ; - соответственно ?екушз значения нери к средних квадратпческвх отклонений (ОКО) иетесэлвызитов 3 а Т .

Для получебля ряда осадков осуществляется числепяая дейоша-лизааая когаюнзиты г.

При.ланеЗавх преобразований (2) *оррелядаошше 1;о;леит «сходных х , у и трансфо^шрЬвьшшх 5 »Т рядов одинакова.'

Автокорргдяша нормального ряда 2 и соответственна гакиз-гя-же осадков О полагалась Мсутствухцсй; В обще« случаи при Веоб-хсдомоста ее учета предлагается пользоваться результатам Т.П.Ро-¡•.саяекко. (1987). Взаагдная корреляция осадков с дззргя друтмга матео-лара^атрагл» (г) будет определяться наДденвш вайя апороксикадаон-шал соотноиевяеы

у ,

. Для иодалйровйная второй груиш состаадплаах вектора погоды * дат последней» взеоннего в первого осеннего заморозков - бет предложен алгорзти, основанная на уцзтв статастичаскоС связи вероятко-гтп заморозков в декаде (Р) ¿о средней за декаду шникальной тейпе ратуроп воздуха (Тп. Соствстствузда аавасймоств Р-Р(Тт) брались из "Справочника по кашмату СССР" с коррекцией на особенности костного климата. В своя очередь, величины Т» рассчитывалась но регрессионному ур&вненшэ Тт» а •Т ♦ ё , где Т - водедируз-

и

щя средняя декадная температура. Б дассзртадаи приведена знача-кия коа]$яцпзнтов регрессии о. и 6 . найденные для трех декад иаз и трех декад сентября д ля ряда метеорологическая етаншй ЕТС.

См/а процедура определения факта "есть ил;: кет оааорозок в декаде* состояла в статистическом гдаделярозгши появления вла отсутствия события известной вероятности. Конкретный день заморозка внутри декады такгэ определялся методом Монте-Карло в прздпадоаа-ниа равной морозсопасиоств ксядого дня.

За дату посадка принималась дата устойчивого весеннего перехода температур!/ воздуха Т через некоторый порог П . Эта дата ■ легко находится путем линейной йцтЕргк?ляпуя модельных значений Т» Порог П выбирался текли обрезом, чтобы раесчптснная до ансамблю кэдзльнах реализаций 1 средняя дата посадка совпадала с $акгяче- ■ ской средной жогодгтцей датой.

йодслзровзяае лачальяых Ьлагоэапасов осугазствлялось независимо от остальных составляющих вектора погоды в првдаолоненан» что эта величина распределена ш» подоялвйсму закону,

3 атючатвльяой часта раздала приводятся некоторые результаты соаостэвлензя скоделаровакннх 8 фактических яогодянх реалиэз -№8. Известно, что урозайюс» -«едаскохоаяйсмвишк культур существенно загасит от такзх обобщенных егродатео-одогаческих характеристик, кзк сsi3.it. температур, продолжгтельнссть безморозного периода, суммарные вегатаппонпкз осадка, ГТК в т.д. Следовательно, достаточно хорошее Еоспроазваденае зтах показателей является обязательный условием возмогноста йспользовенпя разработанного икататп-ра погоди в спстеае моделирования ародуктгвностя. Исходя вз этого, проведанная проверка з перву»: очередь касалась срезпевая статистических характеристик - средних значений и дпеяереяй,- рассчитано?* для ряда обобщенных агроглзтсорологическвх показателей по фактпчее-кой в модельной выборкам; ,

Результате такой проверки для ставши Тарту,' полтвврщдастяе достаточную точность моделирования рассматриваемых харауггзрастик, представлены в табл. I.

В диссертации также приведены результаты аналогичной провер-кл для других агрокетеорологическвх показателей я иетеосташий.

.. Глава 4 "Вероятностный анализ залшзйия агаеткгчвехой изменчивости на цотенщал продуктивности" является по существу вентральной. Она содержат спасание программной реаявзэвай разработают Еиятацяонно-коделзрутеей системы {ЩС) и результаты выполненных с ее помощью численных эясперакеитов по вероятностной опзпкв агро-

Таблица I Результата проварка имитатора погоди

Показатель

¡атель ' Среднее -значение

ско

Сумма активных температур Т

выше 15 °С. °С Продолжительность пзркода

о,

о,

1320/1100

65/65

404/384

23/23

с Т-.> 15 °С, дни Суша осадков за период. У1-

.ШП-УШ

борке, знаменатель - по модельныйрядам.

климатического потенциала продутаиВяооТи картофеля в.его изиеке-тй щш.возшядах изменениях сбврзшпн'ого"климата. В этом же разделе излаггется нетодака. использования системы дум составления утрчпяадгося б ходе вегетации вероятностного прогноза ресурсов продукт-,кюсти.

, . Программная реализация.рассцатрзвй^к>й системы осуществлена-на персональном.-костьютере Ш РС. -Осиоише програишкз модули написаны на языке ТигЬа Ри5са1 за исключением модели РОМО!) , реализованной па ГОхТШ}' е. •

Проверка возмоглости использования си стеки осуществлялась, путем сравнения кривых обеспочешюста ПУ п МЕУ, рассчитанных по фактическому а сгенерароваааоку;-архивам погод. -Црозедввяая в диосер-тадаа проверка различий соответствующих распределений показала их статиодачс.екую пазначамость., -.„. .-. ■ ; ■

Аналогичный результат иллюстрирует тобл.2, которая показывает близость первых и вторых моментов расврадслвнзй ПУ и ?ДДУ, рассчитанных по фактически!, и модельным-выборкам.

Основиоа внимание в раздела уделено ■обсугдапйй результатов численных экспериментов по оценке влияния измеаедай климата. При этом главная цель состояла в методической отработке предложенного вероятностного подхода к решению этой задачи в анализу некоторых возможных'последствий климатических изменений, на которые раньше не обращалось долетоговнимания. ..-..■.'

На рис.3 представлены кривые обеспеченности,, построенные с помощь») ИКС и влчюстрируивде характер изменения распределения ОДУ '

картофеля в районе станции Еелогорка прп четырех гипотстйчзских сценариях климата. Рассматриваемые варианты отвечают изменениям

Таблица 2 Статистические характеристика "фактических" и "модвльшяс" рядов ПУ (числитель)' и ЭДУ (знаменатель), т/га

Станция

Среднее'значение

СКО

(Тактическое

модельное

Фактическое

модельное

Белогорка

Тарту

Сгове

6о,4/Ь2,5 76.3/61,6 73,3/47,8

66,6/53,4 76,4/63,1 74,6/49,7

7,52/12,4 8,61/13,6 9.50/13,1

9.32/15,3 8.83/10,4 8,96/12,7

а ю бо 50

о

А

20 ю

у..

¿0

№ т/гв

20

«I

т «о

20 Ю

........

«50 80 1/га

Ркс.З. Кравке обесиачз1Шоста_2.Ц1У для современного 1У2.:::ато (к)

= 4-10,1, кривая I), (АТ = -I °С, ди » «У =» -10 %, кривая 4)

гас.а. правке ооесиачзняоста иду для совре и климзтаческнх сценариев 111 (аТ = +1 °п,ди Я 2 { дТ = ♦I °С, ли = -10 кривая 2), А' 3 = +10 %, кризач 3), ¿'4 ( лТ « -I лУ

средней температуры на аТ = +1 °С и сумм ооадков на »V = ±10 %. Здесь лее показано распределение ВДУ для современного климата.

Для более четкого внявленая последствий климатических изгеяв-

.НИЙ наряду с кривима распределения россчитивалксь относительные показатели 4 , Чг ,.Цг и . характеризующие гс»;знеыие в • сравнении с современный уровнем средних значений, СКО, а также повторяемости низких уровней Г.ЩУ, которые в иастожчпх условиях наблюдаются соответственно раз в 3 и раз в 5 лет. 5ти результаты представлены в табл.3.-Наиболее важный а прицшшяальный .вывод соТ а б .л и ц а 3 .

Сравнительные характеристики распредзлеюШ МДУ

Характе-.' _____Кшмтичеой«' сценарии^ ____■

ристика ■ " "" )ГГ""""~ ]Гз " " ' X 4-,

0,69 0,85 1.3 " 1,7

стоит в том, что при сравнительно небольших изменениях сраддж ¡тачавй другие вероятностные характеристики распределения МДУ могут меняться гораздо более существенно. 'Гак, капрвтр, при слеиаркв К 2 среднее значение Ь'&У увеличится всего на 2 % ( = 1,06), в то ке ' ■ время низкие уровни ¡,£У, встречающиеся в современных условиях раз в 3 года, кра новом климате будут иметь повторяемость уле только раз в пять лет ( «г 0,6).

Наряду с анализом последствий изменений норм основных метеофакторов, разработанный вероятностный подход позволяет исследовать также влияние возможных изменений. устойчивости. соврешнного климата. Для выяснения атого вопроса были ироведено чпеломше эксперименты, в которых предполагаешь Климатические изменения состояли только в увеличении СКО температуры воздуха на 10, 20 и 30 % по сравнению о современник уровнем. Результаты этих расчетов показа- ' да, что последствия изменения характеристик устойчивости климата вполне могут быть сравнимы с последствиями изменения норм метеорологических факторов. В связи с этим, полностью отдавая себе отчет в трудности задачи прогнозирования характеристик устойчивости климата, валпо обратить внимание на необходимость дальнейшей детализации разрабатываемых климатических сценариев в "этом направлении.

Помимо описанных мзтодичэсках исследований били выполнены конкретные расчеты по оценке изменения распределения ;ДУ картофеля для климатического прашозаГГй Ш.ИДйвдо, К.Я.Винников, П.Я.Гройсман).

г5

1,00 1,16 1.0 1,0

х.06 0,97 0,6 0,7

0.73

1,Ц 2,0 2,1

Последний вопрос, обсуждавшийся в иастояатм разделе, связан с разработкой методики построения уточняющегося по ходу вегетации вероятностного прогноза ресурсов продуктивности путбн последовательной коррзшнл кривой распределения '.'ЗУ. в соответствии с развиваемой методологией необходимые для репения поставленной задачи-•внсамбля погодах' реализаций генерируются ызтодсм Монте-Карло.

Глава 5 "Вероятностный анализ атаяпия климатических колебаний урояая на устойчивость продовольственного сбоспечлкя" посвящена исследовашпо динамики системы производство сельскохозяйственной продукции - потребление и изучена» возмопзоста ослабления па-благоприятных последствий климатически обуслоапенншс колебаний урожаев путей создандя страховых фондов.

Для решз1шя поставленной задач:! на основе методов статистического моделирования исследовалась система, структура которой изображена на рис.4.

Здесь и - потреблекиз, для которого допускаются колебания в диапазоне [У^и*«»,] ,* Г -резервный (страховой) {¡олд, такта характеризуши^ся определенный интервалом допусткыых изменений ; В И Л - соответственно блоки закупки (импорта) и продажи (экспорта); V ^ ежегодное производство зерна; значки 1+в - "вентили", рогулйруящне перо-токл продукции па ка-хдо.м временном ваге, составдяюсеы I год.

Исследование дакеиккк рассматриваемой система осуществлялось путе« проведения слвдувщях численных экспериментов. С покошью* кзе-тода Коата-Карло генерировалось М случайных временных последовательностей { , шшярувдих независимые реалЕза-

гаи шоголетнего ряда урожаев Уп=У(п) на интервале времени Г»* • Каздая реализация подавалась на вход системы

и фцссаровалась ее ответная рааюдая (напракер, падсчгттшзалось, сколько раз на рассматриваемы временном интервале приходилось осуществлять закупки, как происходило пополнение резервных запасов и т.д.). Дутем повторения подобной про си дуры М раз накапл:зйлсл необходимый "зкепершлептйльт/й'' материал, статистическая обработка

Рас.4. Структура изучаемой системы

которого позволяла получать опенки вероятностных характеристик, отражающих дацашку системы при разлячнкх ретаюс ез «ункдаонцрова-ния с учетом случайного характера многолетиях колебаяаЗ урожаев.

Для проведения' ужазашнвс исследован;;'! система балансовых уравнений. списываниях поведение рассматриваемой системы, нредставдя-лась в нормализованной форма, где в хачеотоз нормализующей перзмон-ной использовался средни;; текузуШ урожай •

■ Временной ряд кормгровйннвх уро^еев -£„*УЛ/УП моделировался как -некоррелированная, гауссовская последовательность с зди-

нпчннм средним

= I и аостсяивда СКО ¿ч , ровнш коэффициенту'

варвавди Уу исходного ряда уроаасв Уп • .

На рис.5 приведено свойство кравах, которые 'отвечают различным значениям ¡' показывают, как в зависимое та от безразмзрно-р Р-] Р(т>,т')

0,1

Рве.5, Вероятности удоалетво-р9ния спроса без закупов

Рис.6. Влияние емкости страхового <]онда на распределение числа за-куиск:Л/у = 0,10; I- а = О (стшхозой йонг, в еиствга отсутствует): 2- «*•■= 0,05; 3 - я= ' « 0,10; 3- ^я0,20;'5- 0;30

, имевшего смысл половины емкости страхового фонда, выраженной в долях у , меняется вероятность Р0 удовлетворения продовольствьшшх потребностей полностью без внешних закупок на интервале N = 20.лет.

. По результатам этого ко эксперимента достроен: интегральные кравм распределения числа закупок ш (рис.6). Основной вивод, сле-

го параметра ^ = (г.

дуздий из приведенных грэфков, состоит в том, что наличие страховых фондов резко снижает климатическую вероятность таких особо не-• благоприятных событий, ври которых па N -агатном временном интервале закупки прадотся осуществлять кгагат-татна.

Представленные. на рас.5 и 6 .зависимости справздлльи в том случае, когда на кадой временно!,', шаге сродао? производство совпадает со средней потребность», т.е. когда безразшрявЗ йэраивтр к » ЧУ«*,« равЗН ед1ШЦЗ. ,

В■диссертаций исследовался также вопрос о тог,:, насколько бистро происходит пополнение бондов при том или ином значэпаз к . На рис.? пряиздзпв результаты некоторых численных экспершлеотов,' иллщстрарутэдих' ддиампку накопления резерва для ряда. я Уу я 0,10. По осп ординат здесь_отло;;,ен средшй (в долях У ) страховой: запас, который накоплен к П -му году при Напольном 0. Как . легко видеть; при к , незначительно отлачзщнхся от единицы, накопление резервов происходит очекь медленно. Отсгдз следует, в частности, что быстрое создание крупных резервов только за счет внутреннего производства представляет собой трудно выполнимую задачу.

И. ОСНОВШЭ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Предложен нранцкппально новый подход к вопросу опенка влияния климата и его кзг-данетЫ на продуктивность, Основными чэртайя которого является:

- переход от анализа гактаческях урожаев к расчету некоторых теоретических показателей - потенциального и метеорологически достижимого уроггаев, благодаря этому устраняется неопределенность, связанная с хозяйствешт-экояошческашяагротохнзческямв^аяторама;

-ч представление результатов в вероятностной форме, в частности, путем задания кривых обеспеченности ПУ я ОДНУ;

- оценка вяйяшйпреднола1®аиХ йа1енешй климата в гаде сопостовляда кривых обзспечзшгоста ИДУ, отвзчаацях соврЕМзяноиу и ожидаеиоиу клякзтвк.

о Ц г 12 <6 20 П

Рлс.7. Яинакика наполнения страхового фонда

2. Предложений! подход программно .реализовав на персональном

кошыотсге Ш ГС. ■

3. Создан статистический вкитатор поглды, пйпволявдаЗ генерировать связные времеккие пооледовательновтз эазчекай солнечной ра-доаиш, температуры, осадков, а также дот поелодого весеннего и • первого осеннего заморозков.

4. Выполнонм «келейные окоперакептн по исследованию вяяянвя В08К0зшых изменений кдаыата на ресурс» продугтлвности картофеля, по результатам которых сделано два принципиальных Еивода:

- в то время как изменение среднего уровня ВДУ .могот быть на-значлтельным, различные вероятностные характеристика потенциала продуктивности когут меняться существенно, что, возможно, будет играть большую роль, чей некоторые изменение средних значений;

- последствия изменения устойчивости современного климата вполне могут быть сравнимы с последствиями изменения норм метеорологических факторов и, следовательно, юлшбтическао прогнозы желательно дополнять сведениям; об взмекаяиях показателе вариабельности .

5. Програшно реализована методика получения' уточнящегооя в ходе вегетации вероятностного ярогкозз ресурсов продуктивности. Возможность получения соответствующих уточнений в вероятлостной форме создает основу для проведения оперативных корректировок arpo -технологий с учетом риска првюшаекнх хозяйственных решений,

6. Рассмотрен вопрос о влиянии клзыатообусловлзнных колебаний урожая на стабильность продовольственного обеспечения; подробно изучена роль страховых зерновых запасов как демпфера неблагопрнявкх последствий ежегодных колебаний урожаев; исслгдовэгга динамика наполнения страхового фонда. Знание соответствующих закономерностей может служить основой оптимальных стратегий управления резерваш

. в условиях изменяющегося климата.

Оспошшз положения диссертации изложена в сладуэагдх публикациях:

I. Лраддалы построения сястеш вероятностного динамического прогноза урожая.Науч.'-техн.бш.по агр.физике/АЩ. Л., 1988. Я 70. С.3-6. (В соавт.

■ 2. Разработка статг.(?тйчзского вштатора погоды/'Науч.-тохн.

бюй.яо агр.фязико /Ш. Л., 1989. К 76. C.5I-5S. У

S. О демпфировании, климатических колебаний урожаев // Науч.. твэш.бюл.по агр.^изикв/А®;. Л., 1989. К 77. С.3-9. (В соавт").