Оценка теплого периода для определения оптимальных условий ведения сельского хозяйства на территории юга Западной Сибири (стр. 4 из 10)

Существуют три типа засух: атмосферная, почвенная и атмосферно-почвенная (общая). Атмосферно-почвенная засуха представляет наибольшую опасность для сельскохозяйственных культур. Основным признаком атмосферной засухи считают устойчивую антициклоническую погоду с длительными засушливыми периодами, высокой температурой и большой сухостью воздуха. Почвенная засуха возникает как следствие атмосферной засухи, когда при усиленном испарении запасы влаги в почве быстро уменьшаются и становятся недостаточными для нормального роста и развития растений [3].

Атмосферно-почвенная засуха — это сочетание условий, характеризующих атмосферную и почвенную засуху. По интенсивности и охвату территории они делятся на сильные, средние и слабые. По времени наступления засух выделены весенние, летние, осенние и зимние. Весенняя засуха характеризуется невысокой температурой и малой влажностью воздуха, малыми запасами продуктивной влаги в почве, сухими ветрами. Летняя засуха обычно отличается высокой температурой, горячими сухими ветрами (суховеями), вызывающими повышенное испарение воды из почвы и интенсивную транспирацию растений. Осенняя засуха характеризуется невысокой температурой воздуха и малыми запасами продуктивной влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы. Зимняя засуха наступает в условиях снежного покрова при недостатке влаги в корнеобитаемых горизонтах почвы и при температуре воздуха выше 0 °С, когда возобновляется транспирация некоторых растений (в частности, озимых культур), усиливающаяся при солнечной и ветреной погоде. Считается, что почвенная засуха является следствием атмосферной. Зависимость возникновения почвенных засух разной интенсивности от атмосферных засух также разной интенсивности с учетом периодов вегетации растений исследована в работе. Программа агрометеорологического мониторинга на станциях наблюдательной сети Росгидромета включает измерения комплекса метеорологических показателей в сочетании с измерением параметров состояния почвы, роста и развития сельскохозяйственных культур, трав и древесной растительности. Эта работа выполняется в соответствии с Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам, а также со специальными инструкциями [3].

Как метеорологическое явление засуха присуща тем областям России, которые характеризуются превышением испарения над естественным увлажнением. В России в отдельные годы засухи и суховеи охватывают большие площади зернопроизводства и порождали страшные бедствия: голод, нищету и смерть людей [1].

Вследствие засухи происходит снижение урожайности сельскохозяйственных культур. При длительных и интенсивных засухах урожайность культур оказывается очень низкой, а при экстремальных засухах гибель растений может наступать еще до формирования урожая. В отличие от засух суховеи, как правило, непродолжительны (от нескольких часов до нескольких суток). Под действием суховеев происходит интенсивное испарение с поверхности почвы, обезвоживание тканей растений в результате транспирации, вследствие чего нарушается водный баланс растений и весь комплекс физиологических процессов: фотосинтез, дыхание, углеводный и белковый обмен. Снижается функции роста, увеличивается число бесплодных цветков, уменьшение числа колосков и зерен в колосе. Существуют также засушливые явления, они отличаются от засух и суховеев тем, что эти явления обуславливают временное угнетение растений. Например, отсутствие осадков при жаркой ветреной погоде.

Многочисленные исследования происхождения засух и суховеев показали, что их образование на территории России связано с циркуляцией атмосферы, приводящей к установлению длительного периода антициклонической погоды. Примерно в 70 % случаев обширный антициклон, приходящий из Арктики, формируется над Западной Сибирью. Из всех неблагоприятных гидрометеорологических явлений наибольший урон сельскохозяйственному производству наносят интенсивные и длительные засухи, охватывающие значительную часть зернового клина страны.

Система борьбы с засухами и суховеями приводится по трем основным направлениям: селекционно-генетическому, агротехническому и мелиоративному. Селекционно-генетическое направление связано с выведением новых засухоустойчивых сортов растений. К ним относят: способность регулировать транспирацию, сокращать площадь испарения культур. Агротехническое направление работ связано с устранением несоответствия между потребностью растений во влаге в период их развития. Мелиоративное направление борьбы с засухами и суховеями является наиболее дорогостоящим; строительство ирригационных сооружений (каналы, водохранилища) [1].

3. Изменение температурно-влажностного режима на юге Западной Сибири

В последнее десятилетие значительно возросло внимание, как будет изменяться климат Земли. Существует два основных сценария изменения климата - по сценарию увеличения гумидности или по сценарию увеличения аридности климата материков. Таким образом, можно отметить, что гумидный процесс несет за собой увеличения влажности, а аридный сценарий увеличения температурных показателей, т.е. увеличения сухости. Индекс тепловлагообеспеченности ГТК, гидротермический коэффициент Селянинова объективно и доступно оценивает изменение климата. В качестве показателя аридности климата вегетационного сезона удобно использовать гидротермический индекс ГТК. Разумное научное обоснование и простота вычисления ГТК, стали причинами его включения в стандартный перечень индексов климатического изменения. В развитии процесса климатического опустынивания велика роль опасных (катастрофических) засух, как атмосферных, так и почвенных. По последним результатам [7] региональной оценки изменений климата указывают на то, что в весенне - летний период тепло-влагообеспеченность формирует засушливые условия (аридность) на большей территории России. Для определения оптимальных условий ведения сельского хозяйства (определение тепло-влагообеспеченности растений, продуктивности растений, оценка влагообеспеченности, оптимизация площадей земледельческой зоны) актуально и доступно производить оценку изменения климата для регионов России по ГТК. В последнее время уделяется серьезное внимание последствиям экстремальных гидрометеорологических явлений. На территории России отмечается более 30 видов опасных экстремальных гидрометеорологических (метеорологических, агрометеорологических, гидрологических, морских гидрометеорологических) явлений. Опасные гидрометеорологические явления, которые характерны для территории России в теплый период, отмечаются сильные ливни, сопровождаемые грозами, градом и шквалистым усилением ветра. Весенние половодья, дождевые паводки и наводнения сопровождаются затоплением населенных пунктов, сельхозугодий. Для южных районов характерны сильные засухи, приводящие к резкому снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Формула для расчета ГТК имеет вид (по [5]):

(1)

ΣR - сумма осадков за месяцы;

ΣT- сумма среднесуточных значений температуры воздуха больше 10 °С.

Индекс ГТК является безразмерным коэффициентом. В этом случае суммирование в формуле для вычисления ГТК производится для летних месяцев, т. е. для периода июнь – август.

3.1 Данные исследовательской работы

Для настоящего исследования была создана база данных за 45-летний период с 1960 по 2005 г., из среднесуточной температуры воздуха и среднесуточной суммы осадков за теплый период. Общий объем за 45 летних (теплых) периодов составил 203130 значений. Расчет выполнялся на основе рядов значений гидрометеорологических величин по станциям Красноярск, Минусинск, Рубцовск, Барнаул, Барабинск и Омск. А также число Вольфа за исследуемый период.

Данные были взяты из электронного каталога метеорологических данных международного обмена [9] . Данные представлены в виде выборки летних месяцев с учетом среднесуточной температура >10 ºС. таблицы А1, А2, А3 из приложения А, в которых размещены полученные статистические характеристики индекса ГТК по территории юга Западной Сибири по месяцам и общие за период исследования, а также значение ГТК по станциям. В целях сравнения осредненного индекса ГТК по югу Западной Сибири был предложен показатель солнечной активности (число Вольфа). Данные показателя были взяты из электронной базы данных Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration) NASA. Число Вольфа представляется в виде осредненных значений за летние месяцы в период с 1960 по 2005 год. Таблица Б1 показывает сравнение ранжированных рядов данных индекса ГТК и числа Вольфа из приложения Б. Данные сумм среднесуточных температур >10ºС и сумм осадков представлены в таблицах В1 и В2 из приложения В, в которых размещены статистические характеристики температуры воздуха и осадков по территории юга Западной Сибири.

3.2 Анализ температурно–влажностного режима по территории юга Западной Сибири

Исследования температурно – влажностного режима территорий очень важен для многих отраслей экономики страны, особо важной отраслью является сельское хозяйство. Сельскохозяйственные культуры полностью зависят от температурного и влажностного режима, особенно в период роста и созревания. Западная Сибирь является зоной рискованного земледелия, потому что, возможны заморозки в любой летний месяц, за исключением самых южных районов Западной Сибири. Так же возможны сильнейшие атмосферно – почвенные засухи и суховеи. Все эти проблемы сказываются на урожайности сельскохозяйственной продукции, а это в свою очередь влияет на социально – экономическую сферу Российской Федерации, приводящие к росту цен на основные продукты питания. Таким образом, оценка температурно – влажностного режима территории Западной Сибири очень важна.