Попова Н.А.. Методические указания по изучению дисциплины « Агрометеорология» и выполнению контрольной работы

Федеральное агентство по сельскому хозяйству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»

Кафедра математики и физики

Методические указания

по изучению дисциплины "Агрометеорология"

и выполнению контрольной работы для студентов – дистанционного обучения 2 курса

по специальностям: 110201 – "Агрономия", 110102 – " Агроэко- логия", 110202 – "Плодоовощеводство и виноградарство",

и 4 курса по специальности 110305 – "Технология производства и переработки с.-х. продукции"

Утверждены методической комиссией заочного факультета протокол № 2 от 27.10.05

Мичуринск 2005 г.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Методические указания составлены ст. преподавателем кафедры ма- тематики и физики Н.А. Поповой в соответствии с государственными стандартами по образованию.

Рецензент:

доктор с.-х. наук Л.В. Бобрович

Рассмотрена на заседании кафедры Протокол № 3 от 3.10.2005

Оглавление

2.6.Неблагоприятные метеорологические явления для сельского хозяйства………………………………………………………………... 10

2.7.Сельскохозяйственная оценка климата…………………………... 12

2.8.Агрометеорологические прогнозы……………………………….. 13

©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2005

2

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Раздел I. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины

1.1.Цели и задачи курса

Всложившихся рыночных отношениях и сформировавшихся раз- личных формах собственности перед специалистами сельскохозяйственно- го производства открываются большие возможности в творческом подхо- де к технологии выращивания, хранения и переработки сельскохозяйст- венной продукции.

Как известно, урожайность сельскохозяйственных культур является сложным интегральным показателем, включающим в себя целый комплекс разнообразных форм. И специалистам сельского хозяйства необходимо

уметь эффективно использовать ресурсы климата и погоды для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства, бороться с небла- гоприятными метеорологические явлениями. Для этого необходимо знать физические основ явлений и процессов, происходящих как в приземном слое, так и в атмосфере в целом, в связи с их влиянием на объекты и про- цессы сельскохозяйственного производства.

Внастоящее время научно - исследовательская работа по агромете- орологии ведется в системе «почва – растения - атмосфера».

Агрометеорологические исследования опираются на новейшие тех- нические средства, новые приборы с использованием искусственного кли- мата, авиации, спутниковой информации, парка ЭВМ.

Входе самостоятельного изучения дисциплины студент – заочник

должен написать 1 контрольную работу, которая зачитывается после со- беседования по вопросам контрольной. После изучения дисциплины на ла- бораторно-экзаменационной сессии студент должен сдать зачет по данной дисциплине.

1.2. Распределение учебного времени

Самостоятельное изучение дисциплины может быть успешным лишь при систематических занятиях по учебному графику, который студент со- ставляет сразу после окончания 1 курса. В нем предусматривают плани- руемые сроки проработки каждой темы, выполнения и представления кон- трольной работы. При составлении графика целесообразно придерживать- ся следующих затрат учебного времени на изучение дисциплины, установ- ленных с учетом материала, изложенного в рекомендуемой литературе.

Распределение учебного времени по темам и специальностям: «Аг- рономия» - 310200; «Агроэкология» - 320400; «Плодоовощеводство и ви- ноградарство».

Всего выделено на самостоятельное изучение курса агрометеороло- гия – 56 часов.

3

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Литература:

1.Лосев А.П., Журина Л.Л. Агрометеорология. М. Колос. 2001 г. (Учебник и учебное пособия для высш. учебн. завед.)

2.Лосев А.П. Практикум по агрометеоролигическому обеспечению растениеводства. Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат. 1994г

3.Лосев А.П. Сборник задач и вопросов по агрометеорологии. Л. Гидрометеоиздат. 1988г. (учебное пособие)

4.Грингоф И.Г., Попова В.В., Страшный В.Н. Агрометеорология. Л. Гидрометеоиздат. 1987г.

5.Чирков Ю.И. Агрометеорология. Л. Гидрометеоиздат. 1986г.

6.Справочник агронома по сельскохозяйственной метеорологи. Л. Гидрометеоиздат. 1986г.

7.Агроклиматический справочник по Тамбовской области. Л. Гид- рометеоиздат. 1986г.

8.Агроклиматические ресурсы Тамбовской области. Л. Гидрометео- издат. 1974г.

9.Уланова Е.С. Методы оценки агрометеорологических условий и прогнозов урожайности зерновых культур. Л. Гидрометеоиздат, 1988г.

10.Цубербиллер Е.А. Суховеи, их агрометеорологическая сущность

ипути борьбы с ними. М. – Колос, 1966г.

4

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Раздел II. Методические рекомендации по изучению содержания тем и разделов курса

2.1.Солнечная радиация в атмосфере и на земной поверхности

Часть лучистой энергии, поступающей от Солнца к Земле в виде пуч- ка параллельных лучей называется – прямой солнечной радиацией S.

Поток прямой солнечной радиации падающей на горизонтальную поверхность называется инсоляцией S/.

Определяется по формуле: S/ = S * sinα, α - высота Солнца над горизонтом

Часть солнечной радиации, которая после рассеяния атмосферой и отраженной от облаков поступает на Землю называется рассеянной радиа- цией Д.

Сумма прямой и рассеянной радиации, поступающей на Землю соз-

дают суммарную радиацию Q.

Q = S/ + Д или Q = S * sinα + Д

Отраженна радиация Rk – часть суммарной радиации, частично от- раженная от Земли.

Альбедо Аk – отраженная способность поверхности.

Ak = RQk *100%

Радиационный Балан деятельной поверхности, или остаточная ра- диация – разность между приходящими к деятельному от земли и уходя-

щему от него потоками лучистой энергии.

B = S/ + Д – Rk – Eэф или B = Q(1-Ak)-Eэф

Еэф = Ез - Еа

В процессе фотосинтеза растений используется часть солнечной ра- диации, которая находится в интервале длинволн0,38- 0,71мкм. Эта радиа- ция называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). По совре- менным данным количество ФАР Qфар приближенно составляет 52% при- ходящей суммарной радиации. Qфар= 0,52* Q

Для определения часовых. Дневных и месячных сумм ФАР исполь-

зует формулу Росса и Тооминга

∑Qфар = 0,43∑S/ + 0,51∑Д

Для характеристики количества солнечной радиации, используемой растениями ведено понятие коэффициент использования ФАР.

åQФАР/ - затраченная на фотосинтез;

∑Qфар – приходящей в данной реакции за период вегетации.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите потоки солнечной радиации и единиц их измерения.

5

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2.Перечислите приборы, при помощи которых измеряют потоки сол- нечной радиации.

3.Какую роль в радиационном балансе Земли играет альбедо подсти- лающей поверхности.

4.Что такое радиационный баланс, и каковы его составляющее.

5.Что такое фотосинтез и какая часть спектра Солнца – наиболее ин- тенсивно участвует в фотосинтезе растений.

6.Что такое ФАР, и каковы методы ее расчета?

7.Какова связь между приходом солнечной радиации и уровнем ФАР?

8.Что такое коэффициент полезного действия ФАР, от каких метеоро-

логических факторов он зависит и какие агрометеорологические приемы приводят к его увеличению? Объясните на примере любой культуры.

2.2. Температурный режим почвы и воздуха

Температура – характеристика теплового состояния тела. Температура выражается в Кельвинах (К)и градусах Цельсия (0С). Абсолютная температура в Кельвинах выражается:

Т = t+273,15K; t =T-273, 150С

t - температура в градусах Цельсия.

В зарубежных странах измеряют температуру по шкале Фаренгейта (Ф) и пересчет одной шкалы на другую:

tC 0 = 59 * (t 0Ф − 32) ;

t0Ф = 1,8(t0С+32)

Изменение температуры почвы и воздуха суток или года называют суточным или годовым ходом температуры почвы.

Для построения графика годового и суточного хода используют мил- лиметровую бумагу и точки берут середине месяца на 15 число и соединя- ют точки плавной кривой линией.

По графику можно определить: амплитуду колебания температуры; даты перехода температур через 00; 50; 100С график позволяет судить о сроках прогревания почвы на указанную глубину до различных темпера- тур.

Вертикальный градиент температуры γ- называют изменение темпера- туры воздуха на единицу расстояния по вертикали.

В агрометеорологии для оценки термических ресурсов района ис- пользуется сумма активных температур (выше 100). Сумма активных тем- ператур служит показателем обеспеченности теплом за вегетационный пе- риод.

6

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Каждая сельскохозяйственная культура и ее отдельные сорта для прохождения полной вегетации требуют определенную сумму активных температур.

Для выражения потребности растений используются также суммы эффективных температур. Которые определяются путем суммирования средних суточных температур, уменьшенных на биологический минимум.

Σtэф = (t –t0)*n

t0 = 50С – для яровой пшеницы, для кукурузы - t0 = 10; для хлопчатника

- t0 = 130С.

Вопросы для самопроверки

1.Какие шкалы температур применяются в метеорологии, их связь?

2.Какие термометры применяются для измерения температуры по- верхности почвы и на разных глубинах?

3.Какими агротехническими мероприятиями можно изменить тепло- вые свойства почвы?

4.На какой почве более вероятен заморозок: разрыхленной, сухой или влажной?

5.Какими приборами измеряют температуру воздуха?

6.Отличается ли температура растений от температуры воздуха?

7.Почему в защищенном грунте и в не отапливаемых теплицах темпе- ратура воздуха значительно выше, чем в открытом грунте?

8.Как влияет температура воздуха на состояние животных?

2.3. Водяной пар в атмосфере. Испарение

Влажность воздуха – это содержание пара в атмосфере и она характе- ризуется следующими величинами:

Абсолютная влажность: а = 10,8+αеt ,

α = 0,0040С - коэффициент теплового расширения.

Парциальное давление водяного пара: е= Е/ - Ар(t-t/); А = 0,00080С-1; t и t/ - сухой и смоченный термометры;

Е – давление насыщенного пара; Р – давление;

Относительная влажность f = Ee *100% ;

Дефицит насыщения d=E-e;

Точка росы td – температура, при которой пар достигает насыщения. Для измерения испарения используют испарители.

Испарение Е0 = 20 (М1 – М2)+r-m

20- коэффициент для перевода единиц измерения; М1 предыдущая масса испарителя; М2 – последующая масса испарите-

ля;

7

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

r – количество осадков; m – количество воды в водосборном сосуде. Суммарное испарение Ес = r +(Wн - Wк);

Wн , Wк – начальное и конечные запасы влаги в поле.

Вопросы для самопроверки

1.Какой величиной характеризуется влажность воздуха в сообщениях о погоде?

2.Какими приборами измеряется влажность в зимнее время?

3.Почему чаще всего в ночные часы образуется роса?

4.Каким прибором определяется влажность воздуха среди растений?

5.Какими методами вычисляется испарение с поверхности водоемов, почвы, растений?

6.Какими агротехническими приемами можно ослабить испарение влаги с с.-х. полей?

2.4. Осадки. Снежный покров

Осадки – вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из об- лаков или осаждающаяся из воздуха на поверхность земли и на предметы.

Количество осадков измеряется высотой слоя воды, выражаемого в миллиметрах или сантиметрах. Интенсивность осадков h – называется ко- личество осадков выпадающих за 1 мин.

h = rt

Слой осадков высотой 1 мм на площади 1 га соответствует объему воды 0,001 м. 10000 м2/га = 10м3/га, или массе ее 10 т/га. Следовательно, коэффициент для пересчета выпавших осадков из миллиметров на 1 гара- вен 10. Снежный покров – слой снега на поверхности почвы, образовав- шийся в результате снегопадов в зимнее время. Плотность снега – опреде- ляется по формуле:

d = 5n = n

50h 10h

Запас воды Z = d*h (см) = 10d*h(мм)

Запас воды в кубических метрах или тоннах воды на 1 га. W=10Z=100dh (м3/га или т/га)

Вопросы для самопроверки

1.При каких физических условиях из облаков выпадают осадки?

2.В чем разница между моросью и дождем?

3.Можно ли искусственно вызывать осадки?

4.Каковы способы снегозадержания?

5.Какова роль снежного покрова в перезимовке озимых зерновых и плодово-ягодных культур?

6.Можно ли по облакам предсказать осадки?

8

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

7.Какие облака являются предвестниками грозы?

2.5. Почвенная влага

Влажность почвы определяется содержанием воды в почве. Она вы- ражается в абсолютных величинах – измеряется в миллиметрах слоя воды и относительных величинах – отношение массы воды, содержащейся в почве, к массе сухой почвы и выражается в процентах.

W = m1 - m2 *100% m2

m1 – почва до просушивания;

m2 – масса почвы после просушивания.

Не вся почвенная влага усваивается растениями. Та ее часть, которая используется растениями в процессе вегетации, получила название про- дуктивной влаги: Wпр = 0,1dh(W-K)

Wпр – запас продуктивной влаги; h – толщина слоя почвы,

d – объемная масса абсолютно сухой почвы;

К – влажность устойчивого завядания. Проценты от абсолютно сухой почвы.

Влагообеспеченность растений можно оценить с помощью водного баланса поля – эта разность между приходом и расходом влаги в корне- обитаемом слое почвы за определенный период вегетации.

Wпр Н + r = Wпр К + Ес или Wпр Н- Wпр К= r - Ec

Wпр Н и Wпр К – запас продуктивной влаги в корнеобитаемом слое в на- чале периода и в конце периода;

Ес – суммарное испарение с поля, r – количество осадков за период. Согласно исследованиям А.М. Алпатьева, потребность в воде куль-

турных растений за весь период вегетации, почти совпадает с испаряемо- стью. Испаряемость пропорциональна сумме дефицитов влажности возду- ха.

Е=КбΣd;

Е – испаряемость воды, мм;

Σd – сумма среднесуточных дефицитов;

Кб – биологический коэффициент, который изменяется в зависимости от климатической зоны.

Коэффициент увлажнения (К) выражается уравнением: К = ЕЕс *100%

или К = WпрН -WпрК tr *100%

0.65å d

Для озимой пшеницы коэффициент увлажнения, по данным Е.С.Улановой. имеет вид: К = W0,01прН å+tr ;

9

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Σt – сумма температур выше 50 за этот период; r – сумма осадков от возобновления вегетации озимой пшеницы весной до наступления воско- вой спелости.

Вопросы для самопроверки

1.Какими методами можно определить влажность почвы?

2.Какие агрогидрологические свойства почвы используются для ее ха- рактеристики?

3.Какие количественные характеристики влажности почвы чаще всего используются в агрономической практике?

4.Как визуально оценивается влажность почвы?

5.Назовите несколько способов расчета влагообеспеченности с/х культур?

6.При какой влажности почвы создаются благоприятные условия для хорошей производительности машин и орудий при обработке почвы?

7.При какой влажности почвы рекомендуется полив полей под зерно- выми культурами и в плодовых садах в условиях средней полосы России?

2.6. Неблагоприятные метеорологические явления для сельского хозяйства

Заморозок – понижение температуры воздуха или деятельной поверх- ности до 00 и ниже на фоне положительных среднесуточных температур.

По интенсивности заморозки бывают: слабые, средние и сильные. По времени возникновения заморозки бывают: весенние, летние и осенние. По продолжительности: кратковременные (до 5 ч), средней продолжительно- сти (5-12ч) и продолжительные (более 12ч).

Для успешной борьбы с заморозками необходимо их прогнозирова- ние. Для этого используют несколько методов. На осушенных торфяно- болотных почвах расчет проводят, применяя формулу Р.М. Менжитова

tмин. в. =0,80t+0,09f-14,1

Для почвы tмин. п. =0,78+0,11f-18,3

Еще применяют формулы Михалевского:

tмин. в. =t1 –(t-t1) *c±A; А – поправка на облачность

tмин. п =t1 –(t-t1) *2c±A

также используют методы определения по графикам (метод Г.З.Венцкевича, А.Ф. Чудного, П.И. Броунова, М.Е.Берлянда и др.)

Засуха – это сложное метеорологическое явление, которое возникает при длительном отсутствии осадков, в сочетании с повышенной темпера- турой и высокой испаряемостью. В результате чего иссекаемые запасы влаги в почве и создаются неблагоприятные условия для нормального раз- вития растений.

Характеристикой засух может служить гидротермический коэффици- ент Г.Т.Селяниной (ГТК).

10

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com