92878

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»

Кафедра почвоведения и гидромелиорации

АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРИОДА ВЕГЕТАЦИИ

Методические указания для студентов направлений подготовки 35.03.01 «Лесное дело»,

09.03.02«Информационные системы и технологии»,

35.03.10«Ландшафтная архитектура» дневной и заочной форм обучения

Санкт-Петербург

2017

1

Рассмотрены и рекомендованы к изданию Институтом леса и природопользования

Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 07 декабря 2016 г.

Со с та ви те ли :

кандидат географических наук, доцент Н. А. Лемешко кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Л. С. Богданова

О т в . р е д ак то р

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Б. В. Бабиков

Р ец ен з ен т

кафедра почвоведения и гидромелиорации СПбГЛТУ

Агрометеорологическая характеристика периода вегетации:

методические указания для студентов направлений подготовки 35.03.01 «Лесное дело», 09.03.02 «Информационные системы и технологии», 35.03.10 «Ландшафтная архитектура» дневной и заочной форм обучения / сост.: Н. А. Лемешко, Л. С. Богданова. – СПб.:

СПбГЛТУ, 2017. – 16 с.

Методические указания предназначены для выполнения заданий по метеорологии, климатологии и лесной метеорологии студентами Института леса и природопользования и Института ландшафтной архитектуры, строительства и обработки древесины. Они могут быть использованы студентами других направлений подготовки, а также дипломниками и аспирантами при выполнении научноисследовательских работ.

Темплан 2016 г. Изд. № 16.

2

В В Е Д Е Н И Е

Продуктивность лесных культур, так же как и сельскохозяйственных, тесно связана с климатическим режимом территории, метеорологическими условиями конкретного года, с агротехникой и другими факторами. В лесном хозяйстве учет метеорологических условий определяет ассортимент древесных пород, агротехнику их выращивания, а также мероприятия по успешному ведению лесного хозяйства. Правильный учет метеорологических условий в сельском хозяйстве является обязательным и важным средством для повышения урожаев сельскохозяйственных культур.

Метеорологические условия оказывают существенное влияние на жизнь отдельных видов растений и лесные экосистемы в целом. Они в значительной мере определяют возможность произрастания и распространения лесов по земному шару, видовой состав и продуктивность древостоев. Лесные насаждения испытывают воздействие не только отдельных метеорологических факторов, но и их комплексное влияние. При благоприятных метеорологических условиях увеличиваются годовой прирост лесов, урожай плодов и семян, улучшаются условия естественного возобновления леса. Отрицательное влияние на рост, развитие и продуктивность древостоев оказывают опасные гидрометеорологические явления, такие как поздние весенние и ранние осенние заморозки, почвенные и атмосферные засухи, град и др. Метеорологические данные широко используются в практической деятельности специалистов лесного хозяйства при проведении лесохозяйственных и лесокультурных мероприятий, проектноизыскательских работ, а также при составлении проектов лесоразведения, парков и садов.

Настоящая работа знакомит студентов с особенностями годового хода температуры воздуха и сумм атмосферных осадков и с методикой комплексной оценки режима тепла и влаги в течение вегетационного периода на основании специального гидротермического коэффициента. Студенты получат навыки определения продолжительности сезонов года, вегетационного периода, а также опыт анализа гидрометеорологической информации и использования данных наблюдений в практической деятельности.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по курсу лесной метеорологии, метеорологии с основами климатологии для студентов Института леса и природопользования и Института ландшафтной архитектуры, строительства и обработки древесины. Они могут использоваться также при проведении студенческих научных исследований и для дипломного проектирования.

3

АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЕРИОДА ВЕГЕТАЦИИ

Вегетационным называется период времени, в течение которого растение проходит полный цикл развития от начала роста до созревания. В умеренном климате начало вегетации определяется наступлением положительных значений температуры воздуха и почвы.

Для некоторых культур вегетация может начинаться при среднесуточных температурах +5 °С (озимая рожь, яровая пшеница, ячмень, овес). Для теплолюбивых культур (кукуруза, хлопчатник, рис) период вегетации начинается при среднесуточных температурах от +10 до +15 °С.

Для большинства древесных растений вегетация начинается при средних суточных температурах воздуха +10 °С и выше, поэтому этот период наиболее важен для лесных культур и агрокультур.

В агрометеорологии период от даты перехода средней суточной температуры воздуха весной до даты перехода осенью через +10 °С называется периодом активной вегетации. Для большинства сельскохозяйственных культур и древесной растительности в умеренных широтах этот интервал включает весь период вегетации.

Потребность растений в тепле характеризуется в климатологии термическими ресурсами, которыми располагает территория в соответствии с природно-климатической зоной и ландшафтом. Термические ресурсы оценивают суммой активных температур выше +10 °С за период активной вегетации данной культуры, от начала роста до созревания в границах ареала ее произрастания.

Под суммой активных температур понимают сумму средних суточных значений температуры воздуха, равных или выше +10 °С.

Сравнивая сумму активных температур воздуха за отдельный год с многолетней средней суммой, можно получить характеристику термического режима периода вегетации данного года. В настоящей работе для этой цели необходимо выполнить задания 1–5.

КОМПЛЕКСНАЯ АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА

И УСЛОВИЙ УВЛАЖНЕНИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА

Не только термические ресурсы необходимы для развития растений, но и вода. В агроклиматологии ресурсам влаги и влагообеспеченности растений уделяется не меньшее внимание, чем ресурсам света и тепла. Избыточное или недостаточное увлажнение негативно влияют на рост и развитие растений, так как в обоих случаях растения не могут полностью использовать ресурсы тепла для роста и накопления массы.

4

Для оценки ресурсов увлажнения используют различные показатели: индекс сухости М. И. Будыко, показатель увлажнения Д. И. Шашко и др.

Ресурсы влаги (количество осадков, влажность почвы, испарение) очень изменчивы по территории, поэтому для характеристики периода вегетации используют комплексные агроклиматические показатели, включающие температуру воздуха и суммы атмосферных осадков.

В настоящее время в агро- и лесной метеорологии для характеристики агроклиматических ресурсов местности широко используется гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова (ГТК).

Гидротермическому коэффициенту Селянинова отдается предпочтение, так как он может быть легко рассчитан с помощью любого климатического или метеорологического справочника и обеспечивает достаточно надежную оценку как увлажнения, так и тепла периода активной вегетации растений.

Гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова (ГТК) вычисляется за определенный период времени (месяц, сезон, период вегетации) вегетационного периода по следующей формуле:

∑P

0,1∑ t >10 ºС

где Р – осадки; ∑P – сумма осадков; t – температура воздуха; ∑ t >10 ºС – сумма активных температур за тот же период времени.

Гидротермический коэффициент позволяет выделить следующие условия увлажнения местности:

1)если ГТК>2,1 – избыточное увлажнение;

2)если ГТК от 1,1 до 2,0 – условия увлажнения удовлетворительные;

3)если ГТК<1,0 – увлажнение недостаточное, наблюдается засушливый период.

Используя эти количественные характеристики, можно установить для вегетации данного года начало, конец и продолжительность удовлетворительных, избыточно влажных и засушливых периодов.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА Г. Т. СЕЛЯНИНОВА (ГТК)

ЗА МЕСЯЦЫ АКТИВНОЙ ВЕГЕТАЦИИ

Расчеты производятся в несколько этапов, для этого необходимо последовательно выполнить задания 1-5.

З ад ан и е 1 . Подготовка данных по температуре воздуха и осадкам и построение графиков

1. Подготовка данных.

Составить таблицу (табл. 1) среднемесячных значений температуры воздуха и месячных сумм атмосферных осадков для метеорологической

5

станции для средних многолетних условий (климатическая норма) и за определенный год (указываются преподавателем).

1Средняя многолет-

няя температура воздуха, °С

2Средняя многолетняя сумма осадков,

мм

3Средняя температура воздуха, °С, за ____ год

4Сумма осадков, мм, за ____ год

Необходимые сведения можно взять, например, из комплекта агрометеорологических бюллетеней за год или найти на официальном сайте Росгидромета (www.meteo.ru). Сведения за каждый прошедший месяц помещаются в бюллетени за первую декаду следующего месяца в специальной таблице под заголовком «Основные метеорологические элементы за месяц по табличным данным».

Климатические данные и метеорологические данные одного года приведены для метеорологических станций Ленинградской области и г. СанктПетербург, ГМО в прил. 1.

2. Построить два графика:

1)график годового хода температуры воздуха в градусах Цельсия для средних многолетних условий (климатическая норма) и за определенный год;

2)диаграмму годового хода атмосферных осадков в миллиметрах средних многолетних условий (климатическая норма) и за определенный год.

График и диаграмма строятся на миллиметровой бумаге. По оси абсцисс (ось Х) откладывают месяцы от 1 до 12. По оси ординат (ось Y) – значения температуры воздуха или осадков. Число дней в месяце приближенно принимается равным 30.

Масштаб для графика температуры воздуха: по оси абсцисс в 1 мм – 2 суток, т.е 1 месяц = 15 мм=1,5 см. По оси ординат в 1 мм 0,2 ºС.

Для графика годового хода осадков масштаб: в 1 мм – 1 мм осадков. САМОЕ ВАЖНОЕ: значение температуры воздуха (точка) ставится на середину каждого месяца, то есть среднемесячную температуру нужно от-

носить к 15-му числу каждого месяца.

6

В прил. 2 приведены примеры графиков температуры и осадков.

З ад ан и е 2 . Анализ метеорологических величин для составления описания климата и метеорологического режима за конкретный год

1.По графику годового хода температуры воздуха (задание 1) определить даты перехода среднесуточной температуры воздуха через следующие градации температуры воздуха: 0; 5; 10 и 15 ºС весной и осенью.

2.Вычислить продолжительность периодов (в днях) с температурой выше 0; 5; 10; 15 ºС.

3.Вычислить разность между продолжительностью периодов с температурой выше 0, 5, 10, 15 °С конкретного года и средними многолетними значениями. Если дата в данном году наступает раньше средней многолетней, отклонение считается положительным (+); если дата в данном году наступает позже средней многолетней, отклонение считается отрицательным (–). Результаты свести в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Даты перехода температуры воздуха через 0, 5, 10, 15 °С и продолжительность периодов с температурами выше этих значений

Дата перехода температуры воздуха

Средние многолетние (норма)

В сторону повышения В сторону понижения

Продолжительность периода, дни

За 20____год

В сторону повышения

В сторону понижения

Продолжительность периода, дни

Разность продолжительности _____год и норма

4. Определить продолжительность климатических сезонов. Климатические сезоны определяются по датам перехода средних су-

точных значений температуры воздуха через определенные температурные пределы. Заполнить табл. 3, используя табл. 4.

7

Рассчитать сумму активных температур ∑ t >10 ºС для каждого месяца периода активной вегетации (т.е. от даты перехода температуры воздуха t через +10 ºС весной до даты перехода через +10 ºС осенью) и сумму

за весь вегетационный период.

Сумма активных температур за месяцы, в которые средняя месячная температура больше +10 ºС, рассчитывается как произведение t за месяц на число дней в месяце (месяц принимается равным 30 дней).

Сумма активных температур за первый и последний месяцы периода вегетации, в которые средняя месячная температура переходит через +10 ºС рассчитывается следующим образом.

П р и мер р а сч ета Например, дата перехода температуры через +10 ºС весной приходит-

ся на 12 мая. Это означает, что 18 дней в мае температура больше +10 ºС. Нужно рассчитать среднюю температуру за эти 18 дней. Для этого по графику температуры воздуха определяют температуру в последний день мая, например, температура равна 11,6 ºС, а затем находят среднее значение температуры воздуха за эти 18 дней:

t ср=(10+11,6)/2=10,8 ºС.

Теперь можно определить сумму активных температур (∑ t >10 ºС) для мая, умножив tср на количество дней в мае с температурой больше

10 ºС:

∑ t >10 ºС =10,8·18= 194,4 ºС.

Аналогично рассчитывают сумму температур для последнего месяца активной вегетации, но температуру определяют на его первый день.

З ад ан и е 4 . Вычислить гидротермический коэффициент (ГТК) за все месяцы периода активной вегетации

Кроме значения температуры воздуха формула расчета ГТК содержит значения сумм атмосферных осадков за период активной вегетации.

Для месяцев периода активной вегетации значения осадков берут из таблицы данных (сумма осадков в миллиметрах за месяц в табл. 1).

За первый и последний месяцы периода активной вегетации нужно рассчитать суммы осадков за период (уже известный) с температурой больше +10 ºС. Расчеты выполняются следующим образом: сумму осадков за месяцы, когда температура переходит через 10 °С, нужно разделить на 30 дней и умножить на число дней с температурой больше +10 ºС.

П р и мер р а сч ета Дата перехода температуры через +10 ºС весной приходится на 12

мая. Это означает, что 18 дней в мае температура больше +10 ºС. Нужно рассчитать сумму осадков за эти 18 дней. Сумма осадков за май в г. Пушкине 45 мм, а за 18 дней она составит

9

Рмай=(45:30)·18 =1,5·18= 27,0 мм.

Аналогично рассчитывается сумма осадков за последний месяц активной вегетации.

По формуле ГТК рассчитать его значения и занести в табл. 6.

20____

Средние

многолетние

Разность

(+, –)

З ад ан и е 5 . Сравнение тепло- и влагообеспеченности отдельного года с климатическими условиями

По данным табл. 6 построить график годового хода ГТК (прил. 2). Среднемесячные значения ГТК следует относить к 15 числу каждого месяца. При построении графика рекомендуется соблюдать следующий масштаб: по горизонтали в 1 мм 1 сутки, по вертикали в 1 мм 0,1 ГТК. Полученные точки соединяются прямыми линиями.

По построенному графику следует определить начало, конец и продолжительность сухого, засушливого и избыточно влажного периодов на основании следующих условий:

увлажнение избыточное, если ГТК >2,1; увлажнение удовлетворительное, если ГТК от 1,1 до 2,0;

увлажнение недостаточное, условия засушливые, если ГТК <1,0.

На основании полученных значений сравнить условия вегетационного периода в данном году с климатом (нормой).

В заключении необходимо сделать вывод о степени благоприятности погодных условий вегетационного периода анализируемого года для произрастания различных видов растений.

Контрольные вопросы

1.Для чего необходим учет агрохимических условий в лесном хозяй-

стве?

2.Что понимают под периодом активной вегетации?

3.Что такое «годовой ход» метеорологической величины?

4.Что понимают под суммой активных температур?

5.Как производят расчет сумм активных температур?

10