Составление климатической и агроклиматической характеристики территории. Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по направлению 05.03.0

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

С. И. Пряхина, С. В. Морозова, Е. И. Ормели, М. А. Алимпиева

С О Т А В Л Е Н И Е КЛИМАТИЧЕСКОЙ

И

АГРОКЛИМАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРРИТОРИИ

Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по направлению

05.03.05 Прикладная гидрометеорология, профиль подготовки Прикладная метеорология

Саратов Издательство Саратовского университета

2022

ВВЕДЕНИЕ

Саратовская область по географическому положению и климатическим условиям является одним из основных производителей в России высококачественного зерна, в частности пшеницы сильных и твердых сортов. В связи с тем что регион расположен в зоне рискованного земледелия и недостаточного увлажнения, сельскохозяйственное производство испытывает большие трудности в получении высоких и устойчивых урожаев. Резкие перепады урожайности отрицательно сказываются на экономике развития всего агропромышленного комплекса. Одним из важнейших видов обслуживания сельского хозяйства являются долгосрочные агрометеорологические прогнозы. Они имеют большое практическое значение, так как, наряду с оценкой складывающихся и ожидаемых погодных условий, содержат конкретные агрометеорологические рекомендации по целесообразности применения тех или иных агротехнических, организационных мероприятий. Например, прогноз сроков созревания хлебов и их урожайности дает возможность заблаговременно подготовить необходимое количество техники и вовремя приступить к уборке хлебов, подготовить хранилища для зерна, дать вовремя рекламу его качества и определить ценовую политику рынка. При составлении прогнозов используются метеорологические, климатические и полевые наблюдения, поэтому агрометеорологические прогнозы имеют высокую оправдываемость (80–90%). Большинство методов агрометеорологических прогнозов разработано на основе учета инерционности главных метеорологических факторов, необратимости реакций и консервативности свойств растений, когда исходная ситуация во многом определяет направленность будущих процессов.

Главная цель агрометеорологического прогнозирования – способствовать наиболее полному и рациональному использованию природно-клима- тических и складывающихся погодных условий для стабилизации сельскохозяйственного производства.

Предлагаемое учебно-методическое пособие имеет своей целью научить студентов правильно составлять агроклиматическую характеристику района деятельности, используя для этого соответствующую климатическую и агроклиматическую информацию.

3

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

При физико-географической характеристике территории необходи-

мо указать местонахождение района, широту и долготу места, характер подстилающей поверхности (рельеф, высоту над уровнем моря, преобладающий почвенный покров, водные объекты, растительность).

Географическая широта определяет приток солнечной радиации и, соответственно, сумму фотосинтетически активной радиации (ФАР) в данной местности. Рельеф, наличие крупных водных объектов и лесных массивов, выступая в качестве климатообразующих факторов, определяют местные особенности климата. Характеристика почвенного покрова дает представление об уровне почвенного плодородия и наборе оптимальных минеральных веществ для возделывания сельскохозяйственных культур.

При написании данного раздела следует использовать сведения о местоположении метеостанции, имеющиеся в Агроклиматическом справочнике по Саратовской области [7], атласе Саратовской области [8, 9], физикогеографические, почвенные карты, а также карты землепользования и соответствующую учебную литературу по географии Саратовской области

[10].

При описании радиационного режима территории следует иметь в виду, что солнечная радиация является единственным источником энергии для всех процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере. От количества поступающей прямой и рассеянной радиации зависят интенсивность фотосинтеза и величина потенциально возможного урожая.

Основными агроклиматическими показателями биоэнергетических и световых ресурсов территории являются значения поступающей суммарной радиации (Q), величина радиационного баланса (B) и продолжительность солнечного сияния. Наибольшее значение для биологических процессов растений имеет солнечная радиация с длиной волны от 0,38 до 0,72 мкм, которая называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Это один из важнейших факторов продуктивности сельскохозяйственных растений. Поэтому правильное представление о ФАР, учет ее распределения по территории и во времени имеют большое значение для получения высоких урожаев.

5

Теоретически на создание органического вещества может быть использовано до 10% ФАР.

Световые ресурсы вегетационного периода оцениваются по суммам ФАР. По современным оценкам, количество ФАР (QФАР) приблизительно составляет 52% приходящей суммарной радиации (Q):

где ∑QФАР – суммарная фотосинтетически активная радиация (Дж/м2); ∑S – сумма прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (Дж/м2); ∑D – сумма рассеянной солнечной радиации (Дж/м2).

Для выполнения задания следует построить графики годового хода суммарной радиации (Q) и радиационного баланса (B). По построенным графикам нужно описать годовой ход указанных величин и сделать вывод о количестве лучистой энергии, поступающей на территорию.

Исходными материалами для описания радиационного режима территории и выполнения расчетов являются данные о количестве прямой (S′), рассеянной (D), суммарной радиации (Q) и радиационного баланса (B), которые помещены в табл. П1 (прил. Б).

Расчет месячных сумм ФАР целесообразно представить по форме табл. П1 (прил. А).

Рост, развитие растений, формирование урожая зависят также от длины светового дня, от освещенности растений солнцем. Поэтому при оценке радиационного режима нужно указать продолжительность солнечного сияния в целом за год и за период активной вегетации. Исходные данные помещены в табл. П2 (прил. Б).

После окончания расчетов следует сделать вывод о световых условиях вегетационного периода.

При характеристике термического режима необходимо оценить термические ресурсы территории. Под ними понимают то количество тепла, которым располагает территория, где произрастают сельскохозяйственные культуры. Поэтому при характеристике термических ресурсов территории указывается время возобновления весенней вегетации озимых, плодовоягодных и древесных культур, которое обычно совпадает с устойчивым переходом среднесуточной температуры воздуха через +5 °С. Следует определить продолжительность периодов вегетации и активной вегетации (начало периода активной вегетации совпадает с датой перехода средней

6

суточной температуры через +10 °C), а также сроки их окончания. Окончание этих периодов совпадает с датами устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха осенью через +5 °C и +10 °C соответственно.

Для оценки термических ресурсов территории применяются и другие показатели теплообеспеченности, одним из которых является сумма активных температур. Активной называют среднюю суточную температуру воздуха после ее перехода через биологический нуль развития данной культуры. Обычно в качестве показателя теплообеспеченности используют сумму температур больше 10 °С. По сумме активных температур следует определить, к какому тепловому поясу необходимо отнести данный регион по шкале теплообеспеченности (табл. 1.1). Исходные материалы для выполнения этой части работы содержатся в табл. П3–П7 (прил. Б). Форма записи рабочих материалов приведена в табл. П2–П4 (прил. А).

Таблица 1.1

Шкала теплообеспеченности

Для более полной характеристики термического режима нужно указать среднюю температуру самого теплого месяца, время окончания последних заморозков весной и начало первых осенью (среднюю, самую раннюю и самую позднюю даты), а также среднюю, наименьшую и наибольшую продолжительность безморозного периода. Необходимые данные содержатся в табл. П3–П6 (прил. Б).

Степень изменчивости температуры в окрестности станции в течение года оценивается по максимальной и минимальной температуре воздуха (табл. П4, П5, прил. Б). При описании термического режима территории следует охарактеризовать также условия перезимовки озимых и плодо- во-ягодных культур, для чего проводится оценка степени суровости зим. Степень суровости зим определяется по средней месячной температуре самого холодного месяца (табл. П3 прил. Б) с помощью табл. 1.2.

Используя проведенные расчеты, описать термические ресурсы территории.

Для оценки режима увлажнения территории используется среднее многолетнее количество осадков, которое дает представление о 50%-ной обеспеченности территории осадками больше или меньше этой величины.

Зная потребность растений в осадках за определенный период времени (месяц, сезон) и обеспеченность такого их количества, можно сделать

7

вывод о возможности возделывания той или иной культуры на данной территории, о необходимых агротехнических мероприятиях по сбережению влаги, размере дополнительного водоснабжения путем орошения и т. д.

Для описания режима увлажнения территории следует построить график месячного количества осадков, который обычно представляется в виде гистограммы. Исходные данные для построения гистограмм по нужной

процентное отношение к годовому количеству. Необходимо вычислить, какое количество осадков (в %) выпадает за вегетационный период (с апреля по октябрь).

Однако оценка условий увлажнения только по количеству выпадающих осадков недостаточна, так как при одинаковом количестве осадков, выпадающих в разных районах, влагообеспеченность посевов может быть разной. Например, на Кольском полуострове и в Заволжье в Саратовской области выпадает 350 мм осадков, но Кольский полуостров относится к зоне избыточного увлажнения, а Заволжье – к засушливой зоне, что объясняется разной величиной испаряемости в данных районах. Поэтому

8

при оценке условий увлажнения используются разные косвенные показатели, представляющие собой соотношение количества выпадающих осадков и испаряемости.

Чаще всего для оценки влагообеспеченности вегетационного сезона применяются гидротермический коэффициент (ГТК) Г. Т. Селянинова (формула 3) и коэффициент годового увлажнения (K) Д. И. Шашко (формула 4):

где r – сумма осадков за период с температурой выше 10 °С, мм; ∑t>10 – сумма активных температур за тот же период;

где r – годовая сумма осадков, мм; d – годовая сумма среднесуточного дефицита влажности воздуха.

Далее по рассчитанным коэффициентам следует определить степень засушливости климата с помощью табл. 1.3.

При написании этого раздела также необходимо указать некоторые характеристики влажности воздуха. Для этого рекомендуется построить графики годового хода упругости водяного пара и относительной влажности, оценить влагосодержание атмосферы и относительную влажность зимой и летом. Исходные данные содержатся в табл. П9–П12 (прил. Б).

Влагообеспеченность вегетационного периода зависит от наличия снежного покрова. По его высоте и плотности определяют запасы воды

вснеге, которые при благоприятной метеорологической обстановке могут существенно повысить количество продуктивной влаги в почве. Поэтому

вописании целесообразно указать высоту снежного покрова на конец февраля (табл. П13, прил. Б).

Используя построенную гистограмму (годовое количество осадков) и проведенные расчеты, нужно описать режим увлажнения территории. При написании данного раздела рекомендуется сначала привести основные агроклиматические показатели влагообеспеченности по форме

9

(табл. П5 и П6, прил. А), после чего характеризовать условия увлажнения территории. Материал для выполнения данного раздела работы содержится в табл. П8–П13 (прил. Б).

При характеристике ветрового режима описывается повторяемость разных направлений ветра за год и по сезонам. Необходимые данные содержатся в табл. П14–П16 (прил. Б).

Для анализа повторяемости разного направления ветра используют особый график, называемый розой ветров.

Для построения розы ветров рассчитывается повторяемость ветра для каждого из восьми румбов, т. е. вычисляется, сколько раз повторялось то или иное направление ветра за данный период. Полученные величины выражаются в процентах от общего числа наблюдений. Число повторяемости штиля в 100% не входит. Повторяемость разного направления ветра по метеостанции Саратов в среднем за год приводится в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Направление ветра и среднее число повторяемости штиля, %

Помимо повторяемости важное значение для агронома имеет оценка скорости ветра. С этой целью строится график годового хода скорости ветра и дается его анализ. Кроме того, следует указать повторяемость

10