4. Наблюдения с использованием технических средств

С развитием быстроходного наземного транспорта стали предприниматься фенологические исследования с использованием технических средств. В них частично еще сохраняются столь характерные для классической фенологии визуальные методы. Но человеческий глаз начинает заметно вытесняться физическими приборами, специальными фотоаппаратами и фотоэлектрическими приемниками. Аэровизуальные фенологические наблюдения с самолетов и вертолетов с успехом проводятся над лесами, болотами, тундрами, пустынями и культурными ландшафтами. Всегда удается улавливать сезонные структурные и цветовые различия. Первый этап в наблюдениях – разработка постоянного маршрута полета. Маршрут наносится на крупномасштабную карту местности. Полеты проводятся каждые 8-10 дней. Высота полета 60-100 метров. При аэронаблюдениях прекрасно выделяются все фенологические аспекты.

Наиболее перспективны для научных анализов и обобщений спектрофотометрические аэрометоды. Специальные приборы учитывают составляющие светового потока, исходящего от поверхности геокомплекса. При этом рассчитывается спектральный коэффициент яркости отдельных участков светового потока. Достоинства метода: этот метод объективен, не зависит от субъективных восприятий глаз отдельных наблюдений и позволяет получить точные количественные характеристики светового потока. Диапазоны радиационной чувствительности метода шире обычного светового.

Аэрофотографический метод фенологических наблюдений состоит в периодическом фотографировании ключевых участков на черно-белую, спектрозональную или цветную пленку. Документируются сезонные изменения в конфигурации и цветных свойствах наблюдаемого участка. Соблюдение стандартной методики метеорологических наблюдений при исследованиях вошло в кровь и плоть специалистов. Точно такое же положение было достигнуто в фенологии. Применение статистики уточняет фенолого-географические закономерности неулавливаемые визуально или логически. Специалисты фенологи обязанные владеть основами математической статистики.

Тема 6. Генерализация и моделирование фенологических закономерностей

План:

1. Математическое моделирование в фенологии

2. Пространственно – географические фенологические закономерности

3. Разногодично–временные фенологические закономерности

4. Фенологическая индикация

5. Фенологическое прогнозирование

1. Математическое моделирование в фенологии

Феноклиматические закономерности показались бы безнадежно сложными, если бы их описывали адекватно реальным соответствиям в природе, во всех бесконечных подробностях. Схематизация – выделение из бесконечного числа связей наиболее важных, характерных; а также удобное и сжатое описание феноклиматических закономерностей. Этим описанием обычно придают форму математических зависимостей. Процесс перевода физических и биологических представлений в математические выражения называется математическим моделированием. Математические модели служат могучим инструментом познания и природного прогнозирования.

Метеорологи и гидрологи разработали ряд математических моделей связи между сроками наступления некоторых абиотических сезонных явлений природы и основными определяющими их факторами среды. Эти формулы применяются при краткосрочных прогнозах весенних и осенних заморозков, ледостава и вскрытия рек…. Такие формулы и возможное их применение излагаются в руководствах по метеорологии и гидрологии. Сложнее моделировать взаимоотношения между абиотическими факторами среды и растительным и животным миром.

Важная задача в моделировании – установление кардинальных значений температурной среды. Кардинальное – выше и ниже, которых жизнь невозможна и тот температурный уровень, при котором жизнедеятельность биоты проявляется наиболее полно. У биоты каждого ландшафта кардинальные точки ее компонентов колеблются подчас в довольно широком диапазоне. Практика выработала ряд приближенных значений, прилагаемых к целым природным зонам. Для ландшафтов умеренного климатического пояса границами начала и конца активной жизнедеятельности биоты принят переход среднесуточной температуры воздуха через +5^оС весной и осенью. В агроклиматических справочниках помимо феноклиматического показателя в +5 широко используется переход среднесуточной температуры через +10, т.к. термические пороги многих с-х культур ближе к +10 (кукуруза, подсолнечник, бахчевые, томаты). Переход через +15 нередко используется как феноклиматический показатель начала лета. Однако известно, что чем дальше к северу и чем выше в горы, тем фенологическое лето наступает при более низких температурах. В зонах лесотундры и тундры периоды с устойчивым показателем температуры воздуха выше +15 отсутствуют вообще. Однако фенологически летний сезон в этих зонах выражен отчетливо.

Другой пример фенологического математического моделирования, широко используемый в практике – сумма положительных температур за какой-нибудь вегетационный или межфазный период организма, образованный положительными значениями среднесуточной температуры за определенное время. Начало отсчета –t выше порогового значения. Если за порог принять +5С, то отсчет начинается после перехода температуры через +5С (учитывается среднее многолетнее значение по сумме температур выше +5). Примеры: береза зеленеет при сумме температур в 100 градусов; черемуха зацветает при сумме температур в 210 градусов, сосна начинает пылить при 370 градусов, липе для цветения необходимы 1050 градусов, малина созревает при 1200 градусов.

В качестве показательной информации рассмотрим суммы температур для некоторых географических областей (теплообеспеченность и влагообеспеченность):

Астраханская область – 3400 градусов, сухо

Поволжье – 2800 градусов, засушливо

Волго-Вятский район – 1900 градусов, слабо засушливо

Узбекистан – 4300 градусов, сухо

Приморский край – 2600 градусов, слабо засушливо

Дальний Восток – 1800 градусов, влажно и слабо засушливо

Кольский полуостров – 600 градусов, влажно

Побережье Ледовитого океана - 300 градусов

Сопоставления данных по теплообеспеченности отдельных температур с потребностями в тепле отдельных видов растений и животных, позволяет судить о возможностях их разведения в тех или иных районах. Соответствие между фенологическими и термическими режимами дает возможность использовать метод сумм температур для проверки правильности записи фенодат.

В тропиках и субтропиках суммы температур в качестве феноклиматических показателей теряют свое значение. В средних и высоких широтах, в тех случаях, когда ведущим фактором сезонной динамики является температурный режим, использование в оперативной и научной работе для приближенного моделирования метод сумм температур, как показала практика, себя оправдывает. Для аридных территорий и районов, периодически испытывающих засухи, важное значение имеют показатели влагообеспеченности, которые позволяют установить сроки, тормозящие влияние недостатка влаги на сезонное развитие растений и сроки их перехода в летний покой и полупокой. Разными исследованиями в разных странах предложено несколько показателей влагообеспеченности. Один из простейших – гидротермический коэффицент (ГТК) основан на том, что испаряемость, т.е. расход влаги в ландшафтах, тесно коррелирует с уровнем температуры, т.е. показатель, учитывающий фактор влажности и термику. Он не универсален, т.к. мало пригоден для осенних и весенних месяцев.

В Западной Европе используют гелиотермический показатель, учитывающий длительность суточных фотопериодов в связи с термическим режимом.