Оценка теплого периода для определения оптимальных условий ведения сельского хозяйства на территории юга Западной Сибири

Более глубокое изучение индекса ГТК по югу Западной Сибири является рассмотрение изменения ГТК внутри вегетационного периода, а именно по летним месяцам (июнь, июль и август). Данные изображений изменения индекса ГТК по югу Западной Сибири для июня, июля и августа приведены на рисунках 5, 6 и 7.

Рисунок 5 - Изменение индекса ГТК по станциям юга Западной Сибири за июнь

При анализе рисунка 5, использовалась шкала классификации уровней тепловлагообеспеченности по ГТК [5]. Согласно шкале, оптимальные условия тепло-влагообеспеченности по индексу ГТК за июнь месяц оказываются незначительными. За последние 45 лет, линия осреднения показывает нам, что происходит увеличение индекса ГТК, что способствует собой увеличение тепловлагообеспеченности. Рост индекса ГТК начал наблюдается с 1982 года и по сегодняшний день наблюдается положительная тенденция роста. Таким образом, июнь месяц для юга Западной Сибири стал более влажным месяцем, где количество выпавших осадков превышает сумму температур. А так же обильные осадки, хорошо взаимодействуют с относительно высокими температурами, что способствует собой хорошему произрастанию сельскохозяйственных культур.

Июнь месяц считается очень важным месяцем в жизни зерновых культур, так как в это время происходит процесс опыления озимой пшеницы на территории Западной Сибири. Чередование осадков и высоких температур способствуют увеличению потенциального урожая озимой пшеницы. Было установлено, что так же с 1982 года происходило увеличение минимальных значений индекса ГТК, что способствовало собой сокращению засух в июне месяце. В общем, можно отметить, что прослеживается определенная цикличность для июня месяца. На рисунке 5, наглядно видно, что до 1982 года происходит уменьшение индекса ГТК, а именно его минимумов, для периода с 1960 по 1982 года включительно, приходится наибольшее количество засух в июне месяце. На этот период приходится основное число неурожаев, по причине гибели 20-30% ожидаемого урожая из-за ссыхания и невозможности при высоких температурах опыляться. Так же на этот период времени приходится относительно высокое значение ГТК, что в свою очередь вызывала избыточное увлажнение почвы. Это приводило к всевозможным заболеваниям сельскохозяйственных культур (образование плесени, гниение и др.).

Рисунок 6 - Изменение индекса ГТК по станциям юга Западной Сибири за июль

При анализе рисунка 6, использовалась шкала классификации уровней тепловлагообеспеченности по ГТК [1]. Согласно шкале, оптимальные условия тепло-влагообеспеченности по индексу ГТК за июль месяц оказываются существенными, по отношению к июню месяцу. За последние 45 лет, линия осреднения показывает нам, что особых изменений индекса ГТК не происходит. Преобладание оптимального индекса ГТК способствуют тому, что на территории Западной Сибири суммы положительных температур уравновешиваются с количеством выпавших осадков. В свою очередь, это объясняет то, что складываются благоприятные условия для дальнейшего роста и развития зерновых культур, а так же выращивания тепло и влаголюбивых растений, такие как, вишня, черешня и т.д. Оптимальные условия ГТК очень важны для сельскохозяйственных культур Западной Сибири. Так, например, оптимальное количество осадков способствует увеличению запасов влаги, а высокие температуры способствуют повышению транспирации растений, следовательно, возможно увеличение будущего урожая озимых культур. За период наблюдений по июлю месяцу индекс ГТК единично превышал оптимальные условия, в 1972 и 1979 годах значения ГТК были избыточные. Для Западной Сибири за июль месяц количество засух незначительно, но могут наблюдаться особо сильные засухи, так например 1974 и 1999 года. Засухи в июле могут наносить непоправимый вред сельскому хозяйству, так как эти засухи по продолжительности в общем количестве превосходят июньские засухи. Могут возникать возгорание зерновых культур, которые в свою очередь могут уничтожить целые поля озимой пшеницы. Несмотря на это, для Западной Сибири складываются благоприятные условия для жизни и развития сельскохозяйственных культур, в особенности озимой пшеницы.

Рисунок 7 - Изменение индекса ГТК по станциям юга Западной Сибири за август

При анализе рисунка 7, использовалась шкала классификации уровней тепловлагообеспеченности по ГТК [5]. Согласно шкале, оптимальные условия тепло-влагообеспеченности по индексу ГТК за август месяц оказываются незначительными. За последние 45 лет, линия осреднения показывает нам, что происходит уменьшение индекса ГТК, что способствует собой уменьшению тепловлагообеспеченности. С 1969 по 1973 год значение индекса ГТК соответствует условиям избыточного влагосодержания. Это говорит о том, что количество выпавших осадков кратно превосходило суммы положительных температур в этот период времени. Это приводит к тому, что уже готовый урожай подвергался действию процесса гниения в условиях избыточного индекса ГТК. А так же оказывало существенную проблему проведения сельскохозяйственных работ на полях [4]. Было замечено, что низкое значение ГТК, засуха, наблюдающееся в 1974 году является продолжением засухи с июля месяца. В основном, наблюдаются слабые кратковременные засухи, которые особого влияния на сельское хозяйство не оказывают. С 1989 года наблюдается уменьшение дисперсии индекса ГТК, но с увеличением минимальных значений индекса. Это объясняет тенденцию индекса ГТК, в сторону его уменьшения. В общем можно сказать, что август месяц является крайне нестабильным месяцем по индексу ГТК, он может быть и в зоне избыточности, а так же в зоне сильных засух. Но, в условиях последней тенденции, можно утверждать, что складываются более благоприятные условия для сельского хозяйства за последние 15 лет в августе месяце.

3.4 Пространственное изменение статистических характеристик индекса ГТК

В предыдущих главах были рассмотренные временные изменения индекса ГТК, его ход. В данном случае мы рассмотрим статистическое распределение характеристик в пространстве, а именно на исследуемой территории юга Западной Сибири. Данные статистические характеристики представляются на основе среднего индекса ГТК, его среднеквадратическое отклонение и тренд за 10 лет, находящиеся в приложении А (таблица А2). Данные изображения, пространственного распределения среднего значения индекса ГТК представляются на рисунках 10. 11, 12, за июнь, июль и август.

Рисунок 10 - Пространственное изменение среднего значения индекса ГТК по исследуемой территории за июнь месяц

Рисунок 11 - Пространственное изменение среднего значения индекса ГТК по исследуемой территории за июль месяц

Рисунок 12 - Пространственное изменение среднего значения индекса ГТК по исследуемой территории за август месяц

Согласна рисункам 10, 11 и 12 пространственного распределения среднего значения ГТК по территории юга Западной Сибири, использовалась шкала классификации уровней тепловлагообеспеченности по ГТК [1]. По полученным данным можно сказать, что на территории складываются благоприятные (оптимальные) условия тепловлагообеспеченности для обширных районов Западной Сибири, а именно Омской, Новосибирской областях, Красноярского края и Хакасии на протяжении всего вегетационного периода. Особо отметим, что для районов Алтайского края характерны на протяжении летних месяцев значительные уменьшение индекса ГТК. Вследствие, полученных результатов и опираясь на шкалу классификации индекса ГТК [5], на территории Алтая, наблюдается недостаточная величина тепловлагообеспеченности, а для юга - западных районов края (Рубцовск), наблюдаются засухи различных интенсивностей. По полученным средним значениям для Рубцовска, делаем вывод, что слабые засухи наблюдаются в июне, а засухи средней и сильной интенсивности в августе. Для июля характерно недостаточное значение индекса ГТК, возможно, это связано с тем, что июль месяц являются месяцем максимального развития конвективной облачности, а именно образования кучево-дождевых облаков локального характера.

Отклонение от среднего является мерой разброса множества данных во временном ряду данных. Чем больше временной ряд, тем точнее можно проследить природу изменчивости данной характеристики во времени. Данный временной ряд позволяет нам провести оценку среднего отклонения, т.к. временной ряд данной исследовательской работы составляет 45 лет. Данные изображения, пространственного распределения среднего отклонения индекса ГТК представляются на рисунках 13. 14, 15 за июнь, июль и август.

Рисунок 13 - Пространственное изменение среднеквадратического значения индекса ГТК по исследуемой территории за июнь месяц

Рисунок 14 - Пространственное изменение среднеквадратического значения индекса ГТК по исследуемой территории за июль месяц

Рисунок 15 - Пространственное изменение среднеквадратического значения индекса ГТК по исследуемой территории за август месяц

Согласно изолиниям пространственного распределения у_ГТК (рисунки 13-15) можно сделать предположение, что вся исследуемая территория юга Западной Сибири является зоной большой изменчивости данной величины за весь вегетационный период. Следовательно исходя из средних значений ГТК, на этой территории тепловлагообеспеченность по ГТК может быть избыточной, а также могут наблюдаться засухи слабой и средней интенсивности, в редких случаях могут наблюдать засухи сильной интенсивности. В результате, эти районы имеют существенные контрасты тепловлагообеспеченности за период исследования. Исключения наблюдаются в районе станции Рубцовск, где у_ГТК имеет наименьшие значения, в результате, могут формироваться оптимальные условия тепловлагообеспеченности, а также условия сильнейших засух, благодаря незначительному среднему значению ГТК. В общем, можно добавить, что районы Алтайского края должны обладать развитой системой ирригации земель, для предотвращения гибели сельскохозяйственной продукции под воздействием атмосферно-почвенных засух, особенно с сильными интенсивностями. Остальные районы юга Западной Сибири должны обладать большим комплексом мероприятий по сохранению урожая, т.к. эти районы подвержены как избыточному увлажнению, так и засухам различных интенсивностей.

Как говорилось в предыдущих главах, актуален вопрос изменчивости климата в будущем. Т.е. определения сценария развития климатических процессов: по увеличению аридности (сухости) или гумидности (влажности). Данная работа также преследует цель определения изменчивости климата во времени, а также ее распределение в пространстве. Для этого можно использовать тренд за десятилетний период. Данные изображения, пространственного распределения тренда за 10 лет, представляются на рисунках 16-18 за июнь, июль и август.

Рисунок 16 - Пространственная изменчивость тренда индекса ГТК (ед./за 10 лет) по исследуемой территории за июнь месяц

Рисунок 17 - Пространственная изменчивость тренда индекса ГТК (ед./за 10 лет) по исследуемой территории за июль месяц

Рисунок 18 - Пространственная изменчивость тренда индекса ГТК(ед./за 10 лет) по исследуемой территории за август месяц

По полученным данным из рисунков 16-18 можно сказать, что за последние 10 лет наибольшие изменения тепловлагообеспеченности в сторону увеличения сухости (аридности) наблюдается на востоке и юго-востоке Западной Сибири, а именно в Красноярском крае и Республике Хакасия. Тогда как, для большей части Западной Сибири существенных изменений тепловлагообеспеченности не наблюдается. Аналогичное распределение наблюдается и для трендов суммарных температур (см. п. 3.1). Следовательно, повышение сухости может быть связано с увеличением суммарных температур за летние периоды. Но для районов Красноярска эти тенденции являются очень важными, т.к. эти территории имеют значительную повторяемость избыточного индекса ГТК. Таким образом, повышение температур может привести к тому, что на территории Красноярского края будут преобладать оптимальные условия тепловлагообеспеченности, если эта тенденция сохранится и в будущем. Для районов Хакасии увеличение аридности может привести к возникновению продолжительных засух, различных интенсивностей. Возникает вопрос развития и совершенствования способов ирригации земель.

3.5 Изучение изменения континентальности климата на территории юга Западной Сибири и влияние на сельское хозяйство

Большие внутригодовые различия значений температуры -- следствие континентальности климата -- способствуют формированию на территории России зоны рискованного земледелия, для которой характерна значительная неустойчивость урожаев. Для современного изменения климата характерно уменьшение годовой амплитуды температуры, что ведет к уменьшению континентальности климата на территории земледельческой зоны Западной Сибири. На рисунке 8 приводится временное изменение годовой амплитуды температуры, осредненной по исследуемой территории, а также линия осреднения, которая показывает изменение времени.

Рисунок 8 - Годовая амплитуда температуры воздуха на юге Западной Сибири

Как видно из рисунка 8, многообразные экологические последствия на территории Западной Сибири привели к уменьшению амплитуды температуры воздуха до 4-6 °С за последние 45 летний период. Следует заметить, что максимальная урожайность зерновых культур на территории Европы достигнута в странах с наименее континентальным климатом -- в Ирландии и Нидерландах [8]. Следовательно, уменьшение континентальности климата на территории юга Западной Сибири приводит к благоприятным условиям для развития сельского хозяйства и получения высоких урожаев. Можно сделать вывод, что уменьшение индекса ГТК связано с уменьшением континентальности климата и преобладание влияния теплых и влажных воздушных масс на территории Западной Сибири.

На рисунке 9 приводится временное изменение среднемесячной температуры за январь, осредненный по исследуемой территории, а также линия осреднения, которая показывает изменение времени.

Рисунок 9 - Изменение среднемесячной температуры января Западной Сибири

В Сибирском федеральном регионе за период исследований, отмечено увеличение температуры зимой. Как показано на рисунке 9, температура воздуха января за последние 45 лет имеет положительную тенденцию, тренд равный (R²) 0,76. Т.е. происходит изменение качественных характеристик климата в положительную сторону. По этой причине, рекомендация о расширении клина озимой пшеницы на территории юга Западной Сибири является актуальной. Данные выводы подкрепляются исследованиями Ю.А. Израэль, О.Д. Сиротенко [4]. Их выводы говорят, что вероятность гибели озимых в последнем десятилетии уменьшилась почти в 2 раза. Это также говорит о тенденции улучшения условий перезимовки и возможности расширения здесь посевов озимых культур как более урожайных.

Таким образом, наблюдаемые в течение последних 45 лет изменения климата способствовали росту продуктивности сельскохозяйственных культур Западной Сибири. Положительные тенденции урожайности зерновых и зернобобовых культур за 1975-2005 гг. в 70% субъектов Российской Федерации, наблюдаемые даже в условиях экономических сложностей в стране, косвенно подтверждают это заключение [4].

Заключение

В результате исследования температурно-влажностного режима на юге Западной Сибири было выявлено, что территория находится в сравнительно оптимальных условиях тепло-влагообеспеченности в летний период. Большое количество выпадающих осадков, компенсируются большим количеством поступающего тепла, что в свою же очередь является благоприятным условием произрастания сельскохозяйственных культур на территории Западной Сибири.

По итогам проделанной работы по индексу ГТК было выявлено, что в целом для территории юга Западной Сибири среднее значение коэффициента ГТК равняется 1,01. Это говорит о том, что для территории юга Западной Сибири складываются оптимальные условия для разведения таких культур как: кукурузы, подсолнечников, рапса, а также сои. Следовательно, приводит к благоприятным условиям ведения сельского хозяйства в летнее время. При изменении ГТК во времени, выявляются некоторые периодичности хода индекса. В свою очередь, выдвинуты гипотезы периодичности ГТК синхронные с солнечной активностью, вулканической деятельностью, а также с явлением Эль-Ниньо.

Территория Западной Сибири имеет огромный потенциал развития аграрного комплекса, который зависит по большому счету от характера развития сценария изменения климата. По произведенному анализу можно сказать, что за 45 лет произошло небольшое увеличение сухости климата в летнее время. Это связанно с увеличением числа суммарных температур к количеству выпавших осадков. Вероятно, будет происходить незначительное иссушение почвы в весенние и летние месяцы. Все это будет обеспечивать более интенсивное нарастание биомассы, а в летнее время при увеличении затрат воды на транспирацию приведет к снижению влагозапаса в почве. Продуктивность кормов в Западной Сибири возрастает повсеместно. Произойдет увеличение зерна, в основном за счет Омской, Новосибирской области, Красноярского края. В условиях устойчивого потепления климата, в зоне оптимального увлажнения, наиболее эффективными мероприятиями станут замены сортов (гибридов) сельскохозяйственных культур на более позднеспелые, и более урожайные, а так же расширение посевов зерновых культур. В восточных районах европейской части России и в Западной Сибири из-за уменьшения вероятности вымерзания станет возможным расширение посевного клина озимых культур. Могут быть также расширенны посевные зоны особо ценных и дефицитных для России сельскохозяйственных культур: сои, подсолнечника, кукурузы и других. Более мягкие зимние условия позволят расширить границы садоводства к северу на 500 км. В зоне степного земледелия борьба с засухами станет еще более острой, а эффективность развития орошения и влагосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур - еще более высокой. Адаптация к потеплению климата потребует внедрения в этой зоне более засухоустойчивых культур и сортов сельскохозяйственных растений.

Новизной и оригинальностью работы является то, что изучение температурно-влажностного режима для юга Западной Сибири осуществляется с помощью индекса ГТК Селянинова и выявление взаимосвязи с другими явлениями природы. Выявление будущего развития климата с помощью индекса ГТК, а также, опираясь на полученные результаты, выработка рекомендаций для аграрного сектора юга Западной Сибири. Исследования требуют дальнейшего изучения температурно-влажностного режима, выявление других факторов, влияющих на изменение климата. Расширение базы данных, с помощью вовлечения новых станций на исследуемой территории, для изучения локальных изменений, обусловленных географическими факторами. Для более глубокого анализа необходимо сравнение других индексов тепло - влагообеспеченности между собой и их взаимосвязь природными процессами, а так же выбор оптимального индекса для территории юга Западной Сибири.

Список испльзованных источников и литературы

Книги двух авторов

1. Грингоф И.Г., Пасечнюк А.Д. / Агрометеорология и агрометеорологические наблюдения. - Л.: Гидрометеоиздат, 2005. - 551 с.

2. Хромов С.П., Петросянц М.А. / Метеорология и Климатология. - М.: МГУ, 2004. - 580 с.

Статьи из научного журнала

3. Сиротенко О.Д., Грингоф И.Г. / Оценка влияния ожидаемых изменений климата на сельское хозяйство Российской Федерации //Метеорология и гидрология, 2006.-№8.- С. .92-101.

4. Израэль Ю.А., Сиротенко О.Д. Моделирование влияния изменений климата на продуктивность сельского хозяйства России // Метеорология и гидрология, 2003.- №3. - С. .5 -17.

5. Зоидзе Е.К., Хомякова Т.В. / Основы оперативной системы оценки развития засух и опыт ее экспериментальной эксплуатации // ВНИИСХМ, 2002.-Вып.34. - С. 48-66.

Отчёты о научно-исследовательской работе

6. Уланова Е.С., Забелин В.Н. / Методы корреляционного и регрессионного анализа в агрометеорологии // Оценочный доклад об изменении климата, 1990.- С.148-150.

Книги одного автора

7. Гирс А.А. / Основы долгосрочных прогнозов погоды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 560 с.

Книги более трёх авторов

8. Гордеев А.В., Клещенко А.Д.,Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Биоклиматический потенциал России. - М.: Творчество научных изданий, 2006.-508 с.

Методические пособия

Оформление курсовых, дипломных и диссертационных работ: метод. рекомендации / сост.: С.М. Григорьевская, Е.Ю. Кичигина, В.С. Крылова; Том. гос. ун-т, Науч. б-ка, Библиогр. информ. центр. - Томск, 2009. - 50 с.

Стандарты

ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. - Взамен ГОСТ 7.1-84, ГОСТ 7.16-79, ГОСТ 7.18-79, ГОСТ 7.34-81, ГОСТ 7.40-82; введ. 2004-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 48 с. - (Система стандартов по информатизации, библиотечному и издательскому делу).

Электронные ресурсы

Ресурсы Internet

9. Электронная база метеорологических данных международного обмена:.ВНИИГМЦД [Электронный ресурс]:- URL: http://www.meteoinfo.ru (дата обращения 15.02.2010)

10. Электронная база данных солнечной активности по числу Вольфа [Электронный ресурс]: - URL: http://www.NASA.com (дата обращения 11.03.2010)

11. Greenhouse effect and climate change The Bureau of Meteorology contains a wide range of information on Australian climate and links to other useful sites [Электронный ресурс] Australia: - URL: http://www.bom.gov.au (дата обращения 14.04.2010)

Приложение А

Основные статистические характеристики индекса ГТК

Таблица А1 - Временные характеристики среднее значение (X_ср), мода (М_о), стандартное отклонение (у), тренд ГТК по югу Западной Сибири

Таблица А2 - Внутрисезонные характеристики: Среднее значение (X_ср), стандартное отклонение (у), тренд ГТК по югу Западной Сибири

Таблица А3 - Повторяемость (число случаев) условий ГТК на юге Западной Сибири

* Общее число случаев 135 (45 лет по 3 месяца)

Приложение Б

Ранговые значения индекса ГТК и чисел Вольфа (W)

Таблица Б1 - Ранговые значения индекса ГТК и числа Вольфа (W)

Приложение В

Характеристики температурно-влажностного режима на территории юга Западной Сибири

Таблица В1 - Временное изменение сумм температур воздуха (УT) по Западной Сибири

Таблица В2 - Временное изменение сумм осадков (УR) по югу Западной Сибири