11 месяцев назад
Нету коментариев

Сведения о термических ресурсах вегетационного периода не­обходимы для решения самых разнообразных вопросов сельскохо­зяйственного производства. Например, они используются для определения сроков сева различных по теплолюбивости культур, подсчета количества тепла, накапливаемого в данном месте за раз­ные отрезки времени или межфазные интервалы, для оценки обес­печенности теплом растений и т. д.

 

Методы оценки термических ресурсов

В некоторых работах для оценки теплового состояния воздуха и почвы предложено использовать непосредственно радиационные характеристики, выраженные в тепловых единицах — калориях.

М. И. Будыко, изучая связь радиационного баланса с некото­рыми физико-географическими характеристиками, указал на тес­ную зависимость между радиационным балансом за год и суммой температур выше 10°. На рис. 1 приведен график, построенный М. И. Будыко на основании данных большого числа пунктов, рас­положенных на разных материках земного шара. Позднее подобный график был построен для территории Западной Сибири В. В. Ор­ловой. Графики такого типа показывают, что радиационный баланс хорошо коррелирует с суммой температур воздуха за веге­тационный период. Однако эта зависимость проявляется лишь по многолетним данным для станций, расположенных на больших территориях. По отдельным годам для одного пункта эта зависи­мость не проявляется, т. е. она представляет преимущественно про­странственную, а не временную характеристику.

Связь радиационного баланса за год с суммами температур за вегетационный период

Связь радиационного баланса за год с суммами температур за вегетационный период

В целом на современном этапе развития агроклиматологии для роста и развития сельскохозяйственных культур величина радиа­ционного баланса и другие радиационные характеристики исполь­зуются редко. Это можно объяснить двумя главными причинами:

1) недостаточностью материалов по радиационным характери­стикам как во времени, так и в пространстве по сравнению с ма­териалами -стандартных агрометеорологических наблюдений;

2) слабой изученностью связей роста и развития сельскохозяй­ственных растений с радиационными величинами и, как следствие этого, отсутствием агроклиматических показателей, связывающих эти величины.

Среди методов оценки термических условий по температуре среды известен метод американского ботаника и эколога Ливингстона, предложенный в 1921 г. Он определил термофизиологиче­ские константы, которые в относительных величинах характери­зуют прирост растений при различных температурах.

Для своей работы Ливингстон использовал материалы опытов по выявлению воздействия температуры воздуха на рост пророст­ков кукурузы. По данным этих опытов оказалось, что при тем­пературе 4,5° прирост растений кукурузы составил 0,009 мм/час, при температуре 20,0° — 0,414 мм/час, а при температуре 32,0° — 1,11 мм/час. Принимая прирост при температуре 4,5° условно за термофизиологический индекс, равный единице, и деля прирост при всех других температурах на 0,009 мм/час, Ливингстон полу­чил значение термофизиологических констант (индексов). Так, при 20,0° термофизиологическая константа оказалась равной 46,0, при 32,0е она равнялась максимальному значению— 123,3. Это означает, что при 20,0° прирост кукурузы в 46 раз, а при 32,0° в 123,3 раза больше, чем при тем­пературе 4,5°.

В табл. 2 представлены термофизиологические ин­дексы Ливингстона для раз­личных температур. Из этих данных видно, что скорость прироста существенно зави­сит от величины темпера­туры. При этом высокие тем­пературы оказывают такое же тормозящее действие на прирост, как и низкие (например, ин­дексы при температурах 43 и 11° одинаковы).

t_002

Для характеристики термического режима, по Ливингстону, нужно по средним суточным температурам найти термофизиологи­ческие индексы и суммировать их за вегетационный период. Эти суммы и должны, по мнению Ливингстона, выражать термические ресурсы территории для растений.

А. В. Федоров отмечает, что по существу метод Ливингстона представляет не что иное, как замену средней суточной темпера­туры воздуха другой термической единицей (сопоставление карт сумм термофизиологических индексов с картами сумм температур за одни и те же периоды показывает, что изолинии на этих кар­тах идут в основном параллельно). К недостатку метода следует отнести тот факт, что термофизиологические константы определены только для прироста проростков кукурузы. Поэтому неправомерно считать, что термофизиологические индексы одинаковы для осталь­ных фаз развития кукурузы и других культур.

Интересный метод оценки тепловых возможностей территории был предложен Д. Ацци в 1926—1927 гг. Потребность в тепле сельскохозяйственных культур Ацци выражает метеорологическими эквивалентами, которым он дал следующее определение: «Метео­рологические эквиваленты, как термические, так и плювиометриче-ские, обозначают количество градусов температуры или миллимет­ров осадков, отличающее нормальные условия от условий, при­знанных ненормальными, как в сторону их избытка, так и в сто­рону их недостатка».

По Ацци, для различных межфазных интервалов эти эквива­ленты разные. Например, для пшеницы за период от колошения до созревания эквиваленты равны 14 и 24°. Это означает, что в дан­ных интервалах средних температур за указанный межфазный пе­риод условия для роста и развития пшеницы нормальные, а недо­статок тепла при температурах ниже 14° и избыток тепла при температурах выше 24° создают неблагоприятные условия.

Используя найденные метеорологические эквиваленты, Ацци далее оценил климатические факторы и, в частности, тепло для различных культур. С этой целью он составил так называемые климоскопы, которые представляют собой определенным способом обработанные метеорологические данные. Способ обработки за­ключается в том, что все метеоданные осредняются за соответст­вующие межфазные интервалы. В табл. 3 представлен климоскоп, составленный по температуре воздуха от колошения до созревания. Сопоставляя данные этого климоскопа с метеорологическими эквивалентами (14 и 24°), можно сделать следующие выводы:

1) в течение двух лет за период от колошения до созревания пшеницы наблюдался избыток тепла (средняя температура воздуха была выше 24°);

2) в течение двух лет для пшеницы наблюдался недостаток тепла (средняя температура воздуха за указанный период была ниже 14°);

3) в течение шести лет термические условия для развития пше­ницы были благоприятными.

t_003

Полученные выводы Ацци предлагает записывать кратко в виде формулы: ИТIV 2, HTIV2. Такая форма записи означает, что в IV межфазном периоде (от колошения до созревания) из 10 лет два года были с избытком тепла (ИТ), а два года — с недостат­ком тепла (НТ). Следовательно, в остальные годы (6 лет) терми­ческие условия были нормальными.

Таким способом Ацци произвел оценку климатических условий за главные межфазные периоды вегетации для пшеницы. Указан­ную форму записи он предложил назвать формулой климатиче­ских условий для пшеницы.

Для другой культуры по выделенным межфазным интервалам необходимо составить свой климоскоп и сопоставить его с метео­рологическими эквивалентами этой культуры. Это даст возмож­ность затем составить для нее свои формулы климатических усло­вий, отражающие степень благоприятствования среды.

Из изложенного следует, что Ацци отказывается от обычных средних величин в климатологии и весь материал метеорологиче­ских наблюдений предлагает обрабатывать каждый раз заново для новой культуры. Отметим, что Ацци первый в агроклиматологии для оценки климатических условий применил повторяемость эле­ментов.

В 30-х годах Г. Т. Селяниновым были получены основные агро­климатические характеристики, которые использовались им, а позд­нее и другими исследователями для агроклиматической оценки термических ресурсов вегетационного периода.

Селянинов дал важное определение вегетационного периода, . считая, что начало его совпадает с моментом заметного роста ра­стений. Он писал: «…каждый вид, а может быть, и сорт растений начинает практически заметно вегетировать при какой-то опреде­ленной температуре, заканчивая вегетацию при той же темпера­туре». (Здесь имеются в виду растения, использующие весь кли­матически обусловленный вегетационный период.)

Проанализировав многочисленные фенологические наблюдения за полевыми, огородными и многолетними растениями, Селянинов получил интересные результаты, которые позволили ему утвер­ждать, что за климатологический признак начала вегетации не­требовательных к теплу озимых культур и некоторых других зла­ков следует принять время устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 5° весной; для среднетребовательных к теплу культур начало вегетации определяется переходом темпе­ратуры через 10°, а для теплолюбивых культур — через 15°.

За климатологический признак окончания вегетации следует принять, по Селянинову, соответственно время устойчивого пе­рехода средней суточной температуры воздуха через 5, 10 и 15° осенью. Необходимо указать, что в то время, когда Селянинов предлагал вышеуказанные климатические признаки вегетацион­ного периода, еще недостаточно был изучен вопрос о биологиче­ском нуле развития большинства растений.

Одной из важных агроклиматических задач является оценка термического режима упомянутых выше вегетационных периодов. Ф. Ф. Давитая отмечает, что еще на заре возникновения метеоро­логии Реомюр пытался суммами температур характеризовать термические ресурсы территории. Позднее способ суммирования температур был широко применен Бусенго, Гаспареном и Декандолем.

Обоснованию применения сумм активных температур в каче­стве агроклиматического показателя большое внимание уделил Се­лянинов. Он писал: «Сумму температур за вегетационный период или за какую-либо часть его можно рассматривать как прибли­женный интеграл всех воздействий термического фактора на расте­ние за период вегетации, как простой и удобный климатический показатель термических ресурсов вегетационного периода… Прак­тика показала, что суммы температур незаменимы при опреде­лении вероятного времени наступления биологических явлений. Они еще более незаменимы в сельскохозяйственной климато­логии».

Необходимо отметить, что суммы температур как агроклима­тический показатель термических ресурсов неоднократно подвер­гались острой критике со стороны ботаников и физиологов. Эта критика была обоснована следующими положениями.

  1. В соответствии с фотопериодизмом сельскохозяйственные растения могут удовлетворяться большими или меньшими сум­мами температур для своего развития, в зависимости от того, на какой широте и в какие сезоны года они произрастают.
  2. В соответствии с законом оптимума разные уровни темпе­ратур воздуха по своему воздействию на растения не одинаковы. Между тем при использовании сумм температур предполагается прямая зависимость между развитием растений и температурой.

Учитывая эту критику, многие исследователи подвергли осно­вательному изучению данную проблему. Селянинов и Давитая провели обстоятельное климато-экологическое исследование ряда культур по материалам Всесоюзного института растениеводства. Они пришли к выводу, что в период вегетации растений на территории СССР и ряда других стран очень редко наблюдаются тем­пературы выше оптимума. По их данным, уровень оптимальных температур для большинства культур достаточно высок и нахо­дится в пределах 28—32°.

Давитая, изучая потребность в тепле винограда, выделил по этому признаку пять экологических групп:

sh_004

По его мнению, суммы температур за определенные фенологи­ческие периоды характеризуются достаточной устойчивостью. Он пишет: «Вегетационный период меняется в широких пределах, а сумма температур остается относительно постоянной при усло­вии, если учтены другие факторы, влияющие в свою очередь на прохождение отдельных стадий развития».

В качестве примера Ф. Ф. Давитая приводит данные из работы А. В. Федорова для позднеспелого овса (сорт Верхняченский 054):

sh_005

При изменении продолжительности периода на 35 дней сумма температур меняется только на 18° (473—455°).

Как видно из этих данных, длительность вегетационного пери­ода может изменяться в больших пределах, между тем суммы тем­ператур достаточно устойчивы и являются поэтому ценным пока­зателем термического режима.

П. И. Колосков, изучая роль температуры в биологических про­цессах, пришел к выводу, что для развития растений основным метеорологическим фактором является температура, а рост и уро­жай культуры определяются комплексом факторов. Он прямо указывает, что суммы температур, рассчитанные как для всего ве­гетационного периода, так и его отдельных частей, вполне пра­вильно отражают потребность растений в тепле и ими можно поль­зоваться в агрометеорологии и агроклиматологии. Однако, по его мнению, необходимы более детальные и специальные биоклимати­ческие исследования, которые дадут возможность найти более точ­ные константы для отдельных фаз развития растений.

А. А. Шиголев при разработке методов прогноза фаз развития культур показал, что в определенных температурных пределах су­ществует прямолинейная связь скорости развития растений с сум­мами эффективных температур и что суммы температур за меж­фазные и вегетационные периоды являются хорошими агроклима­тическими показателями.

Исследуя колебания сумм температур за вегетационный период яровой пшеницы, Д. И. Шашко заключает, что эти колебания зна­чительно меньше, чем колебания продолжительности межфазных периодов (коэффициент вариации для сумм вдвое меньше, чем для длительности периодов). Это позволило ему сделать вывод, что суммы температур за период вегетации являются более цен­ными агроклиматическими показателями, чем сама продолжитель­ность периодов.

Из всего вышеизложенного следует, что сумма температур яв­ляется достаточно надежным показателем развития растений и термических условий среды. Отметим, что ею удобно пользоваться и ее просто рассчитывать.

Прежде чем перейти к оценке термических ресурсов нашей страны с использованием сумм температур, остановимся несколько подробнее на таком важном вопросе, как потребность растений в тепле.

 

Потребность растений в тепле и оценка термических ресурсов по температуре воздуха

Потребность растений в тепле выражают биологической сум­мой температур, под которой понимают сумму среднесуточных температур воздуха за период вегетации данной культуры от на­чала роста до созревания в пределах границ ее ареала.

В табл. 4 представлена для основных культур потребность в тепле, выраженная биологическими суммами температур на ши­роте 55°, принятая в настоящее время для практического пользо­вания.

t_004

t_004_a

t_004_b

t_004_c

t_004_d

t_004_e

Фотопериодизм растений учтен поправкой, указанной в графе 6. Для растений длинного дня поправка на фотопериодизм имеет отрицательный знак. Это означает, что с продвижением данного растения к северу от 55° с. ш. его биологическую сумму темпера­тур необходимо уменьшить на соответствующую величину с учетом разницы широт. Если же это растение произрастает южнее 55°, знак поправки следует изменить на обратный.

Для растений короткого дня поправка имеет положительный знак. Это означает, что с продвижением данной культуры к северу от широты 55° биологическая сумма должна быть увеличена на определенное число в соответствии с разницей широт. Так как культуры короткого дня с продвижением к югу ускоряют свое развитие, их биологические суммы в таких случаях следует умень­шать, для чего нужно брать ту же поправку с обратным знаком. Для растений, нейтральных к длине дня, поправка на широту равна 0°. Например, биологическая сумма температур яровой пше­ницы сорта Гарнет за период посев—восковая спелость составляет 1400°. Учитывая поправку для этой культуры на длину дня (—20° на 1° широты), можно определить, что на широте 65° этому сорту за этот же период вегетации потребуется сумма температур 1200°, а на широте 45°— 1600°.

Исследования изменчивости биологических сумм, проведенные С. А. Сапожниковой и Д. И. Шашко, показали, что они меняются в зависимости от континентальности. Эта зависимость наиболее ярко выражена на территории Восточной Сибири. Поэтому для этой территории в расчеты сумм вводят еще поправку на континентальность, которая в среднем равна —100°. Необходимость введе­ния такой поправки обусловлена следующим. При возрастании континентальности климата существенно изменяется соотношение дневных и ночных температур, т. е. возрастают дневные и понижа­ются ночные температуры, вследствие чего увеличиваются суточ­ные амплитуды температуры воздуха. По исследованиям Сапож­никовой, средние температуры воздуха в 13 часов в Восточной Сибири выше на 1—2° по сравнению с Западной Сибирью и Евро­пейской территорией СССР. Поэтому растения Восточной Сибири, используя большее дневное напряжение тепла и находясь под влия­нием больших суточных амплитуд, созревают при меньших (на 100—150°) суммах температур.

Потребность культур в тепле и ресурсы тепла, помимо биоло­гических температур, часто выражают суммами активных и эффек­тивных температур.

Активной называют среднюю суточную температуру воздуха после ее перехода через биологический нуль развития данного рас­тения. Следовательно, для получения сумм активных температур за межфазный период или весь период вегетации необходимо сло­жить все средние суточные температуры данного периода.

Эффективная температура — это разница между средней суточ­ной температурой и биологическим нулем данной культуры. А. А. Шиголев настойчиво предлагал использовать сумму эффек­тивных температур как показатель скорости развития растений умеренных широт.

Основная разница между указанными суммами состоит в ме­тоде обработки: при подсчете сумм эффективных температур ниж­ний предел развития растений за каждые сутки вычитают из средней суточной температуры, в то время как при подсчете сумм активных температур используют всю величину средней суточной температуры. По сравнению с активными температурами суммы эффективных температур используются более редко. Основная трудность при использовании сумм эффективных температур за­ключается в необходимости знать величину оптимальных температурных границ у конкретных сортов и видов растений в течение вегетационного периода.

Исследования в этом направлении были начаты свыше 100 лет назад Гаспареном, Декандолем, Бабине и некоторыми другими учеными. Однако и в настоящее время точная величина оптималь­ных температурных пределов развития многих растений не уста­новлена.

За биологический нуль развития яровых хлебных злаков Гас-парен (1844 г.) предложил принимать температуру 5° С. Эта вели­чина и ныне считается нижним пределом, ограничивающим разви­тие большинства культурных и дикорастущих растений. У тепло­любивых культур за биологический нуль принята более высокая температура (10—12° у кукурузы, сои, сорго, проса и т. д.). В лю­бых случаях предполагается, что величина биологического нуля у всех растений сохраняется на одном уровне в течение всего он­тогенеза.

Как показали последние исследования 3. Д. Баранниковой, растения в процессе индивидуального развития отличаются раз­ной потребностью в тепле. Поэтому величина оптимальных темпе­ратурных границ (как верхней, так и нижней) изменяется на каж­дой стадии развития растений. Невысокие на стадиях яровизации и световой, показатели биологического нуля и оптимальной макси­мальной температуры, увеличиваясь, достигают своего предела в период формирования генеративных органов (третья и четвертая стадии развития). Характер диапазона эффективных температур, определяемый переменными в онтогенезе значениями биологиче­ского нуля и оптимальной максимальной температуры, формиру­ется экологическими условиями среды и биологическими особенно­стями сорта. Таким образом, для правильного определения сумм эффективных температур необходимо знать изменчивые в онтоге­незе оптимальные температурные границы существования данного растения.

Учитывая указанные недостатки метода сумм эффективных температур, в агрометеорологии для характеристики термического режима более часто используют суммы активных температур выше 5, 10, 12 и 15°.

Для оценки общих термических ресурсов используют сумму ак­тивных температур выше 10°, так как при температуре 10° и выше активно вегетирует большинство растений. Средние многолетние суммы температур подсчитываются графическим методом. Метод расчета изложен в курсе общей климатологии.

Поскольку ресурсы тепла определяются суммами активных тем­ператур в пределах 10°, а потребность растений в тепле выража­ется биологическими суммами (табл. 5), возникает необходимость перехода от одних сумм к другим. Такой переход (приведение) вы­полняется введением так называемой климатической поправ­ки (или климатической разницы). Возможно несколько вари­антов решения этой задачи; схематически они представлены на рис. 2.

t_005

Возможные варианты при определении климатической разницы в суммах температур

Возможные варианты при определении климатической разницы в суммах температур

В первом случае климатическая поправка равна 0, так как тем­пература начала роста и созревания равна 10°, и, следовательно, биологическая сумма совпадает с климатической.

Во втором случае биологическая сумма больше климатической. Это увеличение обусловлено тем, что температура начала роста равна 5°, и, следовательно, для приведения необходимо сумму температур, накопившуюся весной за период 5—10°, вычесть из биологической суммы. Для этой цели достаточно среднюю темпе­ратуру за этот период умножить на число дней периода, опреде­лив таким образом климатическую поправку.

В третьем случае биологическая сумма меньше климатической за счет того, что созревание культуры наступает при темпе­ратуре 15°. Поэтому необходимо определить число дней в периоде от даты перехода через 15° до даты перехода через 10° осенью и среднюю температуру этого периода. Произведение этих двух величин даст искомую климатическую поправку, которую необхо­димо прибавить к биологической сумме.

Четвертый случай подобен третьему, с той разницей, что кли­матических поправок здесь две (на весну и осень) и обе имеют положительный знак.

Отметим, что могут быть и другие варианты, но расчет попра­вок в принципе будет таким же, как и в рассмотренных случаях.

Подсчет средних многолетних сумм активных температур де­лают обычно графическим способом. Для этого строят график го­дового хода температуры воздуха методом равновесных площадей треугольников (метод гистограммы) или методом биссектрис уг­лов. Подробно эти методы изложены в пособиях по общей клима­тологии.

Гистограммы дают возможность получить ряд сведений, каса­ющихся оценки термических ресурсов территории. С их помощью можно определить даты перехода температуры воздуха через лю­бые градации (5, 10, 15° и т. д.), длину периода с соответствую­щими температурами, сумму активных и эффективных темпера­тур, начало и конец сезонов года, их продолжительность и пр. На рис. 3 показаны суммы активных и эффективных температур, представленные соответствующими площадями.

Годовой ход средней суточной температуры воздуха

Годовой ход средней суточной температуры воздуха

Для решения ряда задач в агроклиматологии часто используют метод подсчета сумм температур нарастающим итогом. В табл. 5 представлен подсчет таких сумм для станции Одесса. По данным последней строки этой таблицы построен график на­растающих сумм температур (рис. 4). По подобным графи­кам можно определить суммар­ное количество тепла на опре­деленную дату, количество теп­ла в пределах определенных температур, дату накопления определенного количества теп­ла и т. д.

Средние многолетние суммы активных температур выше 0 нарастающим итогом

Средние многолетние суммы активных температур выше 0 нарастающим итогом

Картирование сумм темпе­ратур позволяет судить о рас­пределении ресурсов тепла по территории. На территории нашей страны сумма активных температур выше 10° меняется очень резко (рис. 5). На севере (район Дудинка) она менее 500°, а на юге (Средняя Азия) превышает 5000°. В Европейской части изменчивость сумм несколько меньшая. Так, на Коль­ском полуострове сумма активных температур выше 10° равна. 600°, а на юге Одесской области 3400°. Приведенная карта отобра­жает средние термические условия. Суммы температур выше ука­занных на этой карте обеспечены на 50%, т. е. в 5 годах из 10 не наблюдаются суммы ниже указанных средних многолетних ве­личин.

Карта сумм активных температур выше 10

Карта сумм активных температур выше 10

Для более полной оценки возможности произрастания культур необходимо знать обеспеченность определенных величин сумм тепла в данной местности. Под обеспеченностью в общем смысле понимают суммарную повторяемость всех значений данного эле­мента выше или ниже определенного предела.

Ф. Ф. Давитая в 30-х годах разработал способ перехода от средних многолетних сумм активных температур к обеспеченности определенных сумм в отдельные годы. Изучая изменчивость сумм активных температур в отдельные годы по данным 44 станций, равномерно расположенных на территории Азии и Европы, он впер­вые построил кривые обеспеченности сумм активных температур для этих станций и типизировал их.

Последующие исследования вероятностных характеристик сумм температур позволили выделить для территории СССР три типа кривых обеспеченности сумм активных температур за период с температурой выше 10°, которые представлены на рис. 6.

Кривые обеспеченности вегетационного периода суммой температур выше 10

Кривые обеспеченности вегетационного периода суммой температур выше 10

Тип I характерен для районов с неустойчивым климатом, при котором наблюдается большая изменчивость сумм в отдельные годы. В этом случае кривая обеспеченности очень пологая. Этот тип отображает изменчивость сумм температур на Европейской территории СССР, в Средней Азии и Западной Сибири, т. е. на большей части Советского Союза.

Тип II характерен для районов с более устойчивым климатом (центральная часть Сибири). Кривая обеспеченности здесь менее пологая.

Тип III характерен для районов с устойчивым климатом (Во­сточная Сибирь и Дальний Восток), отличающихся большим по­стоянством сумм температур из года в год. В этом случае кривая очень крутая.

Погрешность расчетов по указанным кривым не превышает 2— 4%, что считается допустимым при решении различных задач в аг­роклиматологии.

Методы построения кривых обеспеченности подробно изложены в главе VI.

Используя кривые рис. 6, можно определить, какие суммы тем­ператур обеспечены в 90, 70% лет и т. д.; или же, зная сумму тем­ператур, необходимую для вызревания какой-либо культуры, оп­ределить, как часто она может вызревать в данном месте.

Рассмотрим пример.

Для вызревания кукурузы среднеспелого сорта необходима сумма активных температур выше 10°, равная 2500°. Найти обеспеченность ее теплом в районе Саратова, Актюбинска и Омска, где средняя сумма этих температур соответ­ственно равна 2600, 2700 и 2000°.

Прежде всего найдем разницу между суммой 2500° и указанными средними суммами:

2500°—2600°= —100°,

2500° — 2700°= —200°,

2500° —2000°= —500°.

По кривой (тип I) рис. 6 определяем обеспеченность вычисленных отклоне­ний, соответственно получая 68, 78 и 1 %. Это означает, что в районе Саратова кукуруза данных сортов в 7 годах из 10 обеспечена теплом, а в районе Актю­бинска— в 8 годах. В районе Омска кукуруза практически не обеспечена теп­лом для полного созревания.

Для удобства расчетов, используя кривые обеспеченности, можно составить номограммы или таблицы. Данные табл. 6, на­пример, следует понимать так: при средней сумме 3600° последняя изменяется в отдельные годы от 3000 до 4200°, т. е. в этом районе не бывает лет с суммой температур менее 3000° и более 4200°. На 70% обеспечена сумма более 3500°, т. е. в 7 годах из 10 в этом районе имеют место суммы температур не ниже указанной вели­чины.

t_006

Используя таблицы или графики обеспеченности сумм темпе­ратур, можно по картам средних многолетних сумм температур, обеспеченность которых равна 50%, построить карты любой дру­гой обеспеченности. Такие карты применяются для агроклимати­ческого районирования сельскохозяйственных культур.

Например, необходимо на данной территории провести изолинию, которая ограничила бы участок, где созревание данной культуры обеспечено на 80%.

Решить эту задачу можно двумя способами.

Способ 1. Составляют карту сумм температур, обеспеченных на 80%. Для этой цели данные на карте средних многолетних сумм температур можно умень­шить на величину отклонений (обеспеченность которых 80%), снимая их с соот­ветствующих графиков обеспеченности. Далее, зная, что для созревания данной культуры необходима, например, сумма температур 1800°, на карте проводят изолинию суммы температур 1800°, которая и будет границей 80%-ной обеспе­ченности теплом этой культуры.

Способ 2. Строят карту обеспеченности по территории суммы температур 1800°. Для этого по данным каждой станции, расположенной на изучаемой тер­ритории, определяют, исходя из значений средней многолетней суммы, обеспе­ченность величины 1800°. Полученные значения обеспеченности наносят на карту и через 10% проводят изолинии. Изолиния со значением 80% будет искомой границей обеспеченности теплом данной культуры.

Принято считать, что обеспеченность культуры теплом порядка 80—90% является хорошей, так как производственный риск в дан­ном случае невелик (10—20%). При обеспеченности культуры теплом на 50—70% необходимо применять значительные меры по улучшению термических условий. Если культура в данных есте­ственно-климатических условиях обеспечена теплом менее чем на 50%, ее возделывание не имеет смысла.

Характеристика термического режима той или иной местности не исчерпывается средними суммами за весь период вегетации и обеспеченностью сумм в отдельные годы. Для решения ряда во­просов необходимо знать, как быстро происходит накопление теп­ла весной и летом, чему равны суммы температур за отдельные отрезки вегетационного периода.

Ф. Ф. Давитая при изучении характера накопления тепла по территории СССР установил, что развитие весенних, летних и осенних процессов на больших пространствах идет закономерно. Эта закономерность обусловлена макропроцессами: притоком солнечной радиации, циркуляцией атмосферы и особенностями подстилающей поверхности. Поэтому темп нарастания тепла по территории меняется мало, он лишь сдвигается во времени. Выяв­ленная закономерность позволила Давитая разработать метод построения номограммы накопления сумм температур, который на­шел широкое применение. Таблицы, составленные по таким номо­граммам, помещены в справочниках по климату СССР, вып. 2. На рис. 7 приведен график-номограмма для районов целинных земель. На этом графике по оси X нанесены месяцы вегетацион­ного периода, а по оси У — средняя многолетняя температура выше 10°. В поле графика проведены изолинии, соединяющие точки оди­накового накопления тепла. Изолиния со значением «0» соответ­ствует началу периода с температурой выше 10°, а кривая, «замыкающая» рисунок справа,— концу этого периода. Графики такого типа можно использовать для решения различных задач.

Пример 1. Необходимо определить, на какое число в районе г. Акмолинска (где средняя сумма более 10° равна 2250°) накопится сумма температур выше 10°, равная 1500°.

На рис. 7 на оси ординат находим сумму 2250° и из этой точки восстанавли­ваем перпендикуляр до пересечения с кривой, значение которой равно 1500°. Из точки их пересечения опускаемся до оси абсцисс и получаем искомую дату — 4 августа.

Сроки накопления сумм температур в зависимости от сумм выше 10

Сроки накопления сумм температур в зависимости от сумм выше 10

Пример 2. Для созревания среднепоздних сортов кукурузы необходима сумма температур выше 10°, равная 2700°. Определить, созреет ли кукуруза до замороз­ков в районе г. Чапаевска (Казахстан), где средняя сумма температур равна 2900°, а заморозки в среднем прекращаются 8 мая и начина­ются 1 октября.

По графику (рис. 7) находим на оси ординат сумму температур, равную 2900°, и определяем, что переход через 10° приходится на 25 апреля, а необходи­мая кукурузе сумма 2700° накапливается к 13 сентября. Следовательно, куку­руза успеет созреть до осенних заморозков. Однако весенние заморозки прекра­щаются примерно через две недели после перехода средней суточной темпера­туры через 10°. Поэтому в начальный период вегетации кукуруза будет периоди­чески захватываться заморозками.

Из последнего примера видно, что заморозки могут укорачивать вегетаци­онный период. Вследствие этого для оценки ресурсов тепла (особенно при вы­ращивании теплолюбивых культур) необходимо учитывать даты начала и окон­чания заморозков и длительность безморозного периода.

Существенной характеристикой термического режима того или иного района является средняя температура самого теплого ме­сяца. Она часто определяет сельскохозяйственные возможности района, набор культур, качество продукции.

В заключение необходимо сказать о том, что агротехнические мероприятия приводят к значительному изменению климата при­земного слоя воздуха и почвы, так как под их влиянием форми­руются особенности микроклимата поля.

Выявлено, что отдельные приемы агротехники могут вызывать увеличение суммы температур на 200—400° по сравнению с сум­мами температур для обычных условий поля. Указанная измен­чивость перекрывает ежегодные изменения, связанные с макро­процессами, поэтому ее следует учитывать в сельскохозяйственной практике. Для этого необходимо определить микроклиматические поправки к суммам температур определенного климатического района и на их величину исправить средние многолетние суммы температур.

Например, в Ленинградской области благоприятные микроклиматические условия, вызванные приемами агротехники или местоположением поля (южный теплый склон), приводят к ежегодному увеличению сумм температур выше 10° на 300—350° по сравнению с полем на ровном и открытом месте. Следовательно, средняя многолетняя сумма температур более 10° в районе Ленинграда, равная 1800°, в условиях благоприятных «теплых» полей увеличивается до 2100—2150°. Эту более точную величину необходимо использовать при решении агроклимати­ческих задач применительно к условиям «теплых» полей.

Таким образом, в современной агроклиматологии оценка тер­мических ресурсов вегетационного периода по температуре воздуха производится на основе многих климатических характеристик, к которым следует отнести средние многолетние суммы темпера­тур воздуха выше 5, 10 и 15°, обеспеченность этих сумм и дина­мику накопления, уровень средних температур воздуха, длитель­ность безморозного периода, микроклиматические поправки и т. д.

 

Оценка термического режима растительного покрова

Указанные выше показатели и прежде всего суммы активных температур воздуха успешно используются при общем агроклима­тическом районировании территории СССР или ее крупных частей. Однако температура воздуха лишь приближенно характеризует действительные термические условия, создающиеся на поверхно­сти растений и внутри стеблестоя. По данным М. И. Будыко, тем­пература растений даже в условиях климата избыточного увлажне­ния может отличаться от температуры воздуха (высота 2 м) на величину, сравнимую с географической изменчивостью темпера­туры на расстоянии в несколько сотен километров. Причина этого существенного различия заключается в непосредственном нагреве солнечными лучами самих растений. Поэтому для более точной оценки термических ресурсов следует применять термические по­казатели самых фитоценозов. Это особенно важно при оценке термических ресурсов ограниченных территорий (района, отдель­ного хозяйства), когда необходимо использовать показатели теплообеспеченности, чувствительные к микроклиматической изменчиво­сти температуры на малых расстояниях.

Поскольку агрометеорология сейчас не располагает массовыми материалами наблюдений за температурой растений, последнюю Будыко предложил определять расчетным путем, исходя из сле­дующих соображений.

При наличии сомкнутого растительного покрова листья расте­ний обычно составляют основную часть деятельной поверхности, посредством которой осуществляется теплообмен с атмосферой. При таком допущении можно считать, что средняя температура листьев растений примерно равна температуре поверхности земли. Последнюю можно рассчитать по методу теплового баланса, ис­пользуя уравнение

f_003

где (0w—0) 13 — разность между температурой естественной под­стилающей поверхности и температурой воздуха на уровне будки в 13 часов, R — радиационный баланс, LE — затрата тепла на ис­парение, Вп — теплообмен в почве, р — плотность воздуха, D — коэф­фициент диффузии, ср— удельная теплоемкость воздуха при по­стоянном давлении, б — коэффициент, характеризующий свойства излучающей поверхности, а — постоянная Стефана—Больцмана.

Таким образом, по идее Будыко, температуру растительного по­крова можно в принципе вычислять по тепловому балансу подсти­лающей поверхности.

В связи с этим в ГГО была поставлена задача получить мас­совый расчетный материал по температуре деятельной поверхно­сти и на этой основе построить карты ее распределения. С этой целью Н. А. Ефимова построила серию карт средней температуры деятельной поверхности сомкнутого растительного покрова для каждого месяца теплого времени года. В расчетах величина D при­нималась равной 0,63 см/сек. 3. А. Мищенко данный метод исполь­зовала для детальной агроклиматической оценки термических ре­сурсов некоторых территорий (на примере Вологодской и Иркут­ской областей). Подробнее основные положения работы Мищенко рассмотрим в главе IV.

Хотя в большинстве агроклиматических исследований можно ограничиться оценкой средней температуры растительного покрова, в отдельных специальных исследованиях’ возникает необходимость детального изучения распределения температуры по высоте в пре­делах стеблестоя. Эта проблема теоретически рассмотрена М. И. Будыко и Л. С. Гандиным. Исследователи исходили из того, что если осреднить метеорологические параметры в растительном покрове по горизонтали, то температуру и удельную влажность воздуха растительного покрова можно считать зависящими только от высоты стеблестоя. В соответствии с этим можно записать уравнение теплового баланса для тонкого слоя в растительном покрове в виде равенства

f_004

где Q — суммарная солнечная радиация, I — эффективное излу­чение.

К указанному уравнению следует добавить зависимости членов теплового баланса от определяющих их факторов, а также соот­ношения, связывающие теплообмен и влагообмен между расти­тельным покровом и межлистным пространством с разностями тем­ператур и удельной влажностью на поверхности листьев и в воз­духе.

Совместное решение указанных уравнений при определенных граничных условиях позволяет получить нелинейное интегральное уравнение. При решении этого уравнения можно рассчитать зна­чение температуры растений на разных уровнях растительного по­крова. Практическое решение указанных уравнений в настоящее время ограничено недостаточной изученностью ряда параметров.

comments powered by HyperComments