Оцінка теплого періоду для визначення оптимальних умов ведення сільського господарства на території

Федеральне агентство з освіти

Томський державний університет (ТГУ)

Геолого-географічний факультет

Кафедра метеорології та кліматології

УДК 551.585

Допустити до захисту У ДАК

Зав. кафедрою метеорології

і кліматології

д-р фіз.-мат. наук, професор

Г.О. Задде

Випускна кваліфікаційна робота бакалавра

Оцінка теплого періоду для визначення оптимальних умов ведення сільського господарства на території півдня Західного Сибіру

020600 - Гідрометеорологія

Поляков Денис Вікторович

Керівник

канд.геогр.наук, доцент

І.В. Кужевская

Томськ 2010

Скорочення слів і словосполучень, часто застосовуються при оформленні роботи

Скорочення слів, часто вживані в бібліографічному описі творів друку

Зміст

Введення

1. Значення агрометеорологічних факторів у житті рослин

1.1 Радіаційний режим рослинності

1.2 Температурні і тепловий режим рослинності

1.3 Опади, вологість повітря і випаровування

2. Небезпечні для сільськогосподарського виробництва гідрометеорологічні явища в теплий період

2.1 Заморозки

2.2 Сильні зливи та град

2.3 Засухи, суховії і посушливі явища

3. Зміни температурно - вологісного режиму по території півдня Західного Сибіру

3.1 Дані дослідної роботи

3.2 Аналіз температурно - вологісного режиму по території півдня Західного Сибіру

3.3 Аналіз індексу ГТК по території півдня Західного Сибіру

3.4 Просторове зміна статистичних характеристик індексу ГТК

3.5 Вивчення зміни континентальності клімату по території півдня Західного Сибіру

Висновок

Список використаної літератури та джерел

Додаток А Основні статистичні характеристики індексу ГТК

Додаток Б Рангові значення індексу ГТК і чисел Вольфа (W)

Додаток В Характеристики температурно-вологісного режиму на території півдня Західного Сибіру

Введення

Питання зміни температурно - вологісного режиму території Західного Сибіру є актуальними, ними займаються багато інститутів і агрометеорологічні науково - дослідні установи країни, вони отримали широке відображення в популярній та науковій літературі, а також викликають значний інтерес у багатьох галузей народного господарства. Великий інтерес, до вивчення температурно-вологісного режиму проявляє сільськогосподарський сектор економіки країни.

Сільськогосподарська діяльність людини є найдавнішою формою використання ним природних ресурсів. При постійному зростанні чисельності населення планети Земля і, отже, потреб у продуктах харчування необхідне щорічне збільшення обсягів сільськогосподарського виробництва. Сільське господарство являє собою складну систему, пов'язану з біологічними особливостями сільськогосподарських культур і тварин, а також з конкретними природними умовами, в яких відбувається їх обробіток і вирощування.

Нестійкість погодних умов, зміна вологих років посушливими роками, суворих зим теплими викликають істотну міжрічної мінливість розмірів врожаю сільськогосподарських культур. Екстремальні умови погоди, широке поширення захворювань у рослин і тварин, масовий розвиток шкідників, а також забруднення навколишнього середовища завдають істотної шкоди аграрному сектору економіки та виробництва продовольства. Велика розмаїтість грунтово-кліматичних умов на території Росії дозволяє розвивати багатогалузеве сільське господарство. Відомо всім, що третина всіх посівів розташована в зоні гарантованих врожаїв. Тоді як на решті території можливі перезволоження грунту, посушливі райони і суворі зими.

У Росії температурно - вологісні умови мають величезне значення для сільського господарства. Основна маса сільськогосподарської продукції виробляється в природних природних умовах. Вплив сучасної зміни клімату на агрометеорологічні ресурси і продуктивність сільськогосподарського виробництва актуальна не тільки для Росії, але і для всього світу, особливо для Північної півкулі. Росгідромет вважає, що продовольча безпека Росії в найближчі десятиліття буде залежати від темпів і спрямованості посилюється процесу глобального потепління клімату.

Метою даної випускний кваліфікаційної роботою бакалавра є розгляд температурно - вологісного режиму території півдня Західного Сибіру, ​​посух і зміна клімату на території Західного Сибіру за критерієм амплітуд температур і середньомісячної температури. Розрахунок та дослідження проводилися за даними міжнародного обміну для шести станцій Західного Сибіру: Омськ, Барабинськ, Барнаул, Рубцовськ, Красноярськ та Мінусинськ. Для досягнення поставленої мети були сформульовані наступні завдання:

1) Скласти базу даних середньодобових значення температури повітря і сум опадів за 45-річний (з 1960 по 2005 рр..) Період спостережень по станціях;

2) Розглянути температурно - вологісний режим території;

3) Вивчити можливості індексу ГТК, як критерію температурно - вологісного режиму;

4) Підібрати критерії, що впливають на зміну континентальності клімату, що входять до сверхдолгосрочний агрометерологіческій прогноз.

1. Значення агрометеорологічних факторів у житті рослин

1.1 Радіаційний режим рослинності

Сонячна енергія - практично єдине джерело тепла, що визначає всі процеси, що відбуваються в атмосфері, у водах Світового океану і на поверхні Землі. Завдяки цій енергії стало можливим утворення та існування біосфери з усім різноманіттям живої речовини. Сонячна радіація, це промениста енергія, що складається з електромагнітних хвиль, які поширюються з величезною швидкістю.

Атмосфера Землі прозора лише для невеликої частини електромагнітного випромінювання Сонця. Вона пропускає частину ультрафіолету і інфрачервоне випромінювання і весь видимий світ. Від висоти Сонця, перш за все, залежить потужність світлового потоку. Цей потік в північних широтах менш інтенсивний, але розтягнутий за часом [2]. На рослини впливають: тривалість сонячного освітлення, інтенсивність сонячної радіації, спектральний склад світла [1].

Освітленість - відношення світлового потоку до площі освітлюваної території. (Вимірюється в люксах) [2]. Реакція рослин на тривалість освітлення називається фотопериодизмом. З цього поняття рослини умовно поділяють на три групи. Рослини довгого дня, так як пшениця, жито, ячмінь та інші. Рослини короткого дня представляються кукурудза, рисом, редискою і іншими. Нейтральні рослини представляються гречкою та багатьма бобовими [1]. Недостатня освітленість у посівах обумовлює вилягання рослин, уповільнення утворення плодів, гальмування біосинтетичних процесів і уповільнення поглинання поживних речовин.

Фотосинтетичний активна радіація - це короткохвильова радіації в інтервалі від 0,38 до 0,71 мкм, яка надає вирішальне значення для життя рослин. Це найважливіший фактор продуктивності рослин, у тому числі сільськогосподарських культур. Її інтенсивність вимірюють інструментально.

Від кількості сонячної радіації залежить інтенсивність багатьох процесів, що протікають у рослинах, зокрема фотосинтез. Сумарна радіація, що падає на різні поверхні рослин, поглинається, відбивається, розсіюється, створюючи радіаційний режим рослинного покриву. Щільність потоку радіації і спектральний склад постійно змінюється, в першу чергу залежить від висоти Сонця і структури посіву. У щільних посівах близько 25% надходить радіації відбивається, і більше половини поглинається верхнім ярусом рослин [1].

Формування оптимального радіаційного режиму в рослинному покриві здійснюється своєчасним застосуванням різноманітності агротехнічних прийомів і селекційною роботою зі створення сільськогосподарських культур, адаптованих до умов їх обробітку [1].

1.2 Температурний і тепловий режим рослинності

Промениста енергія Сонця, поглинена поверхнею суші, океану, перетворюється в тепло. Теплообмін між атмосферним повітрям і навколишнім середовищем здійснюється радіаційним шляхом, шляхом теплопровідності, випаровування з наступною конденсацією або кристалізацією водяної пари і турбулентності. Частина тепла витрачається на нагрівання приземного шару атмосфери, грунту, рослин, на випаровування з поверхні грунту і рослин (транспірація), частина передається в нижні шари грунту. Локальні зміни температури в будь-якій точці відбуваються в залежності від адвекції

Температурний режим грунту залежить від приходу сонячної радіації на підстилаючу поверхню і в глибину грунту. Денне нагрівання і нічний охолодження викликає добові коливання температури підстилаючої поверхні. Температура грунту залежить від механічного складу і ступеня зволоженості.

Найбільша різниця температур протягом доби спостерігається на поверхні грунту. Мінімум температури припадає на досвітні годинники, а максимум в полуденний час. Це являє собою добовий хід температури грунту. При впливі хмарності, опадів або адвекції добовий хід порушується. Різниця між максимумом і мінімумом називається амплітудою.

Амплітуда добового ходу температури грунту вище, ніж поверхні з густою рослинністю або снігом. Рослинність в теплу пору знижує температуру поверхні грунту. Холодна, малосніжна зима сприяє глибокому промерзання грунту. Навпаки, високий сніговий покрив, завдяки своїм теплоізоляційним властивостям сприяє збереженню тепла під снігом, і сприяє зменшенню промерзання грунту. Тісно пов'язані з температурним режимом грунту життєві цикли розвитку шкідників і хвороб рослин [1].

Температурний режим повітря безперервно змінюється в часі і просторі. У різних географічних районах Землі в один і той же час температура дуже різна.

Тепловий режим повітря визначається в основному процесами теплообміну з діяльної поверхнею і поглинанням сонячної радіації. Нагрівання шару повітря відбувається при теплопередачі тепла від нагрітої поверхні, що підстилає. Тобто подстилающая поверхню тепліше, ніж повітря. Вночі ж повітря тепліше поверхні [2].

Рослинний покрив також зменшує амплітуду добових коливань температури повітря, оскільки вдень він поглинає частину потоку сонячної радіації, а вночі затримує земне випромінювання.

Структура рослинного покриву в значній мірі визначає його температурний режим. Потреба рослин у теплі варіює в широких межах залежно від виду, фази розвитку, від конкретних умов їх зростання або обробітку. Висока температура грунту і повітря в період формування зернових культур умовах нестачі грунтової вологи знижує врожай до 50%. Спекотна суха погода в період наливу зерна також значно знижує врожай зернових культур.

У процесі багаторічних досліджень агрометеорології вивчено потреби в теплі практично всіх сільськогосподарських культур. Потреба рослин прийнято виражати в сумах активних температур і ефективних температур.

Активна температура - це кількісний показник тепла, виражає суму середніх добових температур повітря або грунту, які перевищують біологічний мінімум температури [1]. Ефективні температури - кількісний показник тепла, виражає суму середніх добових температур повітря чи грунту, не перевищують біологічний мінімум температури. Однак такі суми не є константами, оскільки на ці величини впливає вологи рослин, зимовий період, види рослин і рівень біологічного мінімуму.

Таким чином, температура повітря є одним з основних факторів життєдіяльності рослин. Облік температурного режиму на сільськогосподарських полях, в середовищі рослин, а так само в парниках та теплицях є важлива умова для отримання високих і стійких врожаїв. Більше того, для розміщення нових сортів і гібридів сільськогосподарських культур необхідні відомості про потреби рослин в теплі (суми активних і ефективних температур). Дані температурного режиму необхідні для планування термінів і норм посіву, строки збирання врожаю [1].

1.3 Опади, вологість повітря і випаровування

Частина атмосферних опадів використовується рослинним покривом, в процесі їх житті повертаються в атмосферу через транспірацію і випаровування. У агрометеорології зазвичай використовують суми опадів, що випали за декаду, місяць і вегетаційний період. C млостей, що випадає, при стійких негативних температурах повітря і грунту, утворює сніговий покрив. Стан снігового покриву характеризується його висотою, щільністю і характером залягання. Різне поєднання характерів залягання снігу обумовлює його нерівномірність [2].

Теплопровідність снігу залежить від його щільності. Чим щільність снігу вище, тим його теплопровідність збільшується, а ніж теплопровідність слабкіше, то завдяки цьому грунт захищається від різких коливань температур на зимуючі культури. Сніговий покрив акумулює опади холодної пори року, і навесні в процесі танення утворюється багато води, частина якої накопичується в грунті. Накопичення і збереження вологи на полях залежить від висоти і щільності снігу, глибини і ступеня промерзання грунту. Чим вище сніговий покрив і більше його щільність, тим більше запас води, що міститься в ньому.

Взимку температура грунту залежить від висоти снігового покриву, щільності та структури снігу. Під впливом коливання температури та інтенсивності сонячної радіації випав сніг ущільнюється. При настанні ранньої весни сніг починає таїти, насичуючи вологою сніг, осідає, уповільнює прогрівання грунту, це сприяє ранньому пробудженню зимуючих рослин. На захист сільськогосподарських культур від загибелі велика роль належить снегозадержіванію, снегоуплотненію і снігонакопичення. Для прискорення танення снігу проводять спеціальні роботи з снегосносу - виробництво темна поверхні снігу торф'яної або вугільним пилом [1].

Вологість повітря має такі величини: абсолютна вологість, парціальний тиск водяної пари, тиск насиченої водяної пари, відносна вологість, дефіцит насичення, температура точки роси і питома вологість. У рослинному покриві відносна вологість розподіляється нерівномірно, в середовищі рослин водяної пари більше, ніж над оголеною грунтом. Оскільки рослини випаровують вологу і знижують швидкість вітру, відбувається ослаблення турбулентної дифузії пари. Так у посівах пшениці відносна вологість в ясні дні на 20-30% вище, ніж над оголеною грунтом. Отже, дефіцит насичення в посівах сільськогосподарських культур значно менше, ніж над оголеною грунтом.

Відносна вологість повітря застосовується для оцінки сприятливості умов зростання рослин. У період росту і цвітіння низька вологість повітря сприяє швидкому висиханню пилку, чому відбувається неповноцінне запліднення зернових культур. Тривалий період вегетації влітку при відносній вологості менше 30% викликає у рослин недолік вологи, внаслідок чого відбувається скорочення листкової поверхні, скручування, всихання й опадання листя. В умовах тривалого періоду спекотної й сухої погоди рослини можуть повністю загинуть.

Підвищена відносна вологість повітря більше 80% обумовлює великоклітинною будова механічних тканин рослин, знижує стійкість до вилягання наземних пагонів зернових, перешкоджає ефективному запиленню рослин у період їх цвітіння. Крім того, надмірна вологість повітря створює сприятливі умови для розвитку грибкових хвороб на прикладі фітофтори, біла гниль, іржа і інші [1]. Знижений дефіцит насичення уповільнює дозрівання пшениці і просихання зерна та соломи в скошених валках. При дефіциті насичення більше 8 гПа складаються сприятливі умови для роботи збиральних робіт, при дефіциті менше 3 гПа умови погані, так як волога маса соломи забиває робочі органи агрегатів, а зерно погано відділяється від колоса.

Облік вологості повітря має велике значення при проведенні багатьох господарських заходів: прибирання та закладання кормів на зберігання, сушки зерна. Вологість враховується також при стійловому утриманні сільськогосподарських тварин [1]. На європейській території Росії випаровуваність збільшується в напрямку з північного заходу на південний схід, так як в цьому напрямку зростають ресурси тепла і сухість повітря [2].

Сумарне випаровування з сільськогосподарських полів залежить від характеру погодних умов, від біологічних властивостей рослин і фази їх розвитку, від потужності рослинного покриву, від ступеня розвиненості його кореневих систем і від застосовуваної агротехніки обробітку культур [1].

На початку вегетації, коли випаровуються поверхню рослин ще незначна, випаровування з поверхні грунту більше, ніж з поверхні рослин. Це складний фізичний і фізіологічний процес, який залежить від умов навколишнього середовища: освітленості, температури і вологості повітря, сили вітру, а так само від біологічних особливостей називається транспірації. Усередині органів рослини вода випаровується з поверхні клітин.

Коренева система всмоктує вологу з грунту і по проводять судинах постачає всі органи рослини водою та елементами мінерального живлення, розчиненими в ній. Транспірація відбувається також і через покривні тканини стебел і плодів. Витрати води на транспірацію зазвичай висловлюють через показник, званий коефіцієнтом транспірації. Це відношення маси води, що витрачається рослиною шляхом транспірації, до маси сухої речовини. Цей коефіцієнт дуже різний, так наприклад, для пшениці він становить 500 грам води [1].

Велику роль у формуванні вегетації рослин є випадання опадів з атмосфери, а також їх утворення на підстильної поверхні. Наземні опади утворюються в результаті конденсації або сублімації водяної пари безпосередньо на підстильної поверхні. Роса - це дрібні краплі води, що утворилися на поверхні землі, рослинного покриву в теплу пору року. Освіта відбувається в результаті радіаційного охолодження, коли температура поверхні і прилеглий до неї повітря опускається до точки роси вище ⁰ 0 С, й сконденсованих пар виділяється на поверхні у вигляді дрібних крапель води [2]. Роса має чимале значення для життєдіяльності рослин, особливо в посушливих регіонах, де за теплий період її сумарне виділення з повітря досягає 10-30 мм [1].

У заморозкоопасних районах нічні роси надають корисні вплив, оскільки їх утворення пов'язане з виділенням прихованої теплоти пароутворення, що уповільнює процес вихолоджування, завдяки якому можливе запобігання слабкого заморозка або зниження його інтенсивності. Однак роси ускладнюють роботу комбайнів, так як пшениця волога Паморозь - це пухке снігоутворення, крижані кристали, які утворюються в будь-який час доби. Паморозь практично не небезпечна для рослин, так як не буває великої інтенсивності, але є невеликим додатковим джерелом зволоження поверхні грунту [1].

2. Небезпечні для сільськогосподарського виробництва гідрометеорлогіческіе явища в теплий період

Продуктивність сільськогосподарських культур і якість продукції широко варіює від року до року під впливом складних агрометеорологічних умов, залежать від ступеня їх сприятливості для вирощуваних культур, особливо в критичні періоди життя рослин. Несприятливі для сільського господарства гідрометеорологічні явища призводять до неврожайним років. У Росії тепер називають небезпечними природними явищами (ОПЯ).

У агрометеорології ОПЯ вважаються такі, які за своєю інтенсивністю, тривалості впливу, площі поширення або часу виникнення можуть завдати значної шкоди сільськогосподарським посівам. ОПЯ для сільськогосподарського виробництва в теплий період відносять: заморозки, посухи, суховії, град, сильні зливи. У холодний період зимуючі культури піддаються різними несприятливими впливами, які можуть викликати часткову або повну загибель посівів, садів і виноградників. Ступінь пошкодження зимуючих культур буває різною в різні роки і в різні періоди зими. ОПЯ в холодний період відносять: видування посівів або грунту, вимерзання посівів, вимокання рослин і ожеледь [1].

2.1 Заморозки

Особливо небезпечні поздневесенніе і ранносенніе заморозки, що збігаються з періодами активної вегетації рослин. Інформація про інтенсивність заморозків, про терміни їх припинення навесні і виникнення восени надзвичайно важлива. Ці інформації використовується також для оцінки заморозкоопасності території, для прийняття рішень про розміщення теплолюбних культур, вибору строків сівби та збирання культур, для вибору способів захисту з метою зниження можливого збитку від цього небезпечного явища природи.

Адвективні заморозки виникають внаслідок затока холодних арктичних мас повітря, під час перебудови сезонної циркуляції атмосфери. Цей тип заморозків, характерний зазвичай для ранньої весни або пізньої осені. Ці заморозки найменш небезпечні, оскільки озимі культури ще не втратили загартування холодного періоду [1].

Радіаційні заморозки виникають, в тихі ясні ночі при відносно низьких середніх добових температур повітря внаслідок інтенсивного випромінювання земної поверхні та охолодження прилеглого шару повітря до від'ємних температур. Інтенсивність і тривалість радіаційних заморозків залежать від рельєфу і характеру підстилаючої поверхні, вологості грунту і повітря та інших місцевих умов. Розміри збитку залежать про інтенсивності і тривалості заморожування. У той же час на височинах і на схилах зниження температури до рівня заморозка звичайно не спостерігається. Радіаційні заморозки надзвичайно небезпечні для сільськогосподарських культур. Змішані заморозки, виникають в результаті вторгнення холодних мас повітря на конкретну територію та подальшого нічного вихолоджування приземного шару повітря до від'ємних температур внаслідок випромінювання підстилаючої поверхні. Такий тип заморозка спостерігається зазвичай в кінці весни і навіть на початку літа. Це так звані приховані заморозки, які спостерігаються вночі і мають малу інтенсивність і тривалість. Зазвичай спостерігаються на висоті травостою, і ушкоджують теплолюбні рослини [1]. На території Росії і суміжних країн час припинення заморозків навесні й восени від року до року дуже мінливе. В основній зоні уповільнення тривалість беззаморозкового періоду змінюється від 90 до 270 днів. Знання тривалості беззаморозкового періоду необхідно при визначенні можливості вирощування теплолюбних культур на конкретній території.

Заморозки закінчуються і починаються в різних районах землеробської зони при різних рівнях середньої добової температури повітря. Для західних районів Росії заморозки припиняються зазвичай до стійкого переходу середньої добової температури повітря через 10 º С. У континентальних районах (Західний Сибір), заморозки відзначаються після встановлення середньої добової температури повітря вище 12 º С.

Для захисту сіяних сільськогосподарських культур від заморозків застосовують різні методи, що об'єднуються поняттям боротьба з приморозками. Найбільш поширеним методом захисту рослин від заморозків є димлення. Вона утворюється внаслідок температурної інверсії в приземному шарі повітря. При Адвективні заморозках, а так само в умовах горбистої місцевості, ефект димленія різко знижується через швидке розсіювання теплових потоків диму і руйнування шару інверсії [1]. Застосовують так само полив або дощовою посів, під дією якого збільшується теплопровідність грунту, приплив тепла з глибших шарів до її поверхні. Дощовий має ряд переваг перед методом поливів. Більш вигідним є розташування полів на піднесених територіях і схилах, де ймовірність виникнення заморозків набагато менше. В останні роки вченими запропоновано методи активного впливу на заморозки з використанням спеціальних вентиляційних установок, а так само внесення активних тепловидающіх хімічних речовин на поверхні грунту (сіль гідриду кальцію) [1].

2.2 Сильні зливи та град

У результаті впливу сильних зливових опадів на сільськогосподарські культури, може викликати вилягання посівів. У полегающий зернових культур наливання зерна протікає з порушенням фізіологічних процесів, у результаті чого зерно містить менше крохмалю. Можливо, викликати витікання зерна - процес надлишку води в колосках, можливість розвитку цвілі і грибка.

Сильні зливи вимивають поживні речовини з верхніх горизонтів грунту в нижні шари. Перезволожений грунт і полеглі рослини значно ускладнюють механізоване збирання зернових культур. При спостереженнях використовується візуальна оцінка, інтенсивність визначається в балах.

Град є стихійним природним гідрометеорологічним явищем. Випадання граду на посіви сільськогосподарських культур, плантацій плодових дерев, виноградників, які може завдати значної і навіть непоправної шкоди, під дією градобою. Збиток, що наноситься сільськогосподарським посівом і плантаціям, залежить не тільки від розміру градин, але і від щільності їх випадання на одиницю площі і тривалості граду [1].

У літні спекотні дні виникають потужні висхідні потоки за рахунок великої нерівномірності в нагріванні підстилаючої поверхні. Основною причиною виникнення граду є зміщення фронтальних холодних мас. Так, наприклад, в 1874 р. в Гіссарський долині в результаті потужного північно-західного вторгнення вологого повітря і його подальшої конвекції випав дуже великий град. Протягом декількох хвилин градобою були повністю знищені бавовняні поля, виноградники і сади. Щорічно градобою завдає сільськогосподарському виробництву величезних збитків, близько 2 млрд. дол США. З метою зменшення втрат, стали застосовуватися активні дії на градових хмари. Їх суть полягає в штучному внесення в зону накопичення переохолоджених крапель в хмарі великої кількості найдрібніших частинок льдообразующіх реагентів, зазвичай твердої вуглекислоти, йодистого срібла або йодистого свинцю [1].

2.3 Засухи, суховії і посушливі явища

До стихійних явищ природи, що завдає значний економічний, екологічний та соціальний шкоди сільськогосподарському виробництву, відносяться посухи і суховії. Загальна площа території з посушливим кліматом становить близько 42% суші, але епізодичні посухи спостерігаються на більшій частині суші [1].

Для території Росії актуально таке явище, як посуха. Засуха завдає значний економічний, екологічний та соціальний шкоди сільськогосподарському виробництву. Імовірність посушливих років в Росії має широкі терени. На європейській території країни ймовірність посух збільшується з північного заходу на південний схід, а в азіатській частині Росії такої закономірності не простежується через географічних особливостей і розташуванню гідрографічної мережі. Це одне з найбільш несприятливих явищ завдає найбільшої шкоди сільськогосподарському виробництву. Особливо небезпечні інтенсивні і тривалі посухи, на великих територіях зернового клину країни.

Найбільш поширеними широкомасштабними наслідками екстремальних метеорологічних явищ є посухи, лісові пожежі і екстремальні гідрологічні явища повені. Вони часто призводять до значних матеріальних збитків і в деяких випадках супроводжуються збільшенням захворюваності та смертності населення [1].

Метеорологічні передумови посух, це аномальна щодо місцевих кліматичних умов і пори року жарка і посушлива погода. Засуха вважається біогідрометеорологіческім явищем, що полягає у різкому порушенні відповідності між припливом вологи до рослин і її витратою. Засуха - явище природи, обумовлене циркуляційними процесами в атмосфері і характеризується тривалою відсутністю опадів (або значним їх скороченням в порівнянні з середньобагаторічний нормами), підвищеною температурою повітря та сильними вітрами. Формування посух на території Росії пов'язано з циркуляцією атмосфери, що призводить до встановлення тривалого періоду антициклонічною погоди [3].

Існують три типи посух: атмосферна, грунтова і атмосферно-грунтова (загальна). Атмосферно-грунтова посуха представляє найбільшу небезпеку для сільськогосподарських культур. Основною ознакою атмосферної посухи вважають стійку антіціклоніческіх погоду з тривалими посушливими періодами, високою температурою і великою сухістю повітря. Грунтова посуха виникає як наслідок атмосферної посухи, коли при посиленому випаровуванні запаси вологи в грунті швидко зменшуються і стають недостатніми для нормального росту і розвитку рослин [3].

Атмосферно-грунтова посуха - це поєднання умов, що характеризують атмосферну і грунтову посуху. За інтенсивністю та охопленням території вони діляться на сильні, середні і слабкі. За часом настання посух виділені весняні, літні, осінні і зимові. Весняна засуха характеризується невисокою температурою і малою вологістю повітря, малими запасами продуктивної вологи в грунті, сухими вітрами. Літня посуха зазвичай відрізняється високою температурою, гарячими сухими вітрами (суховіями), що викликають підвищене випаровування води з грунту і інтенсивну транспірацію рослин. Осіння посуха характеризується невисокою температурою повітря і малими запасами продуктивної вологи в кореневмісному горизонтах грунту. Зимова посуха наступає в умовах сніжного покриву при нестачі вологи в кореневмісному горизонтах грунту і при температурі повітря вище 0 ° С, коли поновлюється транспірація деяких рослин (зокрема, озимих культур), що підсилюється при сонячній і вітряної погоди. Вважається, що грунтова посуха є наслідком атмосферної. Залежність виникнення грунтових посух різної інтенсивності від атмосферних посух також різної інтенсивності з урахуванням періодів вегетації рослин досліджена в роботі. Програма агрометеорологічного моніторингу на станціях спостережної мережі Росгідромету включає вимірювання комплексу метеорологічних показників у поєднанні з вимірюванням параметрів стану грунту, росту і розвитку сільськогосподарських культур, трав і деревної рослинності. Ця робота виконується відповідно до Настановою гідрометеорологічним станціям і постам, а також зі спеціальними інструкціями [3].

Як метеорологічне явище посуха притаманна тим областям Росії, які характеризуються перевищенням випаровування над природним зволоженням. У Росії в окремі роки засухи і суховії охоплюють великі площі зерновиробництва і породжували страшні лиха: голод, злидні і смерть людей [1].

Внаслідок посухи відбувається зниження врожайності сільськогосподарських культур. При тривалих і інтенсивних засухах врожайність культур виявляється дуже низькою, а при екстремальних засухах загибель рослин може наступати ще до формування врожаю. На відміну від посух суховії, як правило, нетривалі (від кількох годин до кількох діб). Під дією суховіїв відбувається інтенсивне випаровування з поверхні грунту, зневоднення тканин рослин в результаті транспірації, внаслідок чого порушується водний баланс рослин і весь комплекс фізіологічних процесів: фотосинтез, дихання, вуглеводний і білковий обмін. Знижується функції росту, збільшується кількість безплідних квіток, зменшення числа колосків і зерен у колосі. Існують також посушливі явища, вони відрізняються від посух і суховіїв тим, що ці явища зумовлюють тимчасове пригнічення рослин. Наприклад, відсутність опадів при жаркій вітряної погоди.

Численні дослідження походження посух і суховіїв показали, що їх утворення на території Росії пов'язано з циркуляцією атмосфери, що призводить до встановлення тривалого періоду антициклонічною погоди. Приблизно в 70% випадків обширний антициклон, що приходить з Арктики, формується над Західним Сибіром. З усіх несприятливих гідрометеорологічних явищ найбільшої шкоди сільськогосподарському виробництву наносять інтенсивні і тривалі посухи, що охоплюють значну частину зернового клину країни.

Система боротьби із засухами і суховіями наводиться за трьома основними напрямками: селекційно-генетичному, агротехнічних і меліоративних. Селекційно-генетичне напрям пов'язаний з виведенням нових посухостійких сортів рослин. До них відносять: здатність регулювати транспірацію, скорочувати площа випаровування культур. Агротехнічне напрямок робіт пов'язано з усуненням невідповідності між потребою рослин у волозі в період їх розвитку. Меліоративне напрямок боротьби із засухами і суховіями є найбільш дорогим; будівництво іригаційних споруд (канали, водосховища) [1].

3. Зміна температурно-вологісного режиму на півдні Західного Сибіру

В останнє десятиліття значно зросла увага, як буде змінюватися клімат Землі. Існує два основні сценарії зміни клімату - за сценарієм збільшення гумідного або за сценарієм збільшення аридности клімату материків. Таким чином, можна відзначити, що гумідної процес несе за собою збільшення вологості, а арідний сценарій збільшення температурних показників, тобто збільшення сухості. Індекс тепловлагообеспеченності ГТК, гідротермічний коефіцієнт Селянинова об'єктивно і доступно оцінює зміну клімату. Як показник аридности клімату вегетаційного сезону зручно використовувати гідротермічний індекс ГТК. Розумне наукове обгрунтування і простота обчислення ГТК, стали причинами його включення в стандартний перелік індексів кліматичної зміни. У розвитку процесу кліматичного опустелювання велика роль небезпечних (катастрофічних) посух, як атмосферних, так і грунтових. За останніми результатами [7] регіональної оцінки змін клімату вказують на те, що у весняно - річний період тепло-вологозабезпеченість формує посушливі умови (аридность) на більшій території Росії. Для визначення оптимальних умов ведення сільського господарства (визначення тепло-вологозабезпеченості рослин, продуктивності рослин, оцінка вологозабезпеченості, оптимізація площ землеробської зони) актуально і доступно проводити оцінку зміни клімату для регіонів Росії за ГТК. Останнім часом приділяється серйозна увага наслідків екстремальних гідрометеорологічних явищ. На території Росії відзначається більше 30 видів небезпечних екстремальних гідрометеорологічних (метеорологічних, агрометеорологічних, гідрологічних, морських гідрометеорологічних) явищ. Небезпечні гідрометеорологічні явища, які характерні для території Росії в теплий період, відзначаються сильні зливи, супроводжувані грозами, градом і шквалистим посиленням вітру. Весняні повені, дощові паводки і повені супроводжуються затопленням населених пунктів, сільгоспугідь. Для південних районів характерні сильні посухи, що призводять до різкого зниження врожайності сільськогосподарських культур.

Формула для розрахунку ГТК має вигляд (за [5]):

(1)

ΣR - сума опадів за місяці;

ΣT-сума середньодобових значень температури повітря більше 10 ° С.

Індекс ГТК є безрозмірним коефіцієнтом. У цьому випадку підсумовування в формулі для обчислення ГТК проводиться для літніх місяців, тобто для періоду червень - серпень.

3.1 Дані дослідної роботи

Для цього дослідження була створена база даних за 45-річний період з 1960 по 2005 р., із середньодобової температури повітря і середньодобовій суми опадів за теплий період. Загальний обсяг за 45 літніх (теплих) періодів склав 203130 значень. Розрахунок виконувався на основі рядів значень гідрометеорологічних величин по станціях Красноярськ, Мінусинськ, Рубцовськ, Барнаул, Барабинськ і Омськ. А також число Вольфа за досліджуваний період.

Дані були взяті з електронного каталогу метеорологічних даних міжнародного обміну [9]. Дані представлені у вигляді вибірки літніх місяців з урахуванням середньодобової температура> 10 º С. таблиці А1, А2, А3 з додатка А, в яких розміщені отримані статистичні характеристики індексу ГТК по території півдня Західного Сибіру по місяцях і загальні за період дослідження, а також значення ГТК по станціях. З метою порівняння осередненого індексу ГТК по півдню Західного Сибіру був запропонований показник сонячної активності (число Вольфа). Дані показники були взяті з електронної бази даних Національного агентства з аеронавтики і дослідженню космічного простору (National Aeronautics and Space Administration) NASA. Число Вольфа представляється у вигляді усереднених значень за літні місяці в період з 1960 по 2005 рік. Таблиця Б1 показує порівняння ранжируваних рядів даних індексу ГТК і числа Вольфа з додатка Б. Дані сум середньодобових температур> 10 º С і сум опадів представлені в таблицях В1 і В2 з додатка В, в яких розміщені статистичні характеристики температури повітря і опадів по території півдня Західного Сибіру.

3.2 Аналіз температурно-вологісного режиму по території півдня Західного Сибіру

Дослідження температурно - вологісного режиму територій дуже важливий для багатьох галузей економіки країни, особливо важливою галуззю є сільське господарство. Сільськогосподарські культури повністю залежать від температурного та вологого режиму, особливо в період зростання і дозрівання. Західна Сибір є зоною ризикованого землеробства, тому що, можливі заморозки в будь-який літній місяць, за винятком самих південних районів Західного Сибіру. Так само можливі сильні атмосферно - грунтові посухи і суховії. Всі ці проблеми позначаються на врожайності сільськогосподарської продукції, а це в свою чергу впливає на соціально - економічну сферу Російської Федерації, що призводять до зростання цін на основні продукти харчування. Таким чином, оцінка температурно - вологісного режиму території Західного Сибіру дуже важлива.

На малюнку 1 наводиться часовий хід сум температур за період> 10 º С, осереднених з досліджуваної території, а також лінія осереднення поліномом другого ступеня, яка апроксимує зміна сум температур у часі.

Рисунок 1 - Зміна сум температур повітря по території півдня Західного Сибіру

При аналізі малюнка 1 за останні 30 років відбувається збільшення сум температур. У цілому для території півдня Західного Сибіру середнє значення суми активних температур дорівнює 1661,9 º С. Це говорить про те, що територія півдня Західного Сибіру отримує велику кількість тепла, що, отже, призводить до сприятливих умов ведення сільського господарства в літній час. Лінія тренда нам показує, що за 45 річний проміжок часу відбувається збільшення сумарної температури. Як видно з таблиці 5, більше зростання сумарної температури припадають на Красноярськ, Барнаул і Рубцовськ. Максимальні суми 2076,6 º С спостерігаються в Рубцовську, а мінімальні 1380,2 º С в Барабінську, це говорить про те, що простежується зональність розподілу температур на земній кулі, і отже більш північні території південної частини Західного Сибіру отримують меншу кількість тепла.

На малюнку 2 наводиться часовий хід сум опадів, осереднених з досліджуваної території, а також лінія осереднення також поліномом 2 ^го ступеня, яка показує зміну сум температур у часі.

Рисунок 2 - Зміна сум опадів по території півдня Західного Сибіру

При аналізі малюнка 2, за період 45 років відбувається незначне збільшення сум опадів. У цілому для території півдня Західного Сибіру середнє значення сумарних опадів дорівнює 164,4 мм. Це говорить про те, що територія півдня Західного Сибіру отримує оптимальну кількість опадів у теплий період. Лінія осереднення нам показує, що за 45 річний проміжок часу відбувається якась епізодичність зміни сум опадів. Як видно з таблиці В2 (додаток В), невелике зростання сум опадів припадає на район станції Барнаул. Максимальні суми 382 мм спостерігаються в Красноярськ, а мінімальні 30,9 мм в Рубцовську.

Таким чином, територія Західного Сибіру знаходиться в порівняно оптимальних умовах тепло-вологозабезпеченості в літній період. Велика кількість опадів, що випадають, близько половини річної норми (400 мм), компенсуються великою кількістю надходить тепла, що в свою чергу призводить до високого рівня випаровування, а також транспірації рослин, що в свою ж чергу є сприятливою умовою зростання сільськогосподарських культур на території Західного Сибіру . У свою чергу, співвідношення сум температур і опадів явно описує індекс тепловлагообеспеченності ГТК.

3.3 Аналіз індексу ГТК по території півдня Західного Сибіру

По станціях, обраним для цього дослідження за вище описаною методикою було проведено розрахунок індексу ГТК. На малюнку 3 наводиться часовий хід індексу ГТК, осереднені за досліджуваним станціям, а також лінія поліноміального тренду, яка показує зміну індексу в часі.

Малюнок 3 - Індекс ГТК, усередненої по станціях півдня Західного Сибіру

При аналізі малюнка 3, використовувалася шкала класифікації рівнів тепловлагообеспеченності по ГТК [5]. Згідно зі шкалою, оптимальні умови тепло-вологозабезпеченості за індексом ГТК в межах від 1,1 до 1,4 є найбільш сприятливими для ведення сільського господарства, а також розвитку біогенних процесів в літні місяці. Низьке значення індексу ГТК <1, говорить про те, що для літніх місяців було характерне збільшення частки сум температур у порівнянні з часткою опадів.

За останні 30 років відбувається збільшення повторюваності екстремальних високих температур і екстремально малого кількості опадів, що випали. Такі значення ГТК можуть призвести до небезпечних гідрометеорологічних явищ, таких як суховії і атмосферна посуха, що переходить в грунтову посуху. У результаті відбувається збільшення кількості пожеж, а так само завдається великої шкоди сільському господарству, пов'язаний зі збільшенням транспірації рослин, що призводить до ссиханію культурної рослинності.

У цілому для території півдня Західного Сибіру середнє значення коефіцієнта ГТК дорівнює 1,01. Це говорить про те, що для території півдня Західного Сибіру складаються оптимальні умови для розведення кукурудзи, соняшників, картоплі, ріпаку, а також сої. Отже, призводить до сприятливих умов ведення сільського господарства в літній час. Лінія осереднення нам показує, що за 45 річний проміжок часу відбувається незначне зменшення індексу ГТК. У Західному Сибіру, ​​спостерігається зменшення значень індексу ГТК, за критерієм "сухості" (ГТК <0.76) [5] в Донецькій та Луганській областях; і деяке збільшення в південних районах Алтайського краю.

Дані авторів Ю.А Ізраель, О.Д Сиротенко [4], розподілу трендів ГТК ​​за період 30 років свідчать про те, що зволоженість річного періоду за останні 30 років зменшувалася на більшій частині ЕТР і в південних районах Західного Сибіру. Зменшення зволоженості річного періоду, спостерігалося також у південних районах Східного Сибіру. Було відмічено, що із зменшенням індексу ГТК пов'язане збільшення числа несприятливих агрометеорологічних явищ, такі як самі сильні посухи в Омській області, на півдні Красноярського краю, Хакасії і Алтайському краї в 1975, 1982 і 1991 роках. У результаті цих катастрофічних засухах недобори врожаю склали по півдню Західного Сибіру 30%.

При аналізі зміни ГТК в часі, можна помітити, що виявляються деякі періодичності ходу індексу. За зробленому спектральному аналізу можна сказати, що індекс ГТК має 11-річний цикл, і менш виражені 6 і 9-річні цикли. Цей висновок наводить на думку про те, що, ймовірно, існує зв'язок періодичності ГТК із сонячною активністю. В якості характеристики, яка дає уявлення про сонячну активність найбільш часто використовують числа Вольфа. Дана ранжируваних залежність представлена ​​на малюнку 4.

Рисунок 4 - Порівняння ранжируваних рядів середньорічних значень ГТК і чисел Вольфа

При побудові рисунка 4, були використані сільгоспкооперативи ряди даних за індексом ГТК і числа Вольфа за відповідний період часу. Було відмічено, що простежується якась схожість екстремумів значень в ході ГТК і чисел Вольфа. Зростання сонячної активності призводить до збільшення вмісту вологи. Це може полягати у збільшенні випадання опадів, а так само зменшення сумарних температур влітку. У мінімуми сонячної активності ми бачимо, що ранги індексу ГТК також мають мінімальні значення, а, отже, низьке вологовміст грунту. Можна відзначити, що на цей час припадає більша кількість посух на території Західного Сибіру в 1982 і 1975 роках. У період спаду і зростання сонячної активності можна простежити, що спостерігаються другорядні сплески індексу ГТК. Можна поспостерігати, що існує певний зв'язок між ранговими значеннями ГТК і числа Вольфа з ранговому коефіцієнту Спірман. Формула для розрахунку має вигляд (по [6]):

(2)

Rx - значення по масиву даних х

Ry - значення по масиву даних y

n - обсяг вибірки

Коефіцієнт Спірман рівний 0,27 показує, що в цілому вплив сонячної активності в 30% випадків впливає на індекс ГТК. В інших випадках спостерігаються окремі аномалії року, тобто вибивання з спільного ритму. Так само чимало важливим аспектом є, що в період обробки даного масиву даних потрапляє на 3 циркуляційні епохи до 1968 меридіональна (С), 1969-1981 форма східній циркуляції (Е), а з 1991 почалася епоха західного переносу (W) [7].

Розглядаючи побудову малюнка 4, ранжируваних рядів середньорічних значень ГТК і чисел Вольфа, можна припустити, що окремі аномалії пов'язані не тільки з фактором циркуляційного режиму, але і з впливом інших чимало важливих чинників. Одним з таких чинником є вулканічні виверження, вони можуть впливати на багато процесів, що проходять в атмосфері. Особливо сильні виверження впливають на загальнопланетарне масштаби, що може викликати "вулканічні зими", що істотно змінюють температурний і вологісний режим всієї планети Земля на період часу від 2 до 7 років. Вулканічні зими виникають через зважених часток попелу в тропосфері і стратосфері, які утворюють екран, що затримує надходить сонячну радіацію. Хотілося б зауважити, що в роки аномалії спостерігається зростання числа Вольфа, а індекс ГТК відчуває зниження. Таким чином, у роки зростання рангового значення числа Вольфа спостерігаються посухи або недостатнє значення індексу ГТК. Такими періодами є з 1980 по 1982 і з 1992, які зображені на малюнку 4. На ці два періоди припадають три найсильніших виверження вулканів, з викидами вулканічного аерозолю більше 10 Мт. Такими є: вулкани Сент-Хеленс (США) 1980 рік, Ель-Чічон (Мексика) 1982 рік і Пінатубо (Філіппіни) 1991 рік [11]. Абсолютною зв'язку вивержень та аномалій немає, але як будь-який процес в атмосфері має інерцію. Викидаються з вулканів частинки попелу та інші хімічні сполуки довгий час знаходяться в атмосфері у зваженому стані, завдяки незначному розміру, можуть служити ядрами конденсації. Можливо, що при цьому процесі велику кількість водяної пари конденсується на гігроскопічних частинках вулканічного походження, а також на більших частках відбувається змочування. У глобальному масштабі райони вулканічної діяльності можна назвати, як величезними сорбентами атмосферної вологи. Так, наприклад, виверження вулкана Пінатубо сприяло посиленню тропічного тайфуну, який затопив східну частину острова Лусон (Філіппінські острови). Отже, де викликається надлишок, виникає брак атмосферної вологи. Про це, наочно свідчить факт посухи, що спостерігається на території Західного Сибіру в 1982 році. До того ж, року почала вивержень вулканів зв'язані з початком виникнення вибивання ходу двох ранжируваних характеристик. Можна зробити висновок, що висунута гіпотеза має місце взаємозв'язку з аномаліями зв'язку індексу ГТК і числом Вольфа. Так же малюнок 4 показує, що існуючі аномалії ходу числа Вольфа та індексу ГТК для півдня Західного Сибіру можуть бути пов'язані з кліматичними аномаліями Ель-Ніньо. Процес виникнення Ель-Ніньо пов'язаний з тим, що відбувається процес аномального розподілу тиску. У теорії циркуляції говоритися, що над Південною Америкою формується зона високого тиску, а в південно-східній Азії формується зона низького тиску, під дією літнього мусону формує рясні опади на території Індії. В роки Ель-Ніньо відбувається зворотний процес розподілу тиску в цих областях земної кулі. Завдяки кардинальної зміни баричного поля, відбувається ослаблення пасатної циркуляції в районах узбережжя Південної Америки через ослаблення зони високого тиску. Таким чином, тепла вода з Індонезії починає переміщатися в зону Південної Америки. Мова теплої води викликає катастрофічні явища на Перу, Колумбію і Чилі. Відбувається різке зменшення морських видів тварин, виникають сильні зливи і внаслідок повені в південноамериканських країнах. Цей феномен впливає і на всю Земну кулю, завдяки зміні циркуляції, в Євразії, Австралії виникають найсильніші посухи, які призводять до неврожаїв. Можна припустити, що феномен Ель-Ніньо спостерігається в періоди аномалії ходу індексу ГТК і числа Вольфа [11].

У висновку можна сказати, що територія Західної - Сибіру має величезний потенціал розвитку аграрного комплексу, який залежить за великим рахунком, від характеру розвитку сценарію зміни клімату. За зробленому аналізу можна сказати, що за 45 років відбулося невелике збільшення сухості клімату в літній час. Це пов'язано зі збільшенням числа повторюваності екстремальних високих температур до кількості опадів, що випали. Можливо, що індекс має певну циклічність у великому періоді даних і робота вимагає подальшого дослідження рядів даних в сучасній циркуляційної епохи (W-західна), в якій подібні дослідження ще не проводилися.

Більш глибоке вивчення індексу ГТК по півдню Західного Сибіру є розгляд зміни ГТК всередині вегетаційного періоду, а саме з літніх місяців (червень, липень і серпень). Дані зображень зміни індексу ГТК по півдню Західного Сибіру для червня, липня і серпня наведені на рисунках 5, 6 і 7.

Рисунок 5 - Зміна індексу ГТК по станціях півдня Західного Сибіру за червень

При аналізі малюнка 5, використовувалася шкала класифікації рівнів тепловлагообеспеченності по ГТК [5]. Згідно зі шкалою, оптимальні умови тепло-вологозабезпеченості за індексом ГТК за червень місяць виявляються незначними. За останні 45 років, лінія осереднення показує нам, що відбувається збільшення індексу ГТК, що сприяє собою збільшення тепловлагообеспеченності. Зростання індексу ГТК почав спостерігається з 1982 року і по сьогоднішній день спостерігається позитивна тенденція до зростання. Таким чином, червень місяць для півдня Західного Сибіру став більш вологим місяцем, де кількість опадів, що випали перевищує суму температур. А так само рясні опади, добре взаємодіють з відносно високими температурами, що сприяє собою хорошому зростанню сільськогосподарських культур.

Червень місяць вважається дуже важливим місяцем у житті зернових культур, тому що в цей час відбувається процес запилення озимої пшениці на території Західного Сибіру. Чергування опадів і високих температур сприяють збільшенню потенційного врожаю озимої пшениці. Було встановлено, що так само з 1982 року відбувалося збільшення мінімальних значень індексу ГТК, що сприяло собою скорочення посух в червні місяці. Загалом, можна відзначити, що простежується певна циклічність для червня місяця. На малюнку 5, наочно видно, що до 1982 року відбувається зменшення індексу ГТК, а саме його мінімумів, для періоду з 1960 по 1982 роки включно, припадає найбільша кількість посух в червні місяці. На цей період припадає основна кількість неврожаїв, з причини загибелі 20-30% очікуваного врожаю через ссиханія і неможливості при високих температурах запилюватися. Так само на цей період часу доводиться відносно високе значення ГТК, що у свою чергу викликала надмірне зволоження грунту. Це призводило до всіляких захворювань сільськогосподарських культур (освіта цвілі, гниття та ін.)

Малюнок 6 - Зміна індексу ГТК по станціях півдня Західного Сибіру за липень

При аналізі малюнка 6, використовувалася шкала класифікації рівнів тепловлагообеспеченності по ГТК [1]. Згідно зі шкалою, оптимальні умови тепло-вологозабезпеченості за індексом ГТК за липень місяць виявляються суттєвими, по відношенню до червня місяця. За останні 45 років, лінія осереднення показує нам, що особливих змін індексу ГТК не відбувається. Переважання оптимального індексу ГТК сприяють тому, що на території Західного Сибіру суми позитивних температур врівноважуються з кількістю опадів. У свою чергу, це пояснює те, що складаються сприятливі умови для подальшого росту і розвитку зернових культур, а так само вирощування тепло і вологолюбних рослин, такі як, вишня, черешня і т.д. Оптимальні умови ГТК дуже важливі для сільськогосподарських культур Західного Сибіру. Так, наприклад, оптимальна кількість опадів сприяє збільшенню запасів вологи, а високі температури сприяють підвищенню транспірації рослин, отже, можливе збільшення майбутнього врожаю озимих культур. За період спостережень з липня місяця індекс ГТК одинично перевищував оптимальні умови, в 1972 і 1979 роках значення ГТК були надлишкові. Для Західного Сибіру за липень місяць кількість посух незначно, але можуть спостерігатися особливо сильні посухи, так наприклад 1974 і 1999 року. Засухи в липні можуть завдавати непоправної шкоди сільському господарству, так як ці посухи за тривалістю в загальній кількості перевершують червневі посухи. Можуть виникати загоряння зернових культур, які в свою чергу можуть знищити цілі поля озимої пшениці. Незважаючи на це, для Західного Сибіру складаються сприятливі умови для життя і розвитку сільськогосподарських культур, особливо озимої пшениці.

Малюнок 7 - Зміна індексу ГТК по станціях півдня Західного Сибіру за серпень

При аналізі малюнка 7, використовувалася шкала класифікації рівнів тепловлагообеспеченності по ГТК [5]. Згідно зі шкалою, оптимальні умови тепло-вологозабезпеченості за індексом ГТК за серпень місяць виявляються незначними. За останні 45 років, лінія осереднення показує нам, що відбувається зменшення індексу ГТК, що сприяє собою зменшення тепловлагообеспеченності. З 1969 по 1973 рік значення індексу ГТК відповідає умовам надлишкового вологовмісту. Це говорить про те, що кількість опадів, що випали кратно перевершувало суми позитивних температур у цей період часу. Це призводить до того, що вже готовий урожай зазнавав впливу процесу гниття в умовах надлишкового індексу ГТК. А так само справляло істотну проблему проведення сільськогосподарських робіт на полях [4]. Було відмічено, що низьке значення ГТК, посуха, що спостерігається в 1974 році є продовженням посухи з липня місяця. В основному, спостерігаються слабкі короткочасні посухи, які особливого впливу на сільське господарство не надають. З 1989 року спостерігається зменшення дисперсії індексу ГТК, але із збільшенням мінімальних значень індексу. Це пояснює тенденцію індексу ГТК, у бік його зменшення. Загалом можна сказати, що серпень місяць є вкрай нестабільним місяцем за індексом ГТК, він може бути і в зоні надмірності, а так само в зоні сильних посух. Але, в умовах останньої тенденції, можна стверджувати, що складаються більш сприятливі умови для сільського господарства за останні 15 років у серпні місяці.

3.4 Просторове зміна статистичних характеристик індексу ГТК

У попередніх розділах були розглянуті часові зміни індексу ГТК, його хід. У даному випадку ми розглянемо статистичний розподіл характеристик у просторі, а саме на досліджуваній території півдня Західного Сибіру. Дані статистичні характеристики представляються на основі середнього індексу ГТК, і середньоквадратичне відхилення і тренд за 10 років, перебувають у додатку А (таблиця А2). Дані зображення, просторового розподілу середнього значення індексу ГТК представляються на малюнках 10. 11, 12, за червень, липень і серпень.

Рисунок 10 - Просторове зміна середнього значення індексу ГТК з досліджуваної території за червень місяць

Малюнок 11 - Просторове зміна середнього значення індексу ГТК з досліджуваної території за липень місяць

Рисунок 12 - Просторове зміна середнього значення індексу ГТК з досліджуваної території за серпень місяць

Згодна малюнків 10, 11 і 12 просторового розподілу середнього значення ГТК по території півдня Західного Сибіру, ​​використовувалася шкала класифікації рівнів тепловлагообеспеченності по ГТК [1]. За отриманими даними можна сказати, що на території складаються сприятливі (оптимальні) умови тепловлагообеспеченності для великих районів Західного Сибіру, ​​а саме Омської, Новосибірської областях, Красноярського краю і Хакасії протягом усього вегетаційного періоду. Особливо відзначимо, що для районів Алтайського краю характерні протягом літніх місяців значні зменшення індексу ГТК. Внаслідок, отриманих результатів і спираючись на шкалу класифікації індексу ГТК [5], на території Алтаю, спостерігається недостатня величина тепловлагообеспеченності, а на півдні - західних районів краю (Рубцовськ), спостерігаються посухи різних інтенсивностей. За отриманими середнім значенням для Рубцовська, робимо висновок, що слабкі посухи спостерігаються в червні, а посухи середньої та сильної інтенсивності у серпні. Для липня характерне недостатнє значення індексу ГТК, можливо, це пов'язано з тим, що липень місяць є місяцем максимального розвитку конвективної хмарності, а саме освіти купчасто-дощових хмар локального характеру.

Відхилення від середнього є мірою розкиду безлічі даних в часі ряду даних. Чим більше часовий ряд, тим точніше можна простежити природу мінливості даної характеристики в часі. Даний часовий ряд дозволяє нам провести оцінку середнього відхилення, тому що часовий ряд даної дослідницької роботи становить 45 років. Дані зображення, просторового розподілу середнього відхилення індексу ГТК представляються на малюнках 13. 14, 15 за червень, липень і серпень.

Малюнок 13 - Просторове зміна середньоквадратичного значення індексу ГТК з досліджуваної території за червень місяць

Рисунок 14 - Просторове зміна середньоквадратичного значення індексу ГТК з досліджуваної території за липень місяць

Рисунок 15 - Просторове зміна середньоквадратичного значення індексу ГТК з досліджуваної території за серпень місяць

Згідно ізолініях просторового розподілу σ _ГТК (малюнки 13-15) можна зробити припущення, що вся досліджувана територія півдня Західного Сибіру є зоною великої мінливості даної величини за весь вегетаційний період. Отже виходячи з середніх значень ГТК, на цій території тепловлагообеспеченность по ГТК може бути надмірною, а також можуть спостерігатися посухи слабкої та середньої інтенсивності, в окремих випадках можуть спостерігати посухи сильної інтенсивності. У результаті, ці райони мають суттєві контрасти тепловлагообеспеченності за період дослідження. Винятки спостерігаються в районі станції Рубцовськ, де σ _ГТК має найменші значення, в результаті, можуть формуватися оптимальні умови тепловлагообеспеченності, а також умови найсильніших засух, завдяки незначному середнім значенням ГТК. Загалом, можна додати, що райони Алтайського краю повинні мати розвиненою системою іригації земель, для запобігання загибелі сільськогосподарської продукції під впливом атмосферно-грунтових посух, особливо з сильними інтенсивностями. Решта районів півдня Західного Сибіру повинні мати великим комплексом заходів щодо збереження врожаю, тому що ці райони схильні як надлишкового зволоження, так і засух різних інтенсивностей.

Як говорилося в попередніх розділах, є актуальним питання мінливості клімату в майбутньому. Тобто визначення сценарію розвитку кліматичних процесів: по збільшенню аридности (сухості) або гумідного (вологості). Дана робота також має на меті визначення мінливості клімату в часі, а також її розподіл у просторі. Для цього можна використовувати тренд за десятирічний період. Дані зображення, просторового розподілу тренда за 10 років, представляються на малюнках 16-18 за червень, липень і серпень.

Рисунок 16 - Просторова мінливість тренду індексу ГТК (од. / за 10 років) з досліджуваної території за червень місяць

Рисунок 17 - Просторова мінливість тренду індексу ГТК (од. / за 10 років) з досліджуваної території за липень місяць

Рисунок 18 - Просторова мінливість тренду індексу ГТК (од. / за 10 років) з досліджуваної території за серпень місяць

За отриманими даними з малюнків 16-18 можна сказати, що за останні 10 років найбільші зміни тепловлагообеспеченності у бік збільшення сухості (аридности) спостерігається на сході і південно-сході Західного Сибіру, ​​а саме в Красноярському краї та Республіці Хакасія. Тоді як, для більшої частини Західного Сибіру істотних змін тепловлагообеспеченності не спостерігається. Аналогічний розподіл спостерігається і для трендів сумарних температур (див. п. 3.1). Отже, підвищення сухості може бути пов'язано зі збільшенням сумарних температур за літні періоди. Але для районів Красноярська ці тенденції є дуже важливими, тому що ці території мають значну повторюваність надлишкового індексу ГТК. Таким чином, підвищення температур може привести до того, що на території Красноярського краю будуть переважати оптимальні умови тепловлагообеспеченності, якщо ця тенденція збережеться і в майбутньому. Для районів Хакасії збільшення аридности може призвести до виникнення тривалих посух, різних інтенсивностей. Виникає питання розвитку і вдосконалення способів іригації земель.

3.5 Вивчення зміни континентальності клімату на території півдня Західного Сибіру і вплив на сільське господарство

Великі внутрішньорічні відмінності значень температури - наслідок континентальності клімату - сприяють формуванню на території Росії зони ризикованого землеробства, для якої характерна значна нестійкість врожаїв. Для сучасної зміни клімату характерне зменшення річної амплітуди температури, що веде до зменшення континентальності клімату на території землеробської зони Західного Сибіру. На рисунку 8 наводиться тимчасова зміна річної амплітуди температури, усередненої з досліджуваної території, а також лінія осереднення, яка показує зміну часу.

Рисунок 8 - Річна амплітуда температури повітря на півдні Західного Сибіру

Як видно з малюнка 8, різноманітні екологічні наслідки на території Західного Сибіру призвели до зменшення амплітуди температури повітря до 4-6 ° С за останні 45 річний період. Слід зауважити, що максимальна врожайність зернових культур на території Європи досягнута в країнах з найменш континентальним кліматом - в Ірландії і Нідерландах [8]. Отже, зменшення континентальності клімату на території півдня Західного Сибіру призводить до сприятливих умов для розвитку сільського господарства та отримання високих врожаїв. Можна зробити висновок, що зменшення індексу ГТК пов'язано зі зменшенням континентальності клімату і переважання впливу теплих і вологих повітряних мас на території Західного Сибіру.

На рисунку 9 наводиться тимчасова зміна середньомісячної температури за січень, усередненої з досліджуваної території, а також лінія осереднення, яка показує зміну часу.

Рисунок 9 - Зміна середньомісячної температури січня Західного Сибіру

У Сибірському федеральному регіоні за період досліджень, відмічено збільшення температури взимку. Як показано на малюнку 9, температура повітря січня за останні 45 років має позитивну тенденцію, тренд рівний (R ²⁾ 0,76. Тобто відбувається зміна якісних характеристик клімату в позитивну сторону. З цієї причини, рекомендація про розширення клину озимої пшениці на території півдня Західного Сибіру є актуальною. Дані висновки підкріплюються дослідженнями Ю.А. Ізраель, О.Д. Сиротенко [4]. Їх висновки кажуть, що ймовірність загибелі озимих в останньому десятилітті зменшилася майже в 2 рази. Це також говорить про тенденцію поліпшення умов перезимівлі та можливості розширення тут посівів озимих культур як більш врожайних.

Таким чином, спостерігаються протягом останніх 45 років зміни клімату сприяли зростанню продуктивності сільськогосподарських культур Західного Сибіру. Позитивні тенденції врожайності зернових і зернобобових культур за 1975-2005 рр.. у 70% суб'єктів Російської Федерації, які спостерігаються навіть в умовах економічних складнощів в країні, побічно підтверджують цей висновок [4].

Висновок

У результаті дослідження температурно-вологісного режиму на півдні Західного Сибіру було виявлено, що територія знаходиться в порівняно оптимальних умовах тепло-вологозабезпеченості в літній період. Велика кількість опадів, що випадають, компенсуються великою кількістю надходить тепла, що в свою ж чергу є сприятливою умовою зростання сільськогосподарських культур на території Західного Сибіру.

За підсумками виконаної роботи за індексом ГТК було виявлено, що в цілому для території півдня Західного Сибіру середнє значення коефіцієнта ГТК дорівнює 1,01. Це говорить про те, що для території півдня Західного Сибіру складаються оптимальні умови для розведення таких культур як: кукурудзи, соняшників, ріпаку, а також сої. Отже, призводить до сприятливих умов ведення сільського господарства в літній час. При зміні ГТК в часі, виявляються деякі періодичності ходу індексу. У свою чергу, висунуті гіпотези періодичності ГТК синхронні з сонячною активністю, вулканічною діяльністю, а також з явищем Ель-Ніньо.

Територія Західного Сибіру має величезний потенціал розвитку аграрного комплексу, який залежить за великим рахунком, від характеру розвитку сценарію зміни клімату. За зробленому аналізу можна сказати, що за 45 років відбулося невелике збільшення сухості клімату в літній час. Це пов'язано зі збільшенням числа сумарних температур до кількості опадів, що випали. Ймовірно, буде відбуватися незначне висушування грунту у весняні і літні місяці. Все це буде забезпечувати більш інтенсивне наростання біомаси, а в літній час при збільшенні витрат води на транспірацію призведе до зниження вологозапасів у грунті. Продуктивність кормів в Західному Сибіру зростає повсюдно. Відбудеться збільшення зерна, в основному за рахунок Омської, Новосибірської області, Красноярського краю. В умовах сталого потепління клімату, в зоні оптимального зволоження, найбільш ефективними заходами стануть заміни сортів (гібридів) сільськогосподарських культур на більш пізньостиглі, і більше врожайні, а так само розширення посівів зернових культур. У східних районах європейської частини Росії та в Західному Сибіру через зменшення ймовірності вимерзання стане можливим розширення посівного клину озимих культур. Можуть бути також розширені посівні зони особливо цінних і дефіцитних для Росії сільськогосподарських культур: сої, соняшнику, кукурудзи та інших. М'якші зимові умови дозволять розширити межі садівництва на північ на 500 км. У зоні степового землеробства боротьба з посухами стане ще більш гострою, а ефективність розвитку зрошення та влагосберегающіх технологій вирощування сільськогосподарських культур - ще більш високою. Адаптація до потепління клімату потребують впровадження в цій зоні більш посухостійких культур і сортів сільськогосподарських рослин.

Новизною і оригінальністю роботи є те, що вивчення температурно-вологісного режиму для півдня Західного Сибіру здійснюється за допомогою індексу ГТК Селянинова і виявлення взаємозв'язку з іншими явищами природи. Виявлення майбутнього розвитку клімату за допомогою індексу ГТК, а також, спираючись на отримані результати, вироблення рекомендацій для аграрного сектора півдня Західного Сибіру. Дослідження вимагають подальшого вивчення температурно-вологісного режиму, виявлення інших факторів, що впливають на зміну клімату. Розширення бази даних, за допомогою залучення нових станцій на досліджуваній території, для вивчення локальних змін, обумовлених географічними факторами. Для більш глибокого аналізу необхідно порівняння інших індексів тепло - вологозабезпеченості між собою і їх взаємозв'язок природними процесами, а так само вибір оптимального індексу для території півдня Західного Сибіру.

Список испльзовать джерел та літератури

Книги двох авторів

1. Грінгоф І.Г., Пасечнюк А.Д. / Агрометеорологія та агрометеорологічні спостереження. - Л.: Гидрометеоиздат, 2005. - 551 с.

2. Хромов С.П., Петросянц М.А. / Метеорологія і Кліматологія. - М.: МГУ, 2004. - 580 с.

Статті з наукового журналу

2. Сиротенко О.Д., Грінгоф І.Г. / Оцінка впливу очікуваних змін клімату на сільське господарство Російської Федерації / / Метеорологія та гідрологія, 2006 .- № 8 .- С. .92-101.

3. Ізраель Ю.А., Сиротенко О.Д. Моделювання впливу змін клімату на продуктивність сільського господарства Росії / / Метеорологія та гідрологія, 2003 .- № 3. - С. .5 -17.

4. Зоідзе Є.К., Хомякова Т.В. / Основи оперативної системи оцінки розвитку посух та досвід її експериментальної експлуатації / / ВНІІСХМ, 2002.-Вип.34. - С. 48-66.

Звіти про науково-дослідній роботі

2. Уланова Є.С., Забєлін В.М. / Методи кореляційного та регресійного аналізу в агрометеорології / / Оціночний доповідь про зміну клімату, 1990 .- С.148-150.

Книги одного автора

2. Гірс О.А. / Основи довгострокових прогнозів погоди. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 560 с.

Книги більше трьох авторів

2. Гордєєв О.В., Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко О.Д. Біокліматичної потенціал Росії. - М.: Творчість наукових видань, 2006.-508 с.

Методичні посібники

Оформлення курсових, дипломних та дисертаційних робіт: метод. рекомендації / упоряд.: С.М. Григорівська, Є.Ю. Кичигіна, В.С. Крилова; Том. держ. ун-т, Наук. б-ка, Бібліогр. інформ. центр. - Томськ, 2009. - 50 с.

Стандарти

ГОСТ 7.1-2003. Бібліографічний запис. Бібліографічний опис. Загальні вимоги та правила складання. - Натомість 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 стандартів, 2004. - 48 с. - (Система стандартів з інформатизації, бібліотечної та видавничої справи).

Електронні ресурси

Ресурси Internet

2. Електронна база метеорологічних даних міжнародного обміну:. ВНІІГМЦД [Електронний ресурс]: - URL: http: / / www.meteoinfo.ru (дата звернення 15.02.2010)

3. Електронна база даних сонячної активності за кількістю Вольфа [Електронний ресурс]: - URL: http: / / www.NASA.com (дата звернення 11.03.2010)

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

Додаток А

Основні статистичні характеристики індексу ГТК

Таблиця А1 - Тимчасові характеристики середнє значення (X _ср), мода (М _о), стандартне відхилення (σ), тренд ГТК по півдню Західного Сибіру