УДК 551.46

МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ МЕТОДОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗАСУШЛИВЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

 

О.К. Рычко

 

Сельскохозяйственный ландшафт (агроландшафт, агросистема) представляет собой ферму географического ландшафта в виде участка природной среды или естественного фитогеоценоза, преобразованного в комплекс агрофитоценозов. К засушливым агроландшафтам следует причислять геосистемы с гидроклиматическими условиями, при которых величина испаряемости (максимально возможного, при достаточном почвенном увлажнении, испарения) превышает количество атмосферных осадков как в отдельные межфазные, месячные или декадные периоды роста и развития агрофитоценозов, так и за их вегетацию в целом.

Процессы формирования и деятельности любых, в т. ч. и сельскохозяйственных, ландшафтов определяются преимущественно соотношением потоков вещества (влаги) и энергии (тепла) в деятельном слое конкретной геосистемы - агросистемы. Это обусловливает целостность, структуру и динамику ландшафта, его изменчивость во времени и в пространстве [1] и др.

В засушливых агроландшафтах основными биофизическими факторами, характеризующими вышеперечисленные процессы, при прочих равных геоморфологических и агрофизикохимических параметрах подстилающей поверхности, являются показатели гидрологического, термического и тесно связанного с последними фитофенологического состояния агрофитоценозов. При этом фенологическое состояние фитоценоза определяется по данным о режиме роста и развития растительности и ее биометрическим (фотометрическим) показателям.

Агрометеорологический мониторинг агроландшафта - или определение его фитогидротермического состояния как комплекса соответствующих факторов или условий - имеет высокую значимость для многих направлений хозяйственной деятельности, в особенности для объектов агропромышленного комплекса.

Под системой агрометеорологического мониторинга заданных факторов понимается совокупность принципов, методов, технических средств и режимов фиксирования (наблюдения), оценки (диагностирования) и определения ожидаемых значений (прогнозирования) фитогидротермических и агрофизических - или агрометеорологических - условий (АМУ) в агроландшафтах. Целью функционирования системы мониторинга (СМ) является обеспечение потребителей необходимой информацией, соответствующей заданным параметрам, а задачами - сбор, обработка, анализ, хранение и выдача пользователю требуемых данных.

Методологическое обеспечение СМ слагается из моделирования процессов разработки научных принципов, специальных методик, методов, алгоритмов, процедур и режимов мониторинга, соответствующих условиям эффективного снабжения потребителя агрометеорологической информацией.

Оптимизация методологического обеспечения (МО) для мониторинга АМУ засушливых агроландшафтов сопряжена с решением проблем по созданию сие темы теоретически обоснованных и практически применимых методик мониторинга с оптимальными качественными и количественными характеристиками, что предполагает формулирование и реализацию следующих главных, наиболее комплексных задач;

- исследование в деятельном (почвенно-растительно-воэдушном) слое агросистемы процессов энерго- и массообмена и их влияния на годовое и территориальное распределение АМУ в заданном регионе;

- выявление номенклатуры и установление минимально достаточного числа основных, наиболее информативных показателей роста и развития агрофитоценозов, агрофизических и гидрометеорологических факторов, интегрально характеризующих водно-тепловые, морфологические, фенологические: и другие условия вегетирования сельскохозяйственной растительности;

- выбор способов и алгоритмов географически и методически наиболее пригодных, для расчета необходимых компонентой агросистемы;

- усовершенствование имеющихся либо разработка новых, отвечающих установленным требованиям, регионально адаптированных методов фиксации, оценки и прогнозирования заданных агрометеорологических элементов;

- анализ существующих схем создания и режимов деятельности СМ и разработка методологических (теоретических и научно-методических) основ оптимизации процессов формирования и функционирования комплексов мониторинга АМУ в засушливых агроландшафтах, в частности, моделирование наиболее пригодных вариантов подбора структуры для системы агрометеорологического мониторинга, выбора местоположения и количества (густоты) пунктов наблюдений и сбора информации, с учетом репрезентативности их размещения на местности, определяемой, главным образом, по геофизическим показателям;

- типизация я стандартизация (предполагаемого к использованию в рамках МО) понятийно-терминологического аппарата за счет комплексирования, модифицирования или унификации формулирования применяемых в системе агрометеорологического мониторинга положений и определений, характеризующих исследуемые процессы, объекты, факторы и параметры.

До настоящего времени остается актуальным повышение уровня оптимизации МО создаваемых комплексов мониторинга для приведения их в соответствие с требованиями, предъявляемыми к достоверности, точности, долгосрочности или оперативности получаемой в процессе мониторинга информации. Это обусловлено тем, что в существующих методологических моделях определения пространственной и внутрисезонной изменчивости АМУ все еще используются не имеющие прогностического значения уравнения и элементы, громоздкие или недостаточно комплексны 8 прогнозно-диагностические схемы с неудовлетворительными погрешностью расчетов, оперативностью или долгосрочностью, что делает их непригодными для эффективного применения в СМ.

Для минимизации видов и оптимизации объемов необходимой исходной информации в качестве показателей биофизического состояния агроландшафта возможно применение нижеприведенных комплексных гидрометеорологических и ботанических факторов: для определения тепловых условий - значений температуры воздуха (как результирующей характеристики притока-оттока и перераспределения солнечной энергии в пределах деятельного слоя агросистемы и как ее потенциальной испаряющей способности), имеющей тесные, математико-статистически подтвержденные, связи с базовыми теплоэнергетическими элементами - суммарной радиацией, радиационным балансом, температурой почвы, - как основного метеорологического и климатического фактора просто, повсеместно, надежно и точно фиксируемого и прогнозируемого; для оценки увлажненности территории - сумму атмосферных осадков, а также измеренную термостатно-весовым или другим способом в слое активного влагообмена влажность почвы; косвенным показателем степени увлажнения агроландшафта может служить имеющая устойчивые зависимости от влажности почвы величина компонента водного баланса местности - суммарного испарения с поверхности агрофитоценоза; слежение за темпами вегетирования сельскохозяйственных культур, приростом их фитомассы. листовой поверхностью и другими биометрическими показателями осуществляется по наиболее показательному фенологическому фактору - фазе (стадии) развития растительности, также являющейся интегральной качественной и количественной характеристикой фитоценоза.

Информация об атмосферных осадках, влажности почвы, суммарном испарении и фазах развития фитоценозов довольно доступна, широко распространена и может быть получена, в т. ч. по результатам регулярных наблюдений на федеральной, либо ведомственных сетях мониторинга,

С учетом вышеизложенного, а также результатов предыдущих исследований [2,3] автором разработаны модели оптимизации методологического обеспечения системы агрометеорологического мониторинга.

Представленная на рисунке 1 методология мониторинга АМУ аридных агроландшафтов отвечает главным требованиям, предъявляемым потребителями к подобным моделям, - наличие соответствующей теоретической базы, обоснованность и полнота решения задачи, достаточные для применения быстродействие, заблаговременность и погрешность мониторинга, относительная несложность используемых расчетных зависимостей и доступность исходной географической информации.

Рис. 1. Структурная модель оптимизированного методологического обеспечения для системы агрометеорологического мониторинга аридных сельскохозяйственных ландшафтов

Методология включает систему специальных методик, методов, алгоритмов, процедур и режимов мониторинга и базируется на материалах экспериментальных исследований условий тепловлагопереноса в комплексе почва-растительность-атмосфера аридной агросистемы и на выявленных закономерностях внутрисезонной изменчивости стандартно наблюдаемых растительных и гидрометеорологических факторов, обусловливающих АМУ сельскохозяйственных угодий конкретного природно-техногенного комплекса, содержит механизм и порядок выбора, необходимых для мониторинга, гидротермических, агрофизических, фитоценотических и других факторов, параметров и критериев. При этом обоснованы минимально достаточное число факторов агрометеорологического мониторинга и возможности использования их в качестве пространственных и комплексных характеристик природных условий функционирования агроландшафта.

Рис. 2. Комплексная функциональная модель методологии агрометеорологического мониторинга в аридных сельскохозяйственных ландшафтах

На рисунке 2 представлена модель функционирования методологии агрометеорологического мониторинга и последовательность выполнения операций по получению фактической, оценочной и прогнозной информации о фитогидротермических условиях в агросистеме.

Предлагаемые модели методологического обеспечения позволяют определять за суточные, декадные, межфазные или вегетационные периоды фактические, оценочные и прогнозные значения элементов тепловых, водных и растительных ресурсов агроландшафтов - сумм активных температур воздуха, оптимального суммарного испарения, испаряемости, почвенных влагозапасов, сроков наступления фаз и стадий вегетирования растительности и других.

Созданные методологические модели пригодны для составления прогнозов и выполнения различных эколого-географических оценок, для проведения специального природного и хозяйственного районирования, а также при разработке систем рационального природопользования.

С помощью рассмотренной научно-методической системы возможны оценки: фактических значений указанных агрометеорологических элементов за различные внутрисезонные периоды со средней относительной погрешностью, не превышающей 20%. Точность (оправдываемость) расчета прогнозных значений АМУ, определяемых с различной - до шести месяцев - заблаговременностью, составляет в среднем не менее 76%.

Разработанная методология мониторинга АМУ содержит подсистему корректировки результатов прогнозирования заданных фитогидротермических и агрофизических факторов, которая дает возможность повысить оправдываемость прогнозов в среднем на 8%.

Полученные результаты являются углублением теоретических принципов и расширением практической основы для создания новых и усовершенствования существующих моделей и методов мониторинга агрометеорологических условий, формирующихся и изменяющихся в геосистемах.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Исаченко А.Г., Шляпников А.Л. Ландшафты. - М.: Мысль, 1989.- 504 с.
  1. Рычко O.К. Методология оценки внутрисезонной изменчивости фитогидротермического состояния аридных агроландшафтов. - Материалы X ландшафтной конференции. СПб.; РГО, 1S97, с. 100-101.
  1. Рычко O.К. Агрометеорологические концепции и методы мониторинга экологических условий функционирования агроландшафтов в аридных регионах. -Ж.; Проблемы региональной экологии, N 4 1997 с 34-48.

Models of optimization of methodological providing for system of agrometeorological monitoring of arid agricultural landscapes

O.C. Rychko

The models of optimization of methodological providing of system of agrorneteorologica, monitoring of arid agricultural landscapes are offered in the article. The represented models are distinguished by operativress, relative simplicity of used calculated dependences and availability of initial geographical information. The proposed models allows to determine the factual, estimational and prognostic values of elements of warm, water and plant resources of agrolandscaps in daily, ten-day, inter-phase and vegetative period. The offered models can use for working out forecasting and carrying-out different ecalogy-geographical estimation, special natural end economic; division into districts and also for working out systems of rational nature use.


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!