Гидротермические условия Калининградской области

Полный текст

Введение Большое практическое значение имеют исследования зависимости роста, развития и урожайности культурных растений от основных климатических факторов. Количественные выражения этих зависимостей называют агроклиматическими показателями (например, сумма положительных температур, определяет даты наступления определенных фенологических фаз развития растений и характеризует общую потребность в тепле за период вегетации, количество влаги, необходимой для получения высокого урожая и др.). Исследование распределения агроклиматических показателей по территории с учетом их повторяемости в определенных зонах за многолетний период позволяет определить степень соответствия потребностей различных сортов сельскохозяйственных культур существующим климатическим условиям. Материалы и методы Одним из наиболее часто используемых показателей является гидротермический коэффициент, который предложил в 1928 г. российский ученый Г.Т. Селянинов (1887-1966) [1]: ГТК = R10/(0,1CAT), (1) где САТ - сумма активных температур (сумма средних суточных температур воздуха за период, когда они превышали 10 °С), °С; R10 - сумма осадков за тот же период, мм. Считается, что величина САТ/10 близка к температуре испаряемости [1]. Традиционно ГТК используется для оценки многолетних условий увлажнения в различных районах [1-7]: при ГТК = 0,5 и менее, климат считается сухим, при ГТК = 0,6-1,0 - засушливым, при ГТК = 1,1-1,5 - влажным. В последнее время стали анализировать среднемесячные значения ГТКМ, как показатель, влияющий на продуктивность различных сельскохозяйственных культур [8-14]. Так, исследователи в Польше и Литве [9; 10; 12] принимают следующую классификацию месячных климатических условий: ГТКМ £ 0,4 - чрезвычайно сухой; 0,4 < ГТКМ £ 0,7 - очень сухой; 0,7 < ГТКМ £ 1,0 - сухой; 1,0 < ГТКМ £ 1,3 - относительно сухой; 1,3 < ГТКМ £ 1,6 - оптимальный; 16 < ГТКМ £ 2,0 - относительно влажный; 2,0 < ГТКМ £ 2,5 - влажный; 2,5 < ГТКМ £ 3 очень влажный; ГТКМ > 3 - экстремально влажный. На взгляд авторов, такие выводы следует тщательно проверять с помощью других агроклиматических характеристик, все-таки ГТК учитывает только атмосферное увлажнение, не принимая во внимание почвенные условия, накопление запасов продуктивной влаги и др. показатели. В справочнике [2] приведены два агроклиматических района (табл. 1) Калининградской области с агроклиматическими характеристиками: большая часть относится ко второму району, первый - это северная часть области (подрайон 1а - побережье заливов, Калининградский полуостров; подрайон 1б - северовосточная часть области). Агроклиматические характеристики Калининградской области [2] Таблица 1 Агроклиматический район САТ, °С Сумма осадков за V-IX месяцы, мм ГТК 1а 2100-2250 320-350 1,5 1б 2200-2250 350-400 1,6-1,7 2 2250-2300 350-370 1,6 Agroclimatic characteristics of the Kaliningrad region [2] Table 1 Agroclimatic district The sum of active temperatures, °С Total precipitation for the V-IX months, mm HTC* 1а 2100-2250 320-350 1,5 1б 2200-2250 350-400 1,6-1,7 2 2250-2300 350-370 1,6 * HTC - hydrothermal coefficient. По справочнику [3] вся территория области была отнесена к третьему агроклиматическому району (САТ = 2200-2300) с двумя подрайонами (рис. 1): 3а - западный (сумма осадков за вегетационный период 300-380 мм), 3б - восточный (350-400 мм). Город Калининград по классификации справочника [2] на границе 1а и 2, а по классификации - [3] - в центре подрайона 3а. В работе [15] было показано существенное изменение продолжительности периода вегетации и суммы активных температур в районе г. Калининграда за последние 10 лет. Данная статья посвящена анализу изменений суммы осадков и ГТК на той же территории. Исходные данные предоставлены ВНИИ гидрометеорологической информации [16]. Рис. 1. Агроклиматические подрайоны Калининградской области [3] [Fig. 1. Agroclimatic subareas of the Kaliningrad region [3]] Результаты и их обсуждение В работе [17] исследованы ряды сумм годовых осадков R и среднегодовых температур воздуха T в Кенигсберге-Калининграде за все время инструментальных наблюдений. Был сделан вывод о их существенном росте и внутригодовом перераспределении. На рисунках 2, 3 представлены ряды сумм годовых осадков и среднегодовых температур воздуха по метеостанции «Калининград» за российский период наблюдений: линейный тренд подтверждает возрастание как R, так и T. На рисунках 4 и 5 представлены средние месячные суммы осадков и температуры воздуха по метеостанции «Калининград» за два тридцатилетних периода (в начале наблюдений и за последние годы). Наибольший рост осадков произошел за первые три месяца и в июне, заметное уменьшение осадков - в сентябре, меньшее - в апреле. Увеличение средней температуры отмечается во все месяцы, наиболее значительное в январе-апреле и в июле-августе. R, мм 1250 1125 1000 875 750 1 625 500 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Годы Рис. 2. Ряд сумм годовых осадков по метеостанции «Калининград» (№ 26702): 1 - линейный тренд R, mm 1250 1125 1000 875 750 625 500 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 years Fig. 2. Series of the annual sums of precipitation at the Kaliningrad weather station (№ 26702): 1 - linear trend T, °С 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 1 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Годы Рис. 3. Ряд средних годовых температур воздуха по метеостанции «Калининград» (№ 26702): 1 - линейный тренд T, °С 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 1 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 years Fig. 3. Series of the average annual air temperatures at the Kaliningrad weather station (№ 26702): 1 - linear trend 470 R, мм 100 90 80 70 60 1951-1980 1986-2015 50 40 30 20 Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек. Рис. 4. Средние месячные суммы осадков по метеостанции «Калининград» (№ 26702) R, mm 100 90 80 70 60 1951-1980 1986-2015 40 30 20 Jan. Feb. Mar Apr. May June July Aug. Sept. Oct. Nov. Dec. Fig. 4. Average monthly total precipitation at the Kaliningrad weather station (№ 26702) T, °С 20 1951-1980 15 1986-2015 10 5 0 -5 Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек. Рис. 5. Средние месячные температуры воздуха по метеостанции «Калининград» (№ 26702) T, °С 20 1951-1980 15 1986-2015 10 5 0 -5 Jan. Feb. Mar Apr. May June July Aug. Sept. Oct. Nov. Dec. Fig. 5. Average monthly air temperature at the Kaliningrad weather station (№ 26702) В таблице 2 приведены периоды с температурами воздуха выше 10 °С за последние 10 лет, рассчитанные в работе [15] суммы активных температур САТ, а также суммы осадков R10 и ГТК по выражению (1). Рассчитанные значения заметно превосходят показатели [2; 3] по САТ и R10, но, практически, идентичны по ГТК. Сумма осадков, САТ и ГТК за период активной вегетации Таблица 2 Год Период с температурами выше 10 °С САТ, °С R10, мм ГТК начало конец количество суток 2006 24.04 12.10 171 2846 366 1,278 2007 08.05 10.10 160 2489 683 2,744 2008 23.04 19.10 161 2611 334 1,279 2009 19.04 03.10 156 2628 383 1,457 2010 07.05 28.09 148 2473 406 1,642 2011 20.04 10.11 164 2782 503 1,808 2012 19.04 09.10 160 2601 574 2,207 2013 28.04 22.09 165 2570 396 1,541 2014 17.04 16.10 170 2803 352 1,256 2015 24.04 01.10 160 2444 269 1,101 Средние значения за 10 лет 161,5 2627 426,6 1,631 Table 2 The total precipitation, the sum of active temperatures and HTC for the period of active vegetation Year Period with temperatures above 10 °С Sum of active temperatures, °С R10, mm HTC start end number of days 2006 24.04 12.10 171 2846 366 1,278 2007 08.05 10.10 160 2489 683 2,744 2008 23.04 19.10 161 2611 334 1,279 2009 19.04 03.10 156 2628 383 1,457 2010 07.05 28.09 148 2473 406 1,642 2011 20.04 10.11 164 2782 503 1,808 2012 19.04 09.10 160 2601 574 2,207 2013 28.04 22.09 165 2570 396 1,541 2014 17.04 16.10 170 2803 352 1,256 2015 24.04 01.10 160 2444 269 1,101 Average values over 10 years 161,5 2627 426,6 1,631 Уточненный способ расчета САТ описан в работе [15]. В прежних работах сумма осадков за период активной вегетации определялась довольно приблизительно. Например, в работе [2] за V-IX месяцы (см. табл. 1). Это связано с тем, что точный учет начала и конца периода весьма трудоемкая процедура. В настоящее время указанный расчет может быть проведен с использованием современных информационных технологий. Сначала требуется определить даты начала и конца периода с температурами выше 10 °С усовершенствованным методом [15] по средним декадным темпера- турам воздуха. Затем на Интернет-ресурсе [18] находим г. Калининград (или метеостанцию по нужному номеру), на странице «Архив погоды в Калининграде» открываем вкладку «Статистика погоды». Устанавливаем диапазон дат по таблице 2 (на рис. 6 для 2010 года). Выбираем «RRR - количество выпавших осадков, мм» и нажимаем на банер «Выполнить расчет». Появляется сумма осадков за указанный период. Повторяем процедуру для каждого года. Результаты занесены в таблицу 2. Рис. 6. On-line расчет суммы осадков за период активной вегетации [Fig. 6. On-line calculation of the precipitation amount during the period of active vegetation] На рисунке 7 представлены результаты расчета ГТК по формуле (1) за российский период наблюдений на метеостанции «Калининград», на рисунке 8 - средние значения гидротермического коэффициента по месяцам (за два периода наблюдений). По рисунку 7 видно, что среднее многолетнее значение ГТК можно считать неизменным. Для растениеводства важно внутригодовое распределение гидротермических условий. По рисунку 8 наибольшее уменьшение ГТКМ отмечается в апреле и сентябре, увеличение - в июне. ГТК 3,0 2,5 2 2,0 1 1,5 1,0 3 0,5 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Годы Рис. 7. ГТК по метеостанции «Калининград»: 1 - линейный тренд; 2, 3 - верхняя и нижняя границы доверительного интервала уравнения линейной регрессии HTC 3,0 2,5 2 2,0 1 1,5 1,0 3 0,5 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 years Fig. 7. HTC at the Kaliningrad weather station: 1 - linear trend; 2, 3 - upper and lower bounds of the confidence interval of the linear regression equation ГТКM 3,0 1951-1980 1986-2015 2,0 1,5 1,0 Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Рис. 8. Средние месячные ГТК по метеостанции «Калининград» (№ 26702) HTCM 3,0 1951-1980 1986-2015 2,0 1,5 1,0 April May June July August September October Fig. 8. Average monthly HTC at the Kaliningrad weather station (№ 26702) Достаточное увлажнение является важным условием выращивания зерновых культур. В работе [8] исследованы тенденции изменения увлажнения зернового пояса России. Установлено, что медленное повышение ГТК зернового пояса наблюдалось практически до конца XX века. Признаки смены этой тенденции уже устойчивы в западной части и отмечаются в восточной части пояса. Влияние условий увлажнения в Калининградской области на производство зерновых. В таблице 3 представлены данные из работ [19-22] за 2004-2015 годы. Таблица 3 Производство зерновых в хозяйствах всех категорий Калининградской области Годы Валовой сбор (в весе после доработки), тыс. т Посевные площади, тыс. га Урожайность с убранной площади, ц/га 2004 298,1 112,4 27,1 2005 253,6 104,0 28,9 2006 145,9 87,9 19,8 2007 160,6 72,5 26,6 2008 227,4 65,9 37,0 2009 266,0 72,9 36,6 2010 186,3 63,9 29,5 2011 156,5 63,4 24,7 2012 222,1 73,3 30,4 2013 331,9 89,8 36,8 2014 429,2 112,5 38,2 2015 554,8 132,4 47,7 Grain production in all categories of the Kaliningrad region farms Table 3 Years Gross yield (in weight after completion), thousand of tons Sown areas, thousand of hectares Yield, а centner per hectare of harvested area 2004 298,1 112,4 27,1 2005 253,6 104,0 28,9 2006 145,9 87,9 19,8 2007 160,6 72,5 26,6 2008 227,4 65,9 37,0 2009 266,0 72,9 36,6 2010 186,3 63,9 29,5 2011 156,5 63,4 24,7 2012 222,1 73,3 30,4 2013 331,9 89,8 36,8 2014 429,2 112,5 38,2 2015 554,8 132,4 47,7 Коэффициент корреляции между урожайностью зерновых за 2004-2015 годы и ГТК составил r = -0,49. Отрицательная корреляция наблюдается из-за избыточной величины ГТК. Поэтому в среднем при меньших значениях ГТК - большая урожайность. Гидротермический коэффициент - это далеко не единственный показатель, играющий важную роль в растениеводстве, необходимо учитывать и уровень залегания грунтовых вод, и водно-физические свойства почв, а также используемые агротехнические мероприятия. Но пренебрегать им нельзя, кроме того, он косвенно указывает на необходимость поддержания в надлежащем состоянии осушительных мелиоративных систем.

Об авторах

Владимир Аркадьевич Наумов

Калининградский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: van-old@mail.ru

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования

Советский пр., 1, Калининград, Россия, 236022

Наталья Равиловна Ахмедова

Калининградский государственный технический университет

Email: isfendi@mail.ru

кандидат биологических наук, заместитель декананачальника управления разработки образовательных программ и стратегического планирования

Советский пр., 1, Калининград, Россия, 236022

Список литературы