Использование спутниковой информации в динамических моделях прогнозирования урожая сельскохозяйственных культур Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Использование космических, средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды

УДК 528.88

Т. А. Найдина

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной метеорологии, Россия, Обнинск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УРОЖАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Рассмотрены возможности использования спутниковой информации в динамических моделях продукционного процесса растений для повышения оправдываемости прогнозов урожая сельскохозяйственных культур.

За два последних десятилетия наземные наблюдения за состоянием посевов сельскохозяйственных культур значительно пополнились спутниковыми данными. База спутниковых данных в основном состоит из индексов, отражающих динамику роста листовой поверхности растительного покрова в период вегетации. В ряде работ спутниковая информация используется в регрессионных моделях оценки состояния урожая [1; 2], методах прогнозирования урожайности по году-аналогу [3], для контроля расчетных значений в модели биопродуктивности [4].

Целью данной работы является оценка возможности использования спутниковых данных в динамических моделях прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур.

Данные получены со спутника МОБШ. Для анализа был взят вегетационный индекс КБУ1. Выбор обусловлен несколькими причинами: спутник МОБШ имеет высокое пространственное разрешение (до 250 м); получение и обработка КБУ1 осуществляется Институтом космических исследований РАН (ИКИ) на единой методологической основе; имеются данные непрерывного десятилетнего ряда наблюдений среднеобластного КБУ1; имеется возможность получения среднеобластного КБУ1 в оперативном режиме для использования в прогностических моделях.

Установлена связь между наземными и спутниковыми наблюдениями (см. рисунок). Показано, что КБУ1 пашни отражает динамику роста листовой поверхности или, другими словами, сезонный ход фотосинтеза любой сельскохозяйственной культуры.

Урожайность растений в первую очередь зависит от интенсивности фотосинтеза и размеров ассимилирующей поверхности культуры в период вегетации. Значения относительного показателя интенсивности фотосинтеза и КБУ1 близки. Ход КБУ1 лучше отражает важнейшую закономерность роста растений, а именно показывает, что в начальный период темпы роста, а значит, и интенсивность фотосинтеза, низкие.

Анализ результатов использования в дейст-

вующей динамико-статистической модели прогноза урожайности яровой пшеницы показал следующее.

Ход КБУ1 хорошо согласуется с кривой интенсивности фотосинтеза.

Результаты расчетов не выходят за рамки допустимой ошибки расчета урожайности в 15 %.

В действующей динамико-статистической модели среднее отклонение от факта за 2001-2009 гг. состав-

ляет 9 %, при замене параметров онтогенетической кривой фотосинтеза ежедекадными индексами КБУ1 оно составило 6 %.

Связь NDVI с датами наличия наибольшей площади

листовой поверхности сельскохозяйственных культур в Краснодарском крае на примере 2005 г.

В экстремальные по урожайности годы результаты расчетов с NDVI показали более высокую оправды-ваемось прогнозов по сравнению с действующей моделью.

Сумма эффективных температур, при которой наблюдается максимальная интенсивность фотосинтеза листьев культуры, устанавливается по Агрометеорологическому справочнику двадцатипятилетней давности. Замена теоретических представлений о механизме интенсивности фотосинтеза в вегетационный период конкретными данными наблюдений очень актуальна и необходима.

Библиографические ссылки

1. Антонов В. Н., Сладких Л. А. Мониторинг состояния посевов и прогнозирование урожайности яровой пшеницы по данным ДЗЗ // Геоматика. 2009. № 4(5). С. 50-53.

2. Нийе A., Justice C., van Leeuwen W. MODIS Vegetation index (MOD13). Algorithm theoretical basis document. Verion 3. April, 1999.

3. Возможности анализа архивов спутниковых данных для выбора годов аналогов в системе дистанционного мониторинга сельскохозяйственных земель агропромышленного комплекса (СДМЗ АПК) / В. А. Тол-

Решетневские чтения

пин, С. А. Барталев, А. М. Матвеев, Е. А. Лупян // Соврем. проблемы дистанц. зондирования Земли из космоса : сб. науч. ст. М. : Азбука-2000, 2009. Вып. 6. Т. II. С. 560-571.

4. Брыскин В. М. Разработка математической модели и программных средств оценки урожайности зерновых культур в условиях Западной Сибири : ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2009.

T. A. Naydina

All-Russian Research Institute of Agricultural Meteorology, Russia, Obninsk USE OF SATELLITE DATA IN DYNAMIC MODELS OF CROP HARVEST FORECASTING

The possibilities to use the satellite data in the dynamic models of plants productional processes for increase of accuracy of crop harvest forecasting are considered.

© HaftflHHa T. A., 2010

УДК 89.57.35

А. Г. Новоселов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СУТОЧНАЯ И СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ТЕМПЕРАТУР ПОВЕРХНОСТИ ФОНОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Выявлена суточная динамика температур фоновых образований: асфальта, луга, почвы. Рассмотрено влияние радиационного баланса на температуру подстилающих поверхностей.

Радиационный баланс земной поверхности оказывает существенное влияние на распределение температуры в почве и приземном слое атмосферы, а также на процессы испарения и снеготаяния, образование туманов, заморозков, изменение свойств воздушных масс и их трансформацию.

Приходная часть радиационного баланса R земной поверхности состоит из поглощающих частей прямой солнечной (1 - г^' и рассеянной (1 - г)/' радиации, а также части излучения атмосферы 5BA. Расходная часть R состоит лишь из излучения земной поверхности B0.

Таким образом,

или

R = (1 - r)F' + (1 - r)i + 5BA - B0 R = (1 - r)(F' + i) - B*,

где г - альбедо; F' - радиация, дошедшая до места наблюдения от Солнца; B* - эффективное излучение земной поверхности; i - поток рассеянной радиации (количество солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, поступающей на 1 см2 горизонтальной поверхности в минуту) [1].

Перенос тепла осуществляется не только путем радиации, но и путем турбулентного обмена поверхности почвы с атмосферой и молекулярного обмена с нижележащими слоями почвы.

Под влиянием турбулентного обмена почва теряет или получает количество тепла, определяемое по формуле

п

& =-cp

дz

Кроме того, с поверхности почвы происходит испарение воды (или конденсация водяного пара), на которое затрачивается количество тепла, определяемое по формуле

=-Ьрк * дz

Молекулярный поток через нижнюю границу слоя Д записывается в виде

qm = -1^t7 = -c*p

5С

к —

км dz ,

где ср - удельная теплоемкость воздуха; р - плотность воздуха; X - коэффициент теплопроводности почвы; с* - удельная теплоемкость почвы; р* - плотность почвы; кМ - коэффициент молекулярной температуропроводности.

Вследствие этого уравнение для суши при отсутствии процессов плавления льда с достаточной степенью точности можно записать в виде

д9

(1 - г )(¥'+ 0 -5Ва - В0 + спк — +

5z

ds

+Lpk--+ c * p *

dz

км - = 0.

Сумма первых трех слагаемых есть не что иное, как радиационный баланс R земной поверхности. Таким образом, уравнение теплового баланса поверхности суши принимает вид

= Z = 0:

д0 ds -c pk--Lpk--

p dz dz

dT

5C

z