CC BY
14УДК 551.46
МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ МЕТОДОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗАСУШЛИВЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ
О.К.Рычко
Сельскохозяйственный ландшафт (агроландшафг, аг ро-смстема) представляет собой форму географического ландшафта в виде участка природной срецы ипи естественного фитогеоценоза. преобразованного в комплекс агрс-фитоценозов. К засушливым агроландшафтам следует причислять геосисгемы с гидроклиматическими условиями, при которых величина испаряемости (максимально возможного. при достаточном почвенном увлажнении, испарения) превышает количество атмосферных осадков как в отдельные межфазные, месячные тл 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 аг-рофизикохимических параметрах подстилающей поверхности. являются показатели гидоологического, термического и тесно связанного с последними фитсфонологичес-кого состояния агрофитоценозов. При этом фенологическое состояние фитоценоза определяется поданным о режиме роста и развития растительности и ее биометрическим (фитометрическим) показателям.
Агрометеорологический мониторинг агроландшафта -или определение его фитогидротермического состояния как комплекса соответствующих факторов иг.и условий -имеет высокую значимость для многих направлений хозяйственной деятельности, в особенности для объектов агропромышленного комплекса.
Подсистемой агрометеорологического мониторинга заданных факторов понимается совокупность принципов, методов, технических средств и режимов фиксирования (наблюдения), оценки (диагностирования) и определения ожидаемых значений (прогнозирования) фитогидротерми-ческих и агрофизических - или агрометеорологи ческих -условий (АМУ) в агроландшафтах. Целью функционирования системы мониторинга (СМ) является обеспечение потребителей необходимой информацией, соответствующей заданным параметрам, а задачами - сбор, обра ботка, анализ, хранение и выдача пользователю требуемых данных.
Методологическое обеспечение СМ спага-этся из моделирования процессов разработки научных принципов, специальных методик, методов, алгоритмов, процедур и режимов мониторинга, соответствующих условиям эффективного снабжения потребителя агроме теорс логической информацией.
Оптимизация методе,логического обеспечения (МО) для мониторинге АМУ засушливых агроламдшафгев сопряжена с решением про'слем по создани'о системы теорети-
чески обоснованных и практически применимых методик мониторинга с оптимальными качественными и количественными характеристиками, что предполагает формулирование и реализацию следующих главных, наиболее комплексных задач
- исследование е деятельном (помвенно-растительно-зоздушном) слое а«-ро^ист»эмы процессов энерго- и мас-сообмеча и их влияния на годовое и территориальное распределение АМУ 'з заданном регионе:
- выявление номенклатуры и установление минимально достаточного числа основных, наиболее информативных показателей роста и развития агрофитоценозов. агрофизических и гидрометеорологических факторов, интегрально характ зризующих водно-тепловые, морфологические, фенологические и .другие условия вегетирования сель-скохозяйственной растительности;
- выбор способов и алгоритмов географически и методически наи более, пригодных для расчета необходимых компонентой агросистэмы;
- усоверше нетвен.ан:че имеющихся либо разработка новых, отвеча>ощих усыновленным требованиям. регионально адаптированных методов фиксации, оценки и прогнозирования заданных агрометеорологических элементов;
анаг.иа сушест вующих схем создания и режимов деятельное ги СМ и разработка методологических (теоретических и научно-методических) основ оптимизации процессов формирования и фукциэнирования комплексов мониторинга АМУ в засушливых агрол андшафтах. в частности, моделирование наиболее пригодных вариантов подбора структуры для системы а*рометеорологического мониторинга, вь.бора местоположения к количества (густоты) пунктов наблюдений и сбора информации, с учетом репрезентативности их размещения *а 1\лестности. определяемой, главным образом, по геофизическим показателям;
- типизация л стандартизация (предполагаемого к использованию в рамках МО) лонятийно-терминопогичес-кого аппарата за счет комплектования, модифицирования ипи унификации формулирования применяемых в систем*; агроме.еор-.»логического мониторинга положений и определений хаэа<т оризующих исследуемые процессы, объекты, факторы и параметры.
До настоящее вромэни остается актуальным повышение уровня оптимизации МО создаваемых комплексов мониторинга для при»$едония их в соответствие с требованиями. предъявляемыми к достоверности, точности, дол-госрочности ити • оперативности попучаемой в процессе мониторинга информации. Это обусловлено тем. что в существующих методологических моделях определения простракственн о/ и виугрисезонной изменчивости АМУ все еще используются I е имеющие прогностического значения уравнен/ я у элементы, громоздкие ипи недостаточно комплексны а прогнозно-диагностические схемы с не-удовлвтворитеп ьнлми г.огрешностью расчетов, оператив--чостъю или долгое речьос-'ью, что делает их непригодными д-я эффективного применения в СМ.
ВОПРОСЫ СТЕПЕВЕДЕНИЯ, 1999
42
Для минимизации видов и оптимизации объемов необходимой исходной информации в качестве показателей биофизического состояния агроландшафта возможно применение нижеприведенных комплексных идрометеорологи-ческих и ботанических факторов: для определения тепловых условий - значений температуры воздуха (как результирующей характеристики притока-оттока и перераспределения солнечной энергии в пределах деятельного слоя аг-росистемы и как ее потенциальной испаряющей способности). имеющей тесные, математико-ста г логически подтвержденные. связи с базовыми теплоэнерг зтическими 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 термосгатно-весовым или другмм 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 агрофитоце-ноза; 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, вт ч. по результатам регуляр^х наблюдений на федеральной, либо ведомственных сетях мониторинга
С учетом вышеизложенного, а также- результатов предыдущих исследований (2,3] автором разработаны меде-ли 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. заблаго8ременность и погрешность мониторинга, относительная несложность используемых расчетных зависимостей и доступность исходной географической информации
Методология включает систему специальных методик,
Рис. 1. Структурная модель оптимизированного методологического обеспечения для системы агрометеорологического мониторинга аридных сельскохозяйственных ландшафтов
Комплекс методов, процедур, алгоритмов и режимов мониторинга АМУ агроландшафта
методов, алгоритмов, процедур и режимов мониторинга и базируется на материалах экспериментальных исследований условий тепловлагопереноса в комплексе почва-растительность-агмосфера аридной агросистомы и на выявленных закономерностях внутрисезонной изменчивости стандартно наблюдаемых растительных и гидрометеорологических факторов, обусловливающих АМУ сельскохозяйственных угодий <онкретного природно-техногенного комштекса, содержит механизм и порядок выбора, необходимых для мониторинга, гидротермических, агрофизических, фитоценстичсских и других факторов, параметров и критериев. При этом обоснованы минимально достаточное число факторов агрометеорологического мониторинга и возможности использования их в качестве пространственных и комплексных хаоактеристик природных усповий функционирования агроландшафта.
На рисунке 2 представлена модель функционирования методологии агрометеорологического мониторинга и последовательность выполнения операций по получению фак-
Рис 2. Комплексная функциональная модель методологии агрометеорологического мониторинга в аридных сельскс-хозяйств-энчых ландшафтах
гидротермических условиях в агросистеме.
Предлагаемые модели методологического обеспечения позволяют определять за суточные, декадные, межфазныо или вегетационные периоды фактические, оценочные и прогнозные значения элементов тепловых, водных и растительных ресурсов агроландшафтов - сумм активных температур воздуха, оптимального суммарного испарения, испаряемости, почвенные влагозапасов. сроков наступления фаз и стадий веге-ироеания растительности и друг их.
Созданные методологические модели пригодны для составления прегнозов и выполнения различных эколого-географических оценок, для проведения специального природного и хозяйственного районирования, а также при разработке систем рационального природопользования
С помощью рассмотоенной научно-методической системы возможны оценки фактических значений указанных агрометеорологических элементоз за различные внутри-сезонные периоды со с редней относительной погрешностью. не превышающей 20%. Точность (оправдываемость) расчета прогнозных значений АМУ, определяемых с раз-
тической, оценочной и прогнозной информации о фито-
О.К.РЫЧКО. Модели оптимизации методолог ического обеспечения для системы агрометеорологического мониторинга засушливых сельскохозяйственных ландшафтов_
личной • до шести месяцев - заблагоаременностью, составляет в среднем не менее 76%.
Разработанная методология мониторинга АМУ содержит подсистему корректировки результатов прогнозирования заданных фитогидротермических и агрофизических факторов, которая дает возможность повысить оправды-ваемость 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 агромегеорологических условий, формирующихся и изменяющихся в геосистемах.
ЛИТЕРАТУРА
1 Исаченко А Г., Шляпников А.А. Ландшафты. - М.: Мысль, 1989.- 504 с.
2 Рычко O.K. Методология оценки внутрисезонной изменчивости фитогидрогермического состояния аридных агроландшафтоб. • Материалы X ландшафтной конференции. СПб.: РГЭ, 1S97. с.100-101.
3. Рычко O.K. Arpe метеорологические концепции и методы мониторинге: экологических условий функционирования arponeндшафтов в аридных регионах. -Ж.: Проблеме« 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 agroneteorologica monitoring of arid agricultural landscapes are offered in the article. The represented models are distinguished by operativress, relative simplicity of used calculated dependences and avaiiability 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 d« ily, ten-day, inter-phase and vegetative period. The ottered models can use for working out forecasting and cariying-out different ecology-geographical estimation, special natural end economic division into districts and also for working out systems of rational na:ure use.
