CC BY
29
УДК 551.506; 551.509; 551.577
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАБОТ ПО ИСКУССТВЕННОМУ УВЕЛИЧЕНИЮ ОСАДКОВ САМОЛЁТНЫМ МЕТОДОМ НА ТЕРРИТОРИИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ
© 2014 г. А.В. Клейменова, Б.П. Колосков, В.П. Корнеев, В.И. Лозовой, И.И. Акимова
Клейменова Алина Викторовна - главный специалист, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: attech@mail.ru.
Колосков Борис Павлович - доктор физико-математических наук, заместитель директора, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: bkoloskov@mail.ru.
Корнеев Виктор Петрович - кандидат технических наук, директор, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: kornvp@mail.ru.
Лозовой Василий Иванович - начальник, Ставропольская военизированная служба по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы, 3-й Юго-Западный проезд, 12А, г. Ставрополь, 355042, e-mail: v. i. lozovoi@mail. ru.
Акимова Ирина Владимировна - начальник отдела активных воздействий и контроля, Ставропольская военизированная служба по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы, 3-й Юго-Западный проезд, 12А, г. Ставрополь, 355042, e-mail: stvs180@mail.ru.
Kleymenova Alina Victorovna - Main Specialist, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: attech@mail.ru.
Koloskov Boris Pavlovich -Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Deputy Director, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: bkoloskov@mail.ru.
Korneev Victor Petrovich - Candidate of Technical Science, Director, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: kornvp@mail. ru.
Lozovoy Vasilii Ivanovich - Director, Stavropol Paramilitary Service for the Active Influence of Meteorological and Other Geophysical Processes, 3 Yugo-Zapadny Proezd, 12A, Stavropol, Russia, 355042, e-mail: v.i.lozovoi@mail.ru.
Akimova Irina Vladimirovnaa - Head of Active Effects and Control Department, Stavropol Paramilitary Service for the Active Influence of Meteorological and Other Geophysical Processes, 3 Yugo-Zapadny Proezd, 12A, Stavropol, Russia, 355042, e-mail: stvs180@mail.ru.
Рассматриваются результаты исследования корреляционных зависимостей между урожайностью и количеством осадков для трёх сельскохозяйственных культур - озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы, выращиваемых на территории Ставропольского края в период с 2003 по 2011 г., приводятся характеристики облачности и осадков и оценка экономической эффективности производственных работ по искусственному увеличению осадков в вегетационный период май и июнь с использованием самолетов Ан-30 и М-101Т «Гжель».
Ключевые слова: искусственное увеличение осадков, засев облаков, урожайность, экономическая эффективность.
The results of study of cloud characteristics and daily amount ofprecipitation, and correlations between the yield and rainfall in the Stavropol Territory for the period from 2003 to 2011 are presented in the paper. The evaluation of the economic efficiency ofproduction works on precipitation enhancement was conducted based on cost estimates of works on cloud seeding using An-30 and M-101T «Gjel» aircraft, and the relationship between the wheat, potatoes and sugar beets crops and rainfall amount in May and June.
Keywords: artificial precipitation enhancement, cloud seeding, crop, economic efficiency.
Значительная часть территории Российской Федерации представляет собой зоны рискованного земледелия, в том числе в связи с недостатком осадков, необходимых в период вегетации сельскохозяйственных культур.
Проблеме оценки экономической эффективности работ по искусственному увеличению осадков (ИУО) посвящен ряд исследований [1-3]. По этим оценкам рентабельность производственных работ по ИУО, выполненных в Закавказье в бассейнах р. Иори и оз. Севан в 1986-1990 гг. [2], составила в зависимости от возделываемых сельскохозяйственных культур, сезона и способа засева облаков от 1:5 до 1:10. Результаты оценки эффективности работ по ИУО на территории Ставропольского края в 1986-1990 гг., полученные для озимой пшеницы, также свидетельствуют о высокой экономической эффективности активных воздействий (АВ) на облака в вегетационный период май-июнь (рентабельность 1:10) [3].
Оценка экономической эффективности работ по ИУО основывается, как правило, на определении приращения осадков за счет ИУО в моделях «урожай -осадки». Для определения связей между урожайностью сельскохозяйственных культур и количеством осадков обычно используются статистические методы (корреляционный анализ) [4-7].
В настоящей работе рассматриваются результаты исследования корреляционных зависимостей между урожайностью и осадками для озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы, выращиваемых на территории Ставропольского края в период с 2003 по 2011 г., приводятся характеристики облачности и осадков и оценка экономической эффективности производственных работ по ИУО с использованием самолетных средств воздействий на облака.
Исследование корреляционных зависимостей
между урожайностью сельскохозяйственных культур и осадками
Исследование зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от количества осадков проводилось с использованием данных о месячных количествах осадков, измеренных 16 метеостанциями на территории Ставропольского края в 2003-2011 гг., и об урожайности сельскохозяйственных культур за этот же период.
Для исследования связи урожайности с осадками, выпавшими за выбранный период времени, обычно используется линейное уравнение регрессии вида [1, 2, 4]
Q = a + b Pcp, (1)
где Q - урожайность сельхозкультур, ц/га; Pcp - среднее количество осадков, выпавших на территории края за выбранный период времени. Коэффициенты a и b оп-
ределяются методом наименьших квадратов по данным об урожайности и осадках в период 2003-2011 гг.
Исследования зависимости урожайности от количества осадков проводились для трех сельхозкультур (озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы) и осадков, выпавших в различные периоды года - в осенний (сентябрь-ноябрь) и весенний (май-июнь).
Анализ результатов исследований моделей «урожай-осадки», описываемых уравнением (1), показал, что связь урожайности для озимой пшеницы наблюдается с осадками, выпавшими в июне и мае-июне, а для картофеля и сахарной свеклы - в мае и мае-июне. При этом для всех трех сельхозкультур наибольшая связь урожайности наблюдается с осадками, выпавшими в вегетационный период май-июнь (рисунок).
76 96 116 136 156 176
Осадим,
б
Корреляционная зависимость между урожайностью и количеством осадков в мае-июне: а - озимой пшеницы; б - картофеля; в - сахарной свеклы
а
в
Коэффициенты корреляции между урожайностью и количеством осадков, выпавших в мае-июне, оказались равными: для озимой пшеницы - Коълш = 0,827; для картофеля - Лкарт = 0,881; для сахарной свеклы -^сах.св = 0,803. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами исследований связи урожайности основной зерновой культуры в Ставропольском крае - озимой пшеницы с количеством осадков в мае-июне по данным за период 1961-1985 гг. [7]. Аналогичные результаты, подтверждающие высокую степень прогноза урожайности озимой пшеницы и картофеля по осадкам в мае-июне, были также получены и для территории Кабардино-Балкарии [8].
Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о высокой степени зависимости урожайности выращиваемых на территории Ставропольского края озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы от выпадающих в мае-июне осадков, что позволяет использовать полученные корреляционные связи для прогноза урожайности этих сельскохозяйственных культур на основе данных об осадках. Прогноз урожайности может быть использован, как это будет показано ниже, для оценки экономической эффективности работ по ИУО.
Характеристики облачности и осадков в Ставрополье в мае-июне
Оценка экономической эффективности работ по ИУО наряду с использованием моделей «урожай-осадки» предполагает использование информации о количестве дополнительных осадков, которые можно получить в результате АВ на облака. Наличие такой информации позволяет по приращению осадков за счёт работ по АВ оценить прирост урожайности для выбранных сельхозкультур и рассчитать экономический эффект ИУО.
Очевидно, что эффективность проведения работ по ИУО на заданной территории в значительной степени зависит от облачных ресурсов, т.е. от наличия облаков, пригодных для воздействия, а также вклада осадков из этих облаков в общий слой осадков на выбранной площади. Принимая во внимание, что радиозондирование на территории Ставропольского края проводится только в Минеральных Водах, для оценки облачных ресурсов на этой территории использовались данные регулярных 3-часовых наблюдений за облачностью и осадками на метеостанции Минеральные Воды и данные радиозондирования, выполняемого в сроки 4 и 16 ч (местное время) в аэропорту Минеральные Воды.
Анализ данных наблюдений на метеостанции Минеральные Воды за период 2005-2012 гг. показал, что в мае в среднем 49 % месячного количества осадков выпадают в дневное время (с 10 до 22 ч) и 51 - в ночное время (с 22 до 10 ч). В июне 51 % месячного количества осадков выпадают в дневное время и 49 - в ночное время. Таким образом, в дневное и ночное время суток в мае и июне выпадает практически одинаковое количество осадков. При этом наблюдается значительная изменчивость как дневных, так и ночных осадков: в мае дневные осадки менялись от 20,3
до 74,8 мм, а ночные - от 9,6 до 78,7 мм, а в июне - от 1,6 до 95 мм днём и от 9,5 до 79,3 мм ночью.
Анализ данных также показал, что в мае наблюдалось 6-13 дневных и 5-15 ночных случаев выпадения осадков, т.е. в мае в среднем было отмечено 9,6 случая выпадения осадков в дневной и 11,9 случая в ночной периоды. При этом 3-8 случаев дневных и 1-13 случаев ночных осадков в мае дали более 90 % месячного дневного и ночного количества осадков соответственно. В июне наблюдалось 6-12 дневных и 8-14 ночных случаев выпадения осадков, т.е. в июне в среднем отмечено 9,1 случая выпадения осадков в дневной и 10,3 случая в ночной периоды. При этом 27 случаев осадков в июне днём и 3-9 случаев осадков ночью дали более 90 % месячного дневного и ночного количества осадков.
Важной с точки зрения оценки облачных ресурсов на заданной территории является также информация о температуре верхней границы облачности. Максимальная температура, при которой в облаке генерируется количество ледяных частиц, достаточное для заметного влияния на процесс осадкообразования, для йодистого серебра Agi, наиболее широко используемого для АВ на облака различных типов, составляет, по данным разных авторов, -4 - 6 оС [9]. В связи с этим были получены оценки вклада в слой осадков, выпадающих из облаков с температурой верхней границы меньше минус 5 оС. Анализ данных об облачности и осадках для Минеральных Вод показал, что в мае вклад осадков из облаков с такой температурой составляет в дневное время 78 %, а в ночное - 76. В июне вклад осадков из таких облаков составляет 61 и 71 % в дневное и ночное время соответственно.
Поскольку процесс воздействия на облака самолетным методом в ночное время требует более высокой подготовки экипажей самолетов и специалистов по АВ, ограничим период воздействий дневным временем суток. При этом доля дневных осадков, пригодных для ИУО, составит соответственно для мая -0,380, для июня - 0,309 и для мая-июня - 0,345 от общего количества осадков, выпавших за это время.
Таким образом, результаты исследований характеристик облачности и осадков позволяют сделать вывод, что данный регион располагает облачными ресурсами для проведения в мае-июне работ по АВ на облака с целью ИУО для нужд сельского хозяйства.
Оценка экономической эффективности работ по ИУО
Расчет экономической эффективности ИУО методами активных воздействий на территории Ставропольского края проводился с помощью полученных моделей «урожай-осадки» для озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы и характеристик облачности и осадков для этой территории.
Используя уравнение (1), можно спрогнозировать, что прирост урожайности AQ за счет дополнительно полученной воды АР составит при искусственном увеличении осадков в результате активных воздействий на облака AQ = b AP.
При занятой под сельхозкультуру площади увеличение сбора урожая составит А¥=А()8. Выручка от продажи дополнительно урожая, полученного благодаря ИУО в наиболее благоприятные с точки зрения роста растений месяцы, составит АО=А¥Б = А(?БВ, где Б - закупочная цена сельхозкультуры.
В табл. 1 приведены результаты оценки экономической эффективности ИУО с учётом облачных ресурсов в предположении, что работы по АВ на облака выполняются в дневное время, т.е. будет использоваться самолетный метод, и увеличение осадков в мае-июне благодаря АВ составит 20 %.
Таблица 1
Оценка экономической эффективности ИУО для озимой пшеницы, картофеля и сахарной свеклы
Период AQmm/Дqmax, ц/га JVmin/Jvmax, т A.Dmin/Arfmax, млн руб.
Озимая пшеница
Июнь 0,28 / 0,62 43 718 / 98 397 157 / 354
Май-июнь 0,74 / 1,65 116 096 / 261 024 418 / 939
Картофель
Май 1,20 / 2,69 3 367 / 7 564 27 / 61
Май-июнь 2,27 / 5,11 6 370 / 14 322 51/ 116
Сахарная свекла
Май 5,76 / 11,01 14 705 / 28 109 18 / 36
Май-июнь 12,21 / 24,56 31 163 / 62 694 39 / 79
Расчеты выполнены по данным о средних ценах и посевной площади сельхозкультур в период 20032011 гг. Значения AQmin и AQmax в таблице соответствуют значениям урожайности сельхозкультур в наименее и наиболее урожайные годы рассматриваемого периода.
Для определения чистого дохода необходимо оценить расходы на выполнение работ по ИУО, проводимых с использованием самолетного метода, которые складываются из затрат на аренду самолета, ГСМ, аэродромные и аэронавигационные расходы, реагенты, метео- и радиолокационную информацию, заработную плату и командировочные расходы.
Расчеты затрат проводились для случая выполнения работ по АВ на облака с использованием самолетного метода на территории Ставропольского края в мае-июне. Выше показано, что в мае и июне 7-8 случаев выпадения осадков в дневное время дают более 90 % месячного дневного количества осадков. В связи с этим для проведения воздействий на облака в дневное время в мае-июне при использовании самолётов типа «Гжель» и Ан-30 в среднем необходимо отработать 16 дней (по 8 дней в месяц). В табл. 2 приведены результаты оценки затрат при проведении работ по ИУО с использованием двух типов самолетов.
Таблица 2
Оценка затрат на проведение работ по ИУО
Период работ по ИУО Затраты, млн руб.
М-101Т «Гжель» Ан-30
1 месяц (май или июнь) 18,5 30,0
2 месяца (май и июнь) 33,0 55,0
Сравнение результатов расчётов экономической эффективности работ по ИУО на примере трёх сельскохозяйственных культур, выращиваемых на территории Ставропольского края (табл. 1), с оценками расходов на проведение производственных работ по АВ на облака самолетным методом (табл. 2) показывает, что для озимой пшеницы при 20%-м увеличении
осадков чистая прибыль работ по ИУО может составить в зависимости от типа используемых самолётов от 127 до 335,5 млн руб. в июне и от 363 до 906 млн руб. в мае-июне.
Для картофеля при 20%-м увеличении осадков чистая прибыль может составить до 42 млн руб. в мае и до 83 млн руб. в мае-июне. При этом следует отметить, что в сезоны с минимальными облачными ресурсами применение самолётов типа Ан-30 оказывается нерентабельным.
Работы по ИУО при выращивании сахарной свёклы при 20%-м увеличении осадков дают до 17 млн руб. прибыли в мае и до 46 млн руб. в мае-июне, однако в сезоны с минимальными облачными ресурсами самолетный метод АВ на облака оказывается нерентабельным.
Выводы
Разработанный алгоритм позволяет спрогнозировать экономическую эффективность производственных работ по искусственному увеличению атмосферных осадков для нужд сельского хозяйства и может быть использован при планировании этих работ в различных сельскохозяйственных регионах.
Показано, что в период май-июнь над территорией Ставропольского края имеется достаточное количество облаков, пригодных для воздействия на них самолетными методами с целью получения дополнительных осадков.
Проведенный анализ показал, что экономически рентабельно с точки зрения повышения урожайности озимой пшеницы в Ставропольском крае проведение АВ на облака самолётным методом в вегетационный период май-июнь.
Литература
1. Дмитриенко В.П. Оценка влияния температуры воздуха и осадков на формирование урожая основных зерновых культур: метод. пособие. Л., 1976. 49 с.
2. Сванидзе Г.Г., Бегалишвили Н.А., Бериташвили Б.Ш. О
физической и экономической эффективности работ по искусственному увеличению осадков в Закавказье // Планирование и оценка эффективности работ по искусственному увеличению осадков: материалы V Все-союз. Совещания. Ставрополь, 1990. С. 80-90.
3. Экба Я.А., Каплан Л.Г., Закинян Р.Г. Экономическая
эффективность работ по искусственному увеличению осадков в Ставропольском крае // Планирование и оценка эффективности работ по искусственному увеличению осадков: материалы V Всесоюз. совещания. Ставрополь, 1990. С. 77-80.
4. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный ана-
лиз. Т. 1. М., 1986. 366 с.
5. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М., 1980.
456 с.
Поступила в редакцию
6. Уланова Е.С., Забелин В.Н. Методы корреляционного и рег-
рессионного анализа в агрометеорологии. Л., 1990. 207 с.
7. Экба Я.А., Каплан Л.Г., Закинян Р.Г. Физико-статисти-
ческие модели урожай-осадки для засушливых и вла-гообеспеченных районов Ставропольского края // Планирование и оценка эффективности работ по искусственному увеличению осадков: материалы V Всесоюз. совещания. Ставрополь, 1990. С. 64-70.
8. Аджиева А.А. Анализ и прогноз пространственно-
временного распределения опасных метеорологических процессов на юге европейской части России и разработка мероприятий по снижению риска их развития: автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. Нальчик, 2011.
9. Колосков Б.П., Корнеев В.П., Щукин Г.Г. Методы и
средства модификации облаков, осадков и туманов. СПб., 2012. 341 с.
17 декабря 2013 г.
