Изменение продолжительности периода вегетации и суммы активных температур в Калининградской области за последние десять лет

УДК 631.9

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПЕРИОДА ВЕГЕТАЦИИ И СУММЫ АКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР В КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ

ДЕСЯТЬ ЛЕТ

В. А. Наумов, Н. Р. Ахмедова

CHANGES IN THE GROWING SEASON DURATION AND THE SUM OF ACTIVE TEMPERATURES IN THE KALININGRAD REGION OVER THE PAST DECADE

V. A. Naumov, N. R. Akhmedova

Оценка природных ресурсов имеет особое значение для сельского хозяйства, где производство продукции напрямую зависит от компонентов природного комплекса. Агроклиматические характеристики местности в основном характеризуются показателями тепла и влаги. Результаты наблюдений за агрометеорологическими условиями сводятся в справочники, которые содержат нужную информацию для успешного ведения сельского хозяйства. Последние данные, представленные в агроклиматическом справочнике по Калининградской области, датируются 70-ми годами прошлого столетия. В настоящее время имеются примеры исследования агроклиматических ресурсов других регионов, которые указывают на изменение этих показателей. Цель данной работы заключалась в том, чтобы определить: изменились ли основные агрометеорологические показатели в Калининградской области за последние десятилетия. При описании агроклиматических районов используются различные показатели, в данной работе рассмотрены два основных - сумма температур выше 10°С и продолжительность периода с температурами 5-15° С и выше. Исходными данными является гидрометеорологическая информация по метеостанции Калининград. В работе представлены средние многолетние температуры по месяцам и декадам в периоды 1881-1958 и 2006-2015 гг., выявлено определенное изменение этих показателей. Проведен анализ известного метода расчета суммы активных температур, в результате которого выявлено занижение данной величины при расчетах по среднемесячным значениям и по среднему многолетнему графику хода температур воздуха, а не по каждому году в отдельности с последующим осреднением. В результате авторами предложен алгоритм расчета суммы активных температур, который дает более точные данные. Полученные результаты важны для характеристики условий периода вегетации.

сумма активных температур, период вегетации, агрометеорология, Калининградская область

Natural resources assessment has a special value for agriculture where manufacturing directly depends on the natural system components. Agroclimatic characteristics of

an area are generally described in terms of heat and moisture indices. Observation results over agrometeorological conditions are compiled in reference books which contain all necessary information for successful farming. The latest data provided in the agroclimatic reference book on the Kaliningrad region dates back the 70th years of the last century. At present there are examples of research of agroclimatic resources of other regions which prove their change. The purpose of this work was to determine whether the main agrometeorological indicators in the Kaliningrad region have changed over the last decades. In the description of agroclimatic zones various indicators are used; this work considers two main indicators-the sum of temperatures above 10 °C and duration of the period with temperatures of 5-15 °C and above 15 °C. Baseline data is hydrometeorological information on Kaliningrad meteorological station. The paper presents average long-term temperatures on months and decades over the periods 18811958 and 2006-2015, a certain change of these indicators is revealed. We have carried out an analysis of the known calculation method of the sum of active temperatures which resulted in understating of this value when calculating by the average monthly values and when calculating by the average long-term schedule of the curve of air temperatures, but not by every year separately with the subsequent averaging. As a result, the authors have offered calculation algorithm for the sum of active temperatures which gives more accurate data. The obtained results are important for specification of the growing season conditions.

sum of active temperatures, growing season, agricultural meteorology, the Kaliningrad region

ВВЕДЕНИЕ

Формирование урожая культурных растений во многом зависит от метеорологических условий. Результатом многолетних наблюдений за агрометеорологическими условиями региона являются агроклиматические справочники по Калининградской области [1, 2], выпущенные в 60-70-е гг. XX столетия, которые содержат ёмкую и важную информацию для растениеводства.

С тех пор прошло уже более 40 лет, за это время произошли значительные изменения климата [3]. Однако данные систематического и комплексного изучения агроклиматических характеристик Калининградского региона не были опубликованы, на что указано в [4]. Работы по отдельным агроклиматическим характеристикам (например, по осадкам [5]) принципиально не решают проблему.

Для описания агроклиматических районов А. Х. Шкляр [6] предложил учитывать следующие показатели:

1) физико-географические условия;

2) сумму температур выше 10°С;

3) гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова;

4) коэффициент увлажнения Н. И. Иванова;

5) индекс Докучаева-Высоцкого;

6) продолжительность периода с температурами 5-15° С и выше.

В данной статье рассмотрены показатели (2) и (6) по Калининградской метеостанции (№ 26702) за последние 10 лет. К остальным характеристикам мы наде-

емся вернуться в следующих работах. Исходные данные (средние суточные температуры) были предоставлены ВНИИ гидрометеорологической информации [7].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Авторами проанализирована продолжительность периодов с заданными температурами. В табл. 1 в числителе указано общее количество суток в году с заданной температурой, а в знаменателе - непрерывное количество, т. е. после соответствующего перехода. Именно последнее приводится в справочниках и используется для вычисления суммы активных температур (САТ).

Таблица 1. Продолжительность периодов с заданными температурами по метеостанции Калининград

Table 1. Duration of the periods with fixed temperatures according to Kaliningrad weather station

№ п/п Год Продолжительность периодов с температурами

выше 5°С выше 10°С выше 15°С от 5°С до 15°С

1 2006 242/204 173/171 105 137/99

2 2007 241/199 161/160 89 152/110

3 2008 250/211 163/161 92 158/119

4 2009 222/200 156/156 90 132/110

5 2010 223/197 151/148 83 140/114

6 2011 230/203 164/164 104 126/99

7 2012 226/199 160/160 94 132/105

8 2013 232/200 165/165 101 131/99

9 2014 245/205 172/170 87 158/118

10 2015 231/195 166/160 73 158/122

Средние значения 234,2/201,3 163,1/161,5 91,8 142,4/109,5

По [1] 205 152 79

По [2] 192-196 148-152 76-80

В табл. 2 представлены средние декадные температуры по метеостанции Калининград в период вегетации по справочникам [1, 2], а также рассчитанные за 2006-2015 гг. по данным [7]. Данные [1] и [2] различаются незначительно, на 0,10,2 °С, тогда как средние декадные температуры за последние 10 лет значительно выше. Первая декада августа - выше на 2°С. В апреле повышение составило 1,5 °С и более. Температура выше 10°С наблюдалась в последней декаде апреля, а не в первой декаде мая, как было ранее.

Авторам не удалось найти Свода правил или иного нормативного документа, в котором был бы утвержден порядок расчета САТ. В действующем ГОСТе [8] имеется лишь определение: «Сумма активных температур (Accumuleted temperatures, Warmesumme) - показатель, пропорциональный количеству тепла и выражающийся суммой средних температур воздуха или почвы, превышающих биологический минимум температуры, установленный для определенного периода развития растения».

Таблица 2. Средние декадные температуры по метеостанции Калининград в период вегетации

Table 2. Average decade temperatures according to Kaliningrad weather station during growing season_

№ Месяц Декада Середина Средние декадные температуры, °С

п/п декады Ki по [1] по [2] 20062015 гг.

1 Апрель 1 5 3,2 3,6 5,3

2 2 15 6,4 6,3 7,8

3 3 25 8,3 8,4 10,7

4 Май 1 35 10,4 10,6 11,0

5 2 45 11,7 11,9 12,6

6 3 55,5 12,9 13,0 14,7

7 Июнь 1 66 14,2 14,4 15,7

8 2 76 15,1 15,3 16,0

9 3 86 16,0 16,2 16,7

10 Июль 1 96 17,0 17,1 18,9

11 2 106 17,6 17,7 18,5

12 3 116,5 17,7 17,8 19,4

13 Август 1 127 17,5 17,5 19,5

14 2 137 16,8 16,9 18,4

15 3 147 15,9 16,0 16,6

16 Сентябр 1 157,5 14,5 14,5 14,8

17 ь 2 168 13,0 13,1 13,8

18 3 178 11,5 11,6 12,6

19 Октябрь 1 188 9,6 9,7 9,8

20 2 198 7,8 7,9 7,9

21 3 208,5 6,0 6,0 7,2

При расчетах активных температур широко используется методика, приведенная в [9]. Если значения температуры 10°С и ниже, то эти сутки в расчет не входят. Суммы температур за декады (или месяцы) получают путем умножения средней декадной или месячной температуры на число дней декады или месяца. Подсчет средних многолетних САТ в [9] производится по графику среднего многолетнего хода температур воздуха (рис. 1 и 2). Значения температур берутся по оси ординат, а декады (или месяцы) - по оси абсцисс; значения температур - с точностью до 0,1 °С с середины декад или на пятнадцатое число каждого месяца. Подсчет сумм средних многолетних значений производится по средней месячной (или средней декадной) температуре, снятой с графика годового хода температур. Суммы температур за декады или месяцы получают путем умножения средней декадной или месячной температуры, снятой с графика (гистограммы), на число дней декады или месяца.

Т

°с 16

14

12

10

8

6

4

2

У Г*7

Г- Ч

У Ч

У У \

\ V

i7

/ Л

J

апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Рис. 1. Средние многолетние температуры по метеостанции Калининград

в 1881-1958 гг. [1]: 1 - по месяцам, 2 - по декадам Fig. 1. Long-term annual average temperatures according to Kaliningrad weather station (№ 26702) between 1881 and 1958 [1]: 1 - monthly, 2 - over decades

is 16 14 12 10

Л X

у

к ч

У "S ч

к J V

Л \ 1

/I Г •

апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Рис. 2. Средние многолетние температуры по метеостанции Калининград (№

26702)

в 2006-2015 гг.: 1 - по месяцам, 2 - по декадам Fig. 2. Long-term annual average temperatures according to Kaliningrad weather station (№ 26702) between 2006 and 2015: 1 - monthly, 2 - over decades

За неполные декады или месяцы (в начале и конце промежутка) сумма температур в [9] подсчитывается по площади трапеции графика годового хода температуры. Площади трапеции отсекаются ординатами температур на дату ее перехода через 10 °С и на последний день декады (или месяца) весной и от первого дня декады или месяца до даты перехода температуры воздуха через этот предел осенью. Число дней неполной декады или месяца на оси ординат графика служит высотой трапеции.

Сумма активных температур за неполный месяц в начале вегетационного периода рассчитывается по формуле [9]

САТ1 = 0,5 • k1 -

где Iо — температура на последний день месяца; к — число дней за неполный месяц (снимается с графика). По аналогичной формуле вычисляется САТп в последний (неполный), п-й месяц вегетационного периода.

В остальные месяцы вегетационного периода со 2-го по (п-1)-й в [9] САТ вычисляем, умножая среднемесячное значение на количество дней в месяце. Фактически, приближенное интегрирование функции зависимости температуры воздуха от времени выполняется очень неточным методом прямоугольников. Результат будет заметно точнее, если для численного интегрирования использовать метод трапеций:

( п-1

САТ = 0,5 •

v I=з у

где К - даты середины каждого месяца (декады); ' - средние месячные (декадные) температуры.

Дату начала кс и завершения К* вегетационного периода удобнее и точнее не снимать с графика, а вычислять по формулам:

Ко = К2-

'2 - '1 '7 - '6

Автор [9] не различает расчет САТ по среднемесячным или средним декадным температурам. Покажем, что это приводит к погрешности, на примере температуры по метеостанции Калининград. По рис. 2 видно, как различается ход графиков и переход к температурам выше 10°С. Вычисление по формулам (3) дает: при использовании многолетних среднемесячных значений - это 28 апреля, а средних декадных - 23 апреля. Обратный переход - в обоих случаях - 4 октября. Следовательно, при расчете САТ по среднемесячным значениям не учитываются температуры за пять дней, значит, величина САТ будет занижаться.

Другая причина занижения расчетного значения САТ [9] в том, что расчет проводится по среднему многолетнему графику хода температур воздуха, а не по каждому году в отдельности с последующим осреднением. На рис. 3 показан ход температуры воздуха по метеостанции Калининград в 2015 г. Видно, что переход к температурам выше 10°С различается: при использовании среднемесячных значений - это 3 мая, а средних декадных - 24 апреля.

Табл. 3 показывает, что указанное различие приводит к занижению расчетного значения сат. Абсолютное и относительное отклонение

А = САТм2 -САТд2 г = 100% • А /САТд

I I II'

По средним многолетним графикам хода декадной температуры 1881-1958 гг. (рис. 1) расчет по формуле (2) дал значение САТ = 2250°С (табл. 3), в точности совпадающее с приведенным в справочнике [1] для Калининграда. В справочнике [2] диапазон САТ = 2200-2300°С, наши расчеты по средним декадным температурам и формуле (2) дали значение (табл. 3) САТ = 2286°С, попадающее в указанный диапазон. Тогда как результат расчета по средним многолетним месячным температурам САТ = 2193°С находится вне этого диапазона. Далее в расчетах будем использовать средние декадные температуры.

Т

2 *--

Л С-'

/ -V Л

Л • ♦

J \ X.

4\

J V

/ \ V -Ф

✓

апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Рис. 3. Средние температуры по метеостанции Калининград (№ 26702) в 2015 г.: 1 - по месяцам, 2 - по декадам Fig. 3. Average temperatures according to Kaliningrad weather station (№ 26702) in 2015: 1 - monthly, 2 - over decades

Таблица 3. Расчетные значения САТ по метеостанции Калининград

Table 3. Calculated values of the sum of active temperatures according to Kaliningrad

weather station

№ Год сат, °С, по средним температурам А, °С 8, %

п/п САТм, по месяцам САТд, по декадам

1 2006 2697 2846 -149 -5,2

2 2007 2455 2489 -34 -1,4

3 2008 2424 2611 -187 -7,2

4 2009 2446 2628 -182 -6,9

5 2010 2350 2473 -123 -5,0

6 2011 2599 2782 -183 -6,6

7 2012 2396 2601 -205 -7,9

8 2013 2541 2570 -29 -1,1

9 2014 2660 2803 -143 -5,1

10 2015 2304 2444 -140 -5,7

Средние по годовым 2487 2625 -138 -5,3

графикам хода

температуры

По средним графикам 2468 2574 -106 -4,1

хода температуры 2006-2015 гг.

По средним 2164 2250 -86 -3,8

многолетним графикам

хода температуры [1]

По средним 2193 2286 -93 -4,1

многолетним графикам

хода температуры [2]

В табл. 3 найденная по средним (декадным) графикам хода температуры 2006-2015 гг. САТ = 2574°С. Если сначала найти САТ по средним декадным температурам для каждого года, а затем выполнить осреднение, получим САТ = 2625°С. Поэтому именно такую последовательность расчета САТ следует рекомендовать.

На рис. 4 показано накопление сумм активных температур по метеостанции Калининград в последние годы.

CAT °С 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0

и и " г -*— -*--ф—

 - ,  £ *

♦Н И*. J :

1 V А

I

** Л

Л? Ф Ж

* ¿г

•Л1

апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Рис. 4. Накопление сумм активных температур по метеостанции Калининград (№ 26702): 1 - 2012 г., 2 - 2014 г., 3 - 2015 г. Fig. 4. Accumulation of the sums of active temperatures according to Kaliningrad weather station (№ 26702): 1 - 2012, 2 - 2014, 3 - 2015

ВЫВОДЫ

Полученные графики важны для характеристики условий периода вегетации. Например, по данным [9], выращивание раннеспелых сортов кукурузы требует, чтобы значение САТ было не менее 2200°С, среднеспелых 2400-2500°С, среднепоздних 2700°С и более. Справочники [1, 2] рекомендовали выращивать в Калининградской области кукурузу раннеспелых сортов. Исследования авторов показали, что в связи с изменением климата обеспечение теплом достаточно для среднеспелых сортов кукурузы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Агроклиматический справочник по Калининградской области. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1961. - 128 с.

2. Агроклиматические ресурсы Литовской ССР и Калининградской области РСФСР: справочник. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1972. - 144 с.

3. Давыденко, О. В. Агроклиматическое районирование Беларуси в условиях изменения климата / О. В. Давыденко // Вестник БГУ. Серия 2. - 2009. -№ 1. - С. 106-111.

4. Бедарев, С. А. Перспективы агрометеорологических исследований в Калининградской области / С. А. Бедарев // Современные аспекты агрономии и природопользования: сб. научных трудов. - Калининград: Изд-во КГТУ, 1997. - С. 12-18.

5. Наумов, В. А. Тенденции изменения слоя осадков в Калининградской области / В. А. Наумов, Л. В. Маркова // Инновации - сельскому хозяйству: материалы международной конференции. - Калининград: Изд-во ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2013. - С. 79-81.

6. Шкляр, А. Х. Климатические ресурсы Белоруссии и использование их в сельском хозяйстве / А. Х. Шкляр. - Минск: Вышэйшая школа. - 1973. - 432 с.

7. ВНИИГМИ-МЦД-Климат-Удаленный доступ к ЯОД архивам [Электронный ресурс]. - URL: http://aisori.meteo.ru/ClimateR (Дата обращения: 09.05.2016).

8. ГОСТ 17713-89. Сельскохозяйственная метеорология. Термины и определения. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.01.1989 № 72.

9. Лосев, А. П. Практикум по агрометеорологическому обеспечению растениеводства: учеб. пособие / А. П. Лосев. - Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1994. - 245 с.

REFERENCES

1. Agroklimaticheskij spravochnikpo Kaliningradskoj oblasti [Agroclimatic reference book of the Kaliningrad region]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1961, 128 p.

2. Agroklimaticheskie resursy Litovskoj SSR i Kaliningradskoj oblasti RSFSR: spravochnik [Agroclimatic resources of the Lithuanian Soviet Socialist Republic and the Kaliningrad region of the Russian SFSR: reference book]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1972, 144 p.

3. Davydenko O. V. Agroklimaticheskoe rajonirovanie Belarusi v uslovijah iz-menenija klimata [Agroclimatic zoning of Belarus in conditions of climate change]. Vestnik BGU, serija 2, 2009, no. 1, pp. 106-111.

4. Bedarev S. A. Perspektivy agrometeorologicheskih issledovanij v Kalinin-gradskoj oblasti [Agrometeorological research perspectives in the Kaliningrad region]. Sovremennye aspekty agronomii i prirodopol'zovanija: sbornik nauchnyh trudov [Modern aspects of agronomy and environmental management: collection of research papers]. Kaliningrad, izd-vo KGTU, 1997, pp. 12-18.

5. Naumov V. A., Markova L. V. Tendencii izmenenija sloja osadkov v Kalinin-gradskoj oblasti [Rainfall depth trend in the Kaliningrad region]. Materialy mezhdunarodnoj konferencii "Innovacii - sel'skomu hozjajstvu [Proceedings of the international conference "Innovations for agriculture"]. Kaliningrad, izd-vo FGBOU VPO "KGTU", 2013, pp. 79-81.

6. Shkljar A. H. Klimaticheskie resursy Belorussii i ispol'zovanie ih v sel'skom hozjajstve [Climatic resources of Belarus and their use in agriculture]. Minsk, Vyshjejshaja shkola, 1973, 432 p.

7. VNIIGMI-MCD-Klimat-Udalennyj dostup k JaOD arhivam. Available at: http://aisori.meteo.ru/ClimateR (Accessed: 09 May 2016).

8. GOST 17713-89. Sel'skohozjajstvennaja meteorologija. Terminy i opredele-nija. [Agricultural meteorology. Terms and definitions] Utverzhden i vveden v dejstvie Postanovleniem Gosudarstvennogo komiteta SSSR po standartam ot 18.01.1989 № 72.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Наумов Владимир Аркадьевич - Калининградский государственный технический университет; доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования; E-mail: vladimir.naumov@klgtu.ru

Naumov Vladimir Arkadievich - Kaliningrad State Technical University; Doctor of Engineering, Professor, Head of the department of water resources and water use;

E-mail: vladimir.naumov@klgtu.ru

Ахмедова Наталья Равиловна - Калининградский государственный технический университет; кандидат биологических наук, доцент кафедры водных ресурсов и водопользования; E-mail: natalya.ahmedova@klgtu.ru

Akhmedova Natalya Ravilovna - Kaliningrad State Technical University; PhD, Associate professor of the department of water resources and water use; E-mail: natalya.ahmedova@klgtu.ru