Агроклиматические условия Ленинградской области при современных изменениях климата

Сою Анастасия Валерьевна

 

Агроклиматические условия Ленинградской области при современных изменениях климата

 

Магистерская диссертация

 

 

           «К ЗАЩИТЕ»

Научный руководитель:

к.г.н., доц. П.Н. Священников

 

                                                                                                                                                                                               

«16» мая  2016

 

 

Заведующий кафедрой:

к.г.н., доц.П.Н. Священников

                                         

                                                                                                                                                                     

                              

«16»мая2016

 

Санкт-Петербург

2016

Содержание

Введение. 3

Глава 1. Агроклиматология и агроклиматические показатели. 5

1.1. Общие сведения об агроклиматологии. 5

1.2.Система агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата. 6

Глава 2. Методика обработки агроклиматических данных. 9

2.1.Общие вопросы агроклиматической обработки материалов наблюдений. 9

2.2.Теплообеспеченность вегетационного периода. 10

2.3. Влагообеспеченность вегетационного периода. 17

2.4. Биоклиматический потенциал. 19

2.5. Опасные агроклиматические явления. 23

Глава 3. Агроклиматические условия Ленинградской области. 28

3.1. Данные стандартных инструментальных наблюдений агроклиматических характеристик на сети метеорологических станций Ленинградской области. 28

3.2. Изменение климата на территории Ленинградской области. 29

3.3. Анализ изменения дат устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 5, 10 °С весной и через 10, 5 °С осенью.. 31

3.4. Анализ изменения продолжительности периодов со среднесуточными температурами воздуха выше 5, 10 °С весной и через 10, 5 °С осенью.. 38

3.5. Анализ изменения сумм активных и эффективных температур воздуха за вегетационный период 42

3.6. Исследование изменений количества опасных агроклиматических явлений, в период современного изменения климата. 46

3.7. Анализ изменения гидротермического коэффициента Селянинова. 51

3.8.Биоклиматический потенциал. 55

Заключение. 59

Список литературы.. 61

 

Введение

Глобальное изменение климата и его влияние на окружающую среду является одной из главных проблем ХХΙ в. Особое место в этом ряду занимает проблема соответствующих изменений и адаптационных ресурсов сельского хозяйства - важнейшей отрасли экономики, обеспечивающей выживание растущего населения Земли и продовольственную безопасность отдельных стран и крупных регионов.

Значение агроклиматической информации трудно переоценить, поскольку сфера её применения исключительно широка. Агроклиматическая информация  повсеместно и регулярно используется для агроклиматического обеспечения сельского хозяйства, в любых агроклиматических расчетах, анализах и обобщениях. А такжеона используется при агроклиматическом районировании территории и отдельных сельскохозяйственных культур,  в оперативных оценках текущих агрометеорологических условий сельскохозяйственного производства, в том числе при оценке особенностей роста, развития и продуктивности сельскохозяйственных культур. Агроклиматическая информация  находит свое применение при прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур, оценке хода полевых работ, перезимовки и т. д. Только при использовании агроклиматических сведений можно научно обосновать перспективы развития сельскохозяйственного производства, оценить целесообразность и возможность возделывания новых и традиционных сельскохозяйственных культур на той или иной территории, сформировать их оптимальный набор, рассчитать вероятность получения определенного количества и качества сельскохозяйственных продуктов, оценить биоклиматический потенциал (сельскохозяйственный потенциал климата) среды и т. д.

В 2013 году вышел 5-ый доклад МГЭИК(Доклад первой…,2013), в котором ряд авторов предполагают, что потепление климата приведеткувеличению повторяемости опасных явлений, а также будет больше  аномально жарких периодов и меньше дней с сильными морозами (как отдельных дней, так и средних сезонных значений).Жаркие периоды будут чаще и продолжительнее.

Самые последние исследования указывают на вероятность незначительных благоприятных последствий для урожайности зерновых культур в температурных зонах средних и высоких широт из-за незначительного повышения температуры (на 1–2 °C) (Хебебранд, 2009). В связи со сказанным выше, возникает необходимость впроведении исследования влияния современных изменений климата на агроклиматические условия отдельного региона, такого как Ленинградская область.

Целью данной работы являетсяполучение оценки изменений  агроклиматических условий (агроклиматических показателей) Ленинградской области при современных изменениях климата.

Поставленные задачи:

1.Создание электронного архива данных наблюдений метеорологических станций на       территории Ленинградской области, ориентированного на агроклиматические исследования.

2.Анализ  временных тенденций  продолжительности вегетационного периода.

3. Оценка условий увлажнения и оценка термических ресурсов сельскохозяйственных территорий.

4. Оценить изменения биологической продуктивности земель Ленинградской области.

5. Исследование изменения повторяемости заморозков на территории Ленинградской области.

Необходимость подобного агроклиматического исследования обусловлена тем, что последнее проведенный анализ для территории Ленинградской области был проведен более 30 лет назад.

Глава1. Агроклиматология и агроклиматические показатели

Избыточно влажный период

(ГТК ≥2.0)

Засушливый период

0.5 ≤ ГТК ≤ 0.9

Сухой период

ГТК ≤ 0.4

Волосово

Год ГТК Год ГТК Год ГТК 1987 2,6 1995 0,9 1992 0,4 1989 2,0 1996 0,7     1998 2,3 1997 0,5     2000 2,4         2004 2,0        

В Гатчинском районе по данным метеостанции Белогорка(табл.19) избыточно влажными оказались: 1987, 1996, 1998, 2000, 2004 и 2006; засушливый период наблюдался в 1997,2002 и 2007; сухим-1992 год.

Самое большоезначение коэффициента Селянинова было зафиксировано в 2000 году и составило -  4,5.

 

Таблица 19. Различные градации влагообеспеченности вегетационного периода на метеостанции Белогорка за период с 1986-2015 год.

Метеостанция	Избыточно влажный период (ГТК ≥2.0)		Засушливый период 0.5 ≤ ГТК ≤ 0.9		Сухой период ГТК ≤ 0.4
Белогорка	Год	ГТК	Год	ГТК	Год	ГТК
	1987	3,0	1997	0,8	1992	0,4
	1996	2,3	2002	0,6
	1998	2,3	2007	0,9
	2000	4,5
	2004	2,1
	2006	2,0

В Лужском районе по данным метеостанции Николаевское (табл.20) избыточно влажными были: 1987,1988,1989,1994,1998,2000 и 2003; засушливый период отмечался в 1992, 1997 и 2002 году; сухого периода на этой метеостанции не было.Самое большое значение коэффициента Селянинова было зафиксировано в 1987 году и составило - 2,4.

 

 

Таблица 20.Различные градации влагообеспеченности вегетационного периода на метеостанции Николаевское за период с 1986-2015 гг.

Метеостанция	Избыточно влажный период (ГТК ≥2.0)		Засушливый период 0.5 ≤ ГТК ≤ 0.9		Сухой период ГТК ≤ 0.4
Николаевское	Год	ГТК	Год	ГТК	Год	ГТК
	1987	2,4	1992	0,6
	1988	2,2	1997	0,5
	1989	2,1	2002	0,8
	1994	2,0
	1998	2,0
	2000	2,0
	2003	2,0

 

В Тихвинском районе по данным метеостанцииТихвин (табл.21) избыточно влажным периодом оказались 1991,1993, 2004 и 2011; засушливый период наблюдался в 1997 и 2002; сухого периода не было.Самое большое значение коэффициента Селянинова было зафиксировано в 2004 году и составило - 2,7.

 

Таблица 21.Различные градации влагообеспеченности вегетационного периода на метеостанции Тихвин за период с 1986-2015 гг.

Метеостанция	Избыточно влажный период (ГТК ≥2.0)		Засушливый период 0.5 ≤ ГТК ≤ 0.9		Сухой период ГТК ≤ 0.4
Тихвин	Год	ГТК	Год	ГТК	Год	ГТК
	1991	2,2	1997	0,9
	1993	2,2	2002	0,8
	2004	2,7
	2011	2,1
	2014	2,2

В Приозерском районе по данным метеостанции Сосново (табл.22) избыточно влажными оказались 1987, 1996, 1998, 2003, 2010, 2014 год; засушливый период наблюдался в 1997, 1999 и 2002 году; сухой период не наблюдался.Самое большое значение коэффициента Селянинова было зафиксировано в 1987 году и составило - 3,9.

 

 

Таблица 22.. Различные градации влагообеспеченности вегетационного периода на метеостанции Сосново за период с 1986-2015 год.

Метеостанция	Избыточно влажный период (ГТК ≥2.0)		Засушливый период 0.5 ≤ ГТК ≤ 0.9		Сухой период ГТК ≤ 0.4
Сосново	Год	ГТК	Год	ГТК	Год	ГТК
	1987	3,9	1997	0,6
	1996	2,7	1999	0,7
	1998	2,0	2002	0,8
	2003	2,0
	2010	2,0
	2014	3,1

 

Таким образом, повсеместно (за исключением восточных районов области) избыточно-влажный период наблюдался в 1987 и 1998 годах; засушливый период повсеместно наблюдался в 1997 году и в 2002 (за исключением метеостанции – Волосово); сухой период наблюдался на метеостанциях Волосово и Белогорка в 1992 году, когда гидротермический коэффициент был равен -  4. Исходя из этих данных,

тенденций к повсеместному  увеличению или уменьшению условий увлажнения не обнаружено.

Биоклиматический потенциал

Для расчета биоклиматического потенциала использовались суммы осадков за период май-август, суммы дефицитов насыщения воздуха за этот же период, а также суммы активных температур (t>10°С) за вегетационный период и средние многолетние значения этих температур.

Анализ биоклиматического потенциала проводился для станций Тихвин, Белогорка, Сосново, Николаевское и Волосово за период с 2000-2014 год.

По нашим расчетам в большинстве случаев биоклиматический потенциал находится в пределах от 1,2 до 2,4, а это значит, что Ленинградская область в основном относится к средней биологической продуктивности (см. табл.7). Однако на некоторых станциях наблюдаются периоды с пониженной и повышенной биологической продуктивностью.

Для анализа периодов с пониженной и повышенной биологической продуктивности для каждой станции были проведены выборки и построена таблица 23.

По данным метеостанции Волосово(табл.23), расположенной в Волосовском районе 2002 и 2007 год были с пониженной биологической продуктивностью, а 2005,2007,2011 и 2014 год были с повышенной биологической продуктивностью.По данным метеостанции Белогорка, расположенной в Гатчинском районе,пониженная биологическая продуктивность наблюдалась в 2000, 2006 и 2007 году, а повышенная в 2011 и 2013. По данным метеостанции Сосново, расположенной в Приозерском районе, 2001, 2002 и 2006 года были с пониженной продуктивностью, а 2014 год с повышенной. По данным метеостанции Николаевское, расположенной в Лужской области,  был только период с пониженной биологической продуктивностью -2002 год, а на метеостанции Волосово, наоборот, были года только с повышенной биологической продуктивностью - 2011 и 2013 г.

Таблица 23. Пониженная и повышенная биологическая продуктивность на метеостанциях Волосово, Белогорка, Николаевское, Тихвин и Сосново за период с 2000-2014 год

Метеостанции	Биологическая продуктивность
	Пониженная БКП=1,2…1,6		Повышенная БКП=2,2…2,8
Тихвин	Год	Значение	Год	Значение
	2002	1,4	2005	2,3
	2007	1,5	2007	2,3
			2011	2,4
			2014	2,3
Белогорка	2000	1,2	2011	2,3
	2006	1,5	2013	2,3
	2007	1,3
Сосново	2001	1,5	2014	2,3
	2002	1,4
	2006	1,6
Николаевское	2002	1,4
Волосово			2011	2,4
			2013	2,5

 

Для характеристики биоклиматического потенциала на территории Ленинградской области проводился также анализ межгодовых изменений биологического потенциала за период с 2000-2014 год(рис.17).Проведенный анализ показал, что на всех пяти станциях наблюдается положительный линейный тренд (рис 17.), что свидетельствует о росте биологической продуктивности на территории Ленинградской области на 0,2-0,7. Наибольшее увеличение было отмечено на севере и в центральной части территории Ленинградской области.

Рисунок 17. Временное изменение биоклиматического потенциала на метеостанциях Волосово, Тихвин, Белогорка и Николаевское за период с 2000-2014 год.

Таким образом, анализ показывает рост биологической продуктивности на территории Ленинградской области на 0,2-0,7.Наибольшее увеличение было отмечено на севере и в центральной части территории Ленинградской области.

Заключение

В данной работерассматривались агроклиматические условия на территории Ленинградской области при современных изменениях климата. Для этого был проведен анализизменения дат устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через заданные температурные интервалы; исследовались межгодовые изменения продолжительности вегетационного периода и выполнен анализ изменения сумм активных и эффективных температур воздуха за вегетационный период, а также выполнен  анализ влагообеспеченности территории и временной анализ биоклиматического потенциала.

В ходе работы были получены следующие результаты:

1. Установлено увеличение периода вегетации в среднем по области на 6-11 дней, а увеличение теплого периода в среднем по области на 8-12 дней, наибольшее увеличение периодов наблюдается на юге Ленинградской области в Лужском районе и составляет 11-12 дней.

2. Обнаружено увеличение теплообеспеченности вегетационного периода: сумма эффективных температур в среднем увеличилась  на 202-215°С, самое большое  увеличение наблюдается в южной  и центральнойчасти Ленинградской области  и составило - 213-215°С; сумма активных температур в среднем увеличилась на 78-147°С, наибольшее увеличение произошло на юге, севере и востоке Ленинградской области и составило 141-147°С.

3. Выявлено, что период без заморозков в воздухе на территории Ленинградской области увеличился на 1-13 дней, а период без заморозков на почве составил 7-18 дней. Максимальное увеличение продолжительности периодов без заморозков в воздухе и на почве было отмечено на юге Ленинградской области

4. Монотонных тенденций к увеличению или уменьшению условий увлажнения  не обнаружено

5. Отмечено увеличение биологической  продуктивности на 0,2-0,7; наибольшее увеличение наблюдается на севере и в центральной части территории Ленинградской области

 

В связи с изменениями агроклиматических условий на территории Ленинградской области появляется возможность выращивать более теплолюбивые культуры такие как: кукуруза, лен, пшеница яровая на зерно.

 

 

Список литературы

1. Берлянд М.Е., Красиков П.Н.Борьба с заморозками и их предсказание, Ленинград, Гидрометеоиздат,1953, 148 стр.

2. Венцкевич Г.З. Агрометеорология, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1958, 376 стр.

3. Гордеев А.В, Клещенко А.Д., Черняков Б.А., Сиротенко. О.Д.Биоклиматический потенциал России: теория и практика, Москва,2006, 509 стр.

4. Грингоф И.Г.,  Попова В.В.,  Страшный В.Н. Агрометеорология,Ленинград,Гидрометеоиздат,1987, 310 стр.

5. Грингоф И.Г., Пасечнюк А.Д.Агрометеорология и агрометеорологические наблюдения,Санкт-Петербург,Гидрометеоиздат,2005, 552 стр.

6. Грингоф И.Г.,  КлещенкоА.Д. Основы сельскохозяйственной метеорологии, Том1, Обнинск, 2011, 806 стр.

7. Грингоф И.Г., Павлова В.Н.Основы сельскохозяйственной метеорологии, Том 3,Обнинск,2013, 384 стр.

8. Доклад Первой рабочей группы 5-го оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Изменение климата 2013:Физическая научная основа, 27 стр.

9. Зверев А.С. Синоптическая метеорология, Ленинград,Гидрометеоиздат,1968, 711 стр.

10. Климат России  Подред.Кобышевой Н.В., СПб, Гидрометеоиздат, 2001, 655 стр.

11. Методические указания по составлению Научно-прикладного справочника по агроклиматическим ресурсам России, Часть 1, Обнинск, 2010, 75 стр.

12. Научно-прикладной справочник по агроклиматическим ресурсам России, Серия 2, Выпуск 3, Ленинградская область, СПб, 1994, 373 стр.

13. Развитие сельскохозяйственной метеорологии в России, Под.ред. Клещенко А.Д., Грингофа И.Г., Обнинск, 2009, 570 стр.

14.  Синицина Н.И.,Гольцберг И.А., Струнников Э.А. Агроклиматология, Ленинград,Гидрометеоиздат,1973, 344 стр.

15. Сиротенко О.Д., Методическое пособие,Методы оценки изменений климата для сельского хозяйства и землепользования, ГУ «ВНИИСХМ», Москва, 2007, 78 стр.

16. Тищенко В.А., Кузнецова Н.Н., Федунова Т.М.Климатические характеристики весенних и осенних дат устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0°С, +5°С, +10°С, +15°С для районов Республики Казахстан, Труды Гидрометцентра России, выпуск 357, Гидрометеорологические прогнозы, 2015, 169 стр.

17. Толковый словарь по сельскохозяйственной метеорологии, Под ред. Андреевой А.С., СПб,Гидрометеоиздат,2002, 472 стр.

18. Труды ВНИИСХМ Проблемы агрометеорологии в условиях глобального изменения климата, Под ред.Грингофа И.Г., Обнинск, 2007, 461 стр.

19. Чирков Ю.И. Основы агрометеорологии, Ленинград, Гидрометеоиздат,1988, 248 стр.

20. ЧудновскийА.Ф.Заморозки, Ленинград, Гидрометеоиздат,1949, 124 стр.

21. Шульгин А.М. Агрометеорология и агроклиматология, Ленинград, гидрометеоиздат,1978, 200 стр.

 

Ресурсы интернета:

 

22. http://method.meteorf.ru/publ/tr/tr.html

23. http://meteo.ru/data

24. http://www.ictsd.org/bridges-news-Статья, Изменение климата, сельское хозяйство и торговля: какова взаимосвязь, Шарлотта Хебебранд, 25 июля 2009

 

Сою Анастасия Валерьевна

 

Агроклиматические условия Ленинградской области при современных изменениях климата

 

Магистерская диссертация

 

 

           «К ЗАЩИТЕ»

Научный руководитель:

к.г.н., доц. П.Н. Священников

 

                                                                                                                                                                                               

«16» мая  2016

 

 

Заведующий кафедрой:

к.г.н., доц.П.Н. Священников

                                         

                                                                                                                                                                     

                              

«16»мая2016

 

Санкт-Петербург

2016

Содержание

Введение. 3

Глава 1. Агроклиматология и агроклиматические показатели. 5

1.1. Общие сведения об агроклиматологии. 5

1.2.Система агроклиматических показателей для мониторинга изменений климата. 6

Глава 2. Методика обработки агроклиматических данных. 9

2.1.Общие вопросы агроклиматической обработки материалов наблюдений. 9

2.2.Теплообеспеченность вегетационного периода. 10

2.3. Влагообеспеченность вегетационного периода. 17

2.4. Биоклиматический потенциал. 19

2.5. Опасные агроклиматические явления. 23

Глава 3. Агроклиматические условия Ленинградской области. 28

3.1. Данные стандартных инструментальных наблюдений агроклиматических характеристик на сети метеорологических станций Ленинградской области. 28

3.2. Изменение климата на территории Ленинградской области. 29

3.3. Анализ изменения дат устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 5, 10 °С весной и через 10, 5 °С осенью.. 31

3.4. Анализ изменения продолжительности периодов со среднесуточными температурами воздуха выше 5, 10 °С весной и через 10, 5 °С осенью.. 38

3.5. Анализ изменения сумм активных и эффективных температур воздуха за вегетационный период 42

3.6. Исследование изменений количества опасных агроклиматических явлений, в период современного изменения климата. 46

3.7. Анализ изменения гидротермического коэффициента Селянинова. 51

3.8.Биоклиматический потенциал. 55

Заключение. 59

Список литературы.. 61

 

Введение

Глобальное изменение климата и его влияние на окружающую среду является одной из главных проблем ХХΙ в. Особое место в этом ряду занимает проблема соответствующих изменений и адаптационных ресурсов сельского хозяйства - важнейшей отрасли экономики, обеспечивающей выживание растущего населения Земли и продовольственную безопасность отдельных стран и крупных регионов.

Значение агроклиматической информации трудно переоценить, поскольку сфера её применения исключительно широка. Агроклиматическая информация  повсеместно и регулярно используется для агроклиматического обеспечения сельского хозяйства, в любых агроклиматических расчетах, анализах и обобщениях. А такжеона используется при агроклиматическом районировании территории и отдельных сельскохозяйственных культур,  в оперативных оценках текущих агрометеорологических условий сельскохозяйственного производства, в том числе при оценке особенностей роста, развития и продуктивности сельскохозяйственных культур. Агроклиматическая информация  находит свое применение при прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур, оценке хода полевых работ, перезимовки и т. д. Только при использовании агроклиматических сведений можно научно обосновать перспективы развития сельскохозяйственного производства, оценить целесообразность и возможность возделывания новых и традиционных сельскохозяйственных культур на той или иной территории, сформировать их оптимальный набор, рассчитать вероятность получения определенного количества и качества сельскохозяйственных продуктов, оценить биоклиматический потенциал (сельскохозяйственный потенциал климата) среды и т. д.

В 2013 году вышел 5-ый доклад МГЭИК(Доклад первой…,2013), в котором ряд авторов предполагают, что потепление климата приведеткувеличению повторяемости опасных явлений, а также будет больше  аномально жарких периодов и меньше дней с сильными морозами (как отдельных дней, так и средних сезонных значений).Жаркие периоды будут чаще и продолжительнее.

Самые последние исследования указывают на вероятность незначительных благоприятных последствий для урожайности зерновых культур в температурных зонах средних и высоких широт из-за незначительного повышения температуры (на 1–2 °C) (Хебебранд, 2009). В связи со сказанным выше, возникает необходимость впроведении исследования влияния современных изменений климата на агроклиматические условия отдельного региона, такого как Ленинградская область.

Целью данной работы являетсяполучение оценки изменений  агроклиматических условий (агроклиматических показателей) Ленинградской области при современных изменениях климата.

Поставленные задачи:

1.Создание электронного архива данных наблюдений метеорологических станций на       территории Ленинградской области, ориентированного на агроклиматические исследования.

2.Анализ  временных тенденций  продолжительности вегетационного периода.

3. Оценка условий увлажнения и оценка термических ресурсов сельскохозяйственных территорий.

4. Оценить изменения биологической продуктивности земель Ленинградской области.

5. Исследование изменения повторяемости заморозков на территории Ленинградской области.

Необходимость подобного агроклиматического исследования обусловлена тем, что последнее проведенный анализ для территории Ленинградской области был проведен более 30 лет назад.

Глава1. Агроклиматология и агроклиматические показатели