Автореферат (1151760), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Во внутригодовом разрезе температура и относительная влажность имеют коэффициенты вариации допустимые для прогнозирования (соответственно 0,08-0,37 и 0,03-0,07), а внутригодовое распределение осадков неустойчиво (коэффициент вариации 0,5-0,6), имеет стохастический характер и не может достоверно прогнозироваться.

Для повышения точности прогнозных расчетов метеорологических параметров автором разработана эмпирическая модель прогнозирования гидрометеорологических факторов с использованием уравнения Фурье, которая учитывает цикличность изменения метеорологических параметров. Результат расчета по модели реализован в виде графика (рисунок 3), позволяющего проследить общую тенденцию изменения коэффициента природного увлажнения в течении длительного ряда метеонаблюдений.

С целью роста эффективности реализации модели предложена структура базы данных, обеспечивающая предварительную обработку метеорологических показателей для формирования эмпирической зависимости, характеризующей их цикличность.

Ку

годы

Коэффициент природного увлажнения

Рисунок 3 - Цикличность коэффициента природного увлажнения по уравнению Фурье

Для вычисления характера изменчивости данных достаточно рассчитать сумму первых членов ряда Фурье:

f(x)=a₀/2+a₁cos(πx/l)+b₁sin(πx/l)+a₂cos(2πx/l)+b₂sin(2πx/l) (1)

где а₀/2 – среднее значение метеорологических параметров, l – половина рассматриваемого периода , годы; x - текущий год; /2 – начальный год.

Коэффициенты a₁, a₂, b₁, b₂ вычислены по формулам:

a_n=(1/l) (n=0,1,2,…) (2)

b_n=(1/l) (n=1,2,…) (3)

где интегралы заменяются на конечные суммы, рассчитываемые на отрезке [a, b] (dx = Δx = 1 год).

В качестве интегрального показателя изменчивости климата был выбран коэффициент природного увлажнения Ку, который наиболее объективно характеризует тепло-влагообеспеченность периодов в различные годы.

Ку=2,26/2+0,05cos(πx/l)+0,1sin(πx/l)+0,2cos(2πx/l)+0,03sin(2πx/l), (4)

где l - половина рассматриваемого периода, в годах; x – шаг, через который определяется коэффициент природного увлажнения(Ку).

(5)

где: Е – испаряемость (потенциальная эвапотранспирация) за период с температурой воздуха >5⁰C, мм; W_a – активные влагозапасы в метровом слое почвы на начало расчетного периода, мм; P – осадки за период с температурой воздуха >5⁰C, мм

Дальнейшее совершенствование расчетной методики прогнозирования гидрометеорологических условий и расширение ее функциональных возможностей осуществлялось за счет использования «сплайн-функций» для моделирования кривых периодических колебаний гидрометеорологических показателей и определения тепло-, влагообеспеченности вегетационного периода. В этом случае, зависимость, характеризующая изменчивость гидрометеорологических факторов с учетом цикличности колебаний за многолетний период имеет вид:

F(t)=a₀+a₁t+a₂t²+a_K1cos(tw₁)+a_K2 cos (tw₂)+a_K3 cos (tw₃)+b_K1 sin (tw₁)+ +b_K2 sin(tw₂)+b_K3 sin(tw₃), (6)

где а₀, а₁, а₂, а_К1, а_К2, а_К3, b_K1, b_K2, b_K3 - коэффициенты, определяющиеся методом наименьших квадратов; w_1,2,3 - частота периода, определяющаяся при анализе всего диапазона Т_1,2,3 [1,N] с шагом 0,25, где N – количество расчетных периодов.

Из полученных «сплайн-функций» для периодов Т_1,2,3 выбираем тот Ку, среднеквадратичное отклонение от истинных значений которого минимально.

Ку=0,8868+0,013∙t-0,0001∙t²+0,094∙sin∙(t∙1,79)+0,102∙sin∙(t∙0,48)+

+0,187∙sin∙(t∙0,23)+0,07∙cos∙(t∙1,79) -0,003∙cos∙(t∙0,48)+0,087∙cos∙(t∙0,23), (7)

где t – порядковый номер члена ряда.

На рисунке 4 представлен коэффициент природного увлажнения, полученный на основе использования «сплайн-функции».

годы

Ку

Коэффициент природного увлажнения Ку

Рисунок 4 - Цикличность изменчивости коэффициента природного увлажнения, полученная на основе использования метода «сплайн-функции»

Полученное уравнение Ку предлагается использовать при долгосрочных прогнозах режимов орошения и прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур.

Сложность решения задачи оперативного планирования режимов орошения обусловливается большим количеством тесно взаимосвязанных вероятностных агроклиматических процессов, формирующих водный и пищевой режимы почвы. Основной информацией для выбора решений по нормам и срокам поливов служит: текущая информация об агроклиматических характеристиках, влагообмене в зоне аэрации, агрофизических и гидрологических константах почвы, фазах развития растений, динамике влажности почвы, получаемой на основе решения уравнения водного баланса.

В результате проведенных исследований сформирована информационная база данных, которая дает возможность учесть большинство протекающих на поле процессов при разработке комплексных математических моделей для расчета оросительных норм и оперативного планирования поливов (рисунок 5). Разработаны блок-схема (рисунок 6), алгоритмы решения задач по оперативному расчету режимов орошения и компьютерная программа.

Методика оперативного расчета режимов орошения позволяет выполнить расчет динамики запасов влаги в почве на каждом поливном участке; оперативно планировать режимы орошения для нескольких севооборотов с учетом их структуры; оценить возможность влияния на экологическую

Рисунок 5- Информационная база данных для оперативного планирования режимов орошения

Рисунок 6 – Блок-схема расчета эксплуатационных режимов орошения

обстановку величины оросительных норм и режима поливов; осуществить контроль за режимом поливов, прогнозировать оросительные нормы с учетом вероятностного характера гидрометеорологических факторов.

Модель прогнозирования водопотребления и планирования режима орошения позволяет провести расчеты режима поливов, обеспечивающего получение экономически оправданного уровня урожайности при минимизации потерь воды на инфильтрацию и сброс, максимальную замкнутость водного баланса.

Четвертая глава посвящена уточнению параметров (биоклиматических коэффициентов и ветровой функции) модели оперативного управления поливами на основе полевых исследований, изучению динамики водного баланса и пищевого режима посевов моркови, а также установлению закономерностей изменения суммарного испарения и урожайности при различном уровне влагообеспеченности и минерального питания, требующихся для формирования параметров модели оперативного управления поливами и прогнозирования продуктивности овощных культур в условиях ограниченности природных и материальных ресурсов.

Обработка и статистическая оценка полученных за период исследований показателей суммарного испарения E, испаряемости Ev, дефицита водопотребления dEv, осадков P проводились с использованием компьютерной программы «Расчет параметров режимов орошения сельскохозяйственных культур – «ROCK.xls». Определение изменчивости коэффициента природного увлажнения выполнялось по компьютерной программе «Raduga Irrigation» по результатам многолетнего ряда метеоданных за 58 лет для метеостанции Коломна (таблица 2).

Таблица 2 – Характеристика гидрометеорологических показателей по метеостанции « Коломна».

Для поддержания расчетной влажности почвы в пределах от 0,8 до 1,0 НВ на опытных участках в различные по метеоусловиям годы потребовались следующие оросительные нормы: в 2005 – 62мм; в 2006 – 89мм; в 2007 – 190мм; в 2008 – 32мм.

Различный уровень минерального питания и водообеспеченности обусловили разницу в урожайности моркови по вариантам опыта (таблица 3). Как показали результаты экспериментальных исследований внесение минеральных удобрений дозой N₁₀₀P₁₀₀K₁₈₅ положительно влияет на урожайность моркови, прирост составляет от 5,19% до 22,69 %. При снижении дозы минеральных удобрений до N₈₀P₈₀K₁₅₀ прирост урожайности колеблется от 2,60% до 10,84%, а при увеличении дозы минеральных удобрений на 20% прирост урожайности колеблется от 12,99 % до 18,74%.

Максимальный прирост урожайности моркови был отмечен в 2007 году и составил по вариантам опыта 28 % - 58,31%, а в 2008 году отмечен наименьший прирост 1,3 % - 7,56%. Снижение урожайности в 2008 году обусловлено низкими температурами в течении вегетационного периода и малой активностью солнечной радиации.

Таблица 3 - Урожайность моркови по вариантам опыта, т/га.

По результатам полевых опытов получена методом наименьших квадратов зависимость урожайности моркови от дозы вносимых удобрений, величины поливных норм и коэффициента природного увлажнения.

Характеристики

Список файлов диссертации