Тепловой режим воздуха и почвы является одним из важнейших факторов жизни сельскохозяйственных культур. При агроклиматической характеристике теплового состояния среды чаще всего пользуются условным показателем, выраженным градусами температуры (градусы Цельсия). Измерение температуры и обработка результатов наблюдений довольно просты, а тепловое состояние среды, характеризуемое температурой, сравнительно точно отражает фактический баланс тепла. При оценке термических ресурсов территории необходимо исходить из требований культурных растений к теплу, т. е. должна быть известна климатическая характеристика сельскохозяйственных культур. За рост, вегетацию при температурах, близких к 0°.
Целый ряд культур (ранние яровые зерновые, горох, подсолнечник, поздние яровые, кукуруза, рис, хлопчатник и др.) требует более высоких температур роста — порядка 5, 10 и 15°. Ряд тропических форм начинает вегетировать при температурах выше 18—19° (финиковая пальма). При достаточной влагообеспеченности температуры начала роста и конца вегетации очень близко совпадают между собой. Если обеспеченность влагой недостаточна, то окончание вегетации может быть при самых различных температурах. Должна быть известна температура цветения и созревания растений. Для ряда полевых культур минимальной температурой для прохождения процессов цветения и созревания считается температура порядка 14—15°. Для винограда, например, минимальной температурой созревания является 16°.
В ряде тропических и высокогорных районов, где температура в течение года меняется очень мало, виноград может вегетировать круглый год при температуре ниже 16°, но созревание ягод не наступит. Эти требования растений к теплу в период цветения учитываются оценкой напряжения тепла, т. е. температурой самого теплого месяца. Требования культур к теплу выражаются суммой температур для различных межфазных периодов и в целом за весь вегетационный период развития растений. Сумма активных температур меняется в очень широких пределах в зависимости от вида и сорта растений. В пределах одного и того же вида, например кукурузы, имеются сорта, требующие суммы температур порядка 2500°, и существуют сорта, которые не созревают при температурах порядка 1000—5000° в течение вегетационного периода.
Использование имеющихся термических ресурсов в значительной мере может быть лимитировано весенними и осенними заморозками. Заморозки оказывают колоссальное влияние на растениеводство, и учет их при агроклиматической оценке условий территории совершенно необходим. Причем с сельскохозяйственной точки зрения заморозками могут считаться температуры ниже различных уровней, а не только ниже нуля. Различные растения по- разному реагируют на заморозки. Существуют классификации культурных растений по устойчивости к заморозкам.
Таким образом, для оценки термических ресурсов вегетационного периода требуется обработка климатологических материалов по следующим основным показателям: а) даты начала и конца вегетационного периода, т. е. даты перехода температуры воздуха через тот или иной предел;
- продолжительность периода с температурами выше определенных пределов;
- средняя сумма температур за вегетационный период;
- обеспеченность вегетационного периода теплом;
- напряженность тепла в период вегетации;
- весенние и осенние заморозки различной интенсивности и различной вероятности, длительность безморозного периода.
Для получения большинства термических характеристик широко используются средние суточные, пятидневные, декадные и средние месячные температуры воздуха, а также максимальные и минимальные температуры, которые снимаются с графика годового хода температур. Мы же основываясь на традиционном методе обработки экстремальных температур получим данные с автоматической метеостанции для определенного периода.
Графический метод обработки экстремальных температур
Явным недостатком обычных таблиц абсолютных минимумов и максимумов, помещаемых в Климатологическом справочнике, следует признать содержание в них только месячных данных. К тому же нигде не сказано, что весенние максимумы падают на конец месяца, минимумы — на начало, а для осени отмечается обратное соотношение; не приведено средних дат наступления экстремальных температур по месяцам. Между тем в переходные сезоны идет очень быстрый рост экстремальных температур (для минимума отмечен 1° и более за день в многолетнем среднем). А так как переходные сезоны являются особо важными в сельскохозяйственном отношении, возникает необходимость перехода к декадным и пентадным данным.
Непосредственная выборка декадных и пентадных экстремумов из наблюдений даже по очень длинным рядам не достигает цели, так как материалы за месяц дробятся на 3 или 6 частей, и устойчивых выводов не получается. Поэтому в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова был предложен графический (интерполяционный) способ определения декадных и пентадных температур.
Интерполяционный график для минимумов строится следующим образом. По оси абсцисс откладываются все даты года от 1 января до 31 декабря (причем январь или декабрь удобно повторить). По оси ординат наносятся значения минимумов за каждый день (только те, которые сильно отклоняются от среднего значения— см. ниже). Удобный масштаб: 1 день —2 мм, 1°—1 см. Так как график занимает очень большую площадь, он дается здесь в сокращенном и сильно уменьшенном виде (рис. 1).
Чтобы наметить с самого начала ориентировочную интерполяционную кривую, на график наносятся прежде всего 12 значений обычного абсолютного минимума за многолетний период по месяцам. Они берутся из обычных выписок по годам, где указаны даты. Эти 12 данных соединяются плавной кривой. Таким же образом строится кривая по наивысшим наблюденным минимумам. Для этого делают специальную выборку за каждый год с указанием дат последних. Кривая служит только для определения амплитуды возможных минимумов. Затем просматриваются таблицы ТМ-1 за каждый день всех лет и на график наносятся те значения минимума, которые были достаточно низкими, т. е. лежали вблизи упомянутой ориентировочной кривой. Пределы этой близости можно взять различными. Удобным представляется предел Vio возможной амплитуды, который следует обозначать специальной кривой. Поскольку амплитуда учитывается пока ориентировочно, наносятся также точки, лежащие и немного выше кривой для 1/ю амплитуды, так как она может сдвинуться при окончательном уточнении и оформлении графика.
Если кривая наивысших минимумов не строится и Vio (или другая часть) амплитуды не определена, можно взять предел около 6—7° выше ориентировочной кривой зимой и до 3—4° летом. Следует избегать наносить более высокие точки: так как их становится очень много, наноска отнимает большое количество времени, а для проведения кривой они не имеют значения,. При нанесении каждой точки ставится год, к которому она относится.
Когда таким образом использован весь многолетний период, проводится плавная кривая, огибающая снизу всю совокупность точек (кривая а на рис. 1). Она и будет давать наинизшие возможные минимумы, притом не только по декадам и пентадам, но и за каждый день. Полученные данные названы предельными наинизшими минимумами. Они снимаются с кривой и заносятся в специальные таблицы. В случае с автоматическим получением данных таблицы создаются на сервере и как раз, наоборот, служат для построения кривых. Аналогично строится и кривая предельных наивысших минимумов они характеризуют самые теплые ночи на данной станции; кривая г на рис. 1. Однако поскольку наивысшие минимумы не являются целью исследования, а служат лишь для определения амплитуды, то ежедневные данные здесь не используются. Кривая строится по 12 наивысшим месячным минимумам и уточняется затем по самым высоким минимумам за отдельные дни.
Рис. 1. Интерполяционные кривые абсолютных минимальных температур.
а — кривая предельных наинизших минимумов, б — кривая минимумов на 2° выше предельных, в — кривая среднего абсолютного минимума, г — кривая предельных наивысших минимумов; 1 — значения ежедневных минимальных температур, 2— абсолютный минимум по месяцам за многолетний период, выбранный из непосредственных наблюдений, 3 — значения ежедневных минимумов в случае отсутствия снежного покрова, 4 — даты появления и схода снежного покрова.
Основная сложность при проведении огибающей заключается в том, что неясно, насколько сильно нужно ее сглаживать: должна ли она быть совершенно плавной или допустимы значительные неровности в ее ходе. Вопрос этот связан с существованием «особенностей» в календарном ходе температуры. На основании литературы и проработанного материала выяснено, что особенности вполне реальны, и, следовательно, кривая может иметь прогибы кверху и книзу, но вполне определенно установлен пока только возврат холодов в мае — начале июня, характерный для очень многих районов России. В исключительных случаях сильно выскакивающие точки приходится оставлять за пределами кривой. Имеются некоторые возможности уточнения кривой на основании учета снежного покрова. При его отсутствии минимумы оказываются систематически выше наблюденных предельных значений на определенную величину. Следовательно, в период начала и конца снежного покрова можно на эту величину опустить ниже интерполяционную кривую предельных минимумов по сравнению с наблюденными точками.
Суточная амплитуда температур воздуха вычисляется как разность между средней максимальной температурой воздуха (или средней за 13 часов) и средним минимумом температуры воздуха.
Конечно мы не будем строить графики на милимитровой бумаге, и вообще не будем строить их, а найдём определённые значения на, построенных автоматически, графиках.