Курсовая работа: Засуха на территории республики Адыгея

ЗАСУХА НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ АДЫГЕЯ

Введение

В России большая часть сельскохозяйственных полей сосредоточена в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. Континентальность климата этих районов является признаком возможности частых засух. Поэтому обеспечение устойчивых высоких, неуклонно увеличивающихся урожаев требует освобождения сельского хозяйства от вредного воздействия засух и суховеев.

Природа засушливых явлений, их повторяемость в различных районах, эффективность агротехнических мер борьбы с ними изучаются многими научными учреждениями. Установлено, что растения, получающие одинаковое количество осадков при одинаково высоких температурах, вызванных засухами, могут или испытывать или не испытывать состояние угнетения. Это зависит от уровня применяемой агротехники.

Засуха - явление сложное, представляющее собой сочетание недостатка осадков и повышенной испаряемости, которое при недостаточном уровне агротехники вызывает резкое несоответствие между потребностью растений во влаге и ее поступлением из почвы, в результате которого заметно снижается урожай сельскохозяйственных культур. Степень этого несоответствия - основная мера напряженности засухи.

Потребность растений во влаге определяется метеорологическими условиями, биологическими особенностями растений и уровнем агротехники.

Установлено, что во влажные годы, когда растения полностью обеспечены влагой, величина 0,6 суммы среднесуточных значений дефицита влажности воздуха (в миллиметрах) выражает обычно оптимальную потребность во влаге посевов яровой пшеницы в период посев — колошение. Для периода колошение — восковая спелость оптимальная потребность яровой пшеницы во влаге выражается 0,4 суммы среднесуточных дефицитов влажности воздуха.

Различные растения по-разному реагируют на степень засушливости. Например, растения сухих степей могут нормально развиваться в таких условиях, которые для влаголюбивых растений лесной зоны будут так же губительны, как при сильной засухе. По-разному на степень засушливости реагируют одни и те же растения, но в различные фазы их развития. Степень засушливости может также регулироваться уровнем агротехники, оказывающей влияние на рост растений в условиях засухи.

1 Краткая погодно-климатическая характеристика Адыгеи

Климат в Республике Адыгеи умеренно теплый с достаточным количеством осадков и, вследствие ее небольших размеров, в основном однороден [1]. Весна в Адыгее начинается в конце февраля — начале марта и сопровождается большим количеством осадков и значительными колебаниями температуры в течение всего периода. Лето в республике теплое, устойчивое, с незначительными суточными колебаниями температуры. Осень солнечная, сухая, теплая. Зима неустойчивая, со значительными скачками температуры и осадками в виде дождя я снега.

Среднегодовая температура колеблется между 10,4 и 10,8 градуса тепла. Начало осенних заморозков относится ко второй половине октября, прекращение заморозков весной — в первой половине апреля. Снежный покров редко бывает длитель­ным и появляется преимущественно во второй половине декабря, а иногда и в январе.

В течение года в Адыгее наблюдаются следующие главные направления ветров: восточные и северо-восточные, преобладаю­щие зимой, ранней весной и поздней осенью, и западные и юго-западные, характерные для ранней осени, поздней весны и лета. Годовое количество осадков в республике колеблется между 540 и 857 мм, количество ясных дней от 200 до 250 в году. Осадки выпадают круглый год, наибольшее количество их выпадает поздней осенью, зимой и весной. Климат в республике Адыгеи достаточно тёплый и влажный и поэтому в основном благоприятен для сельского хозяйства.

2 Особенности температурного режима в летний период

Расположение территории Адыгеи в относительно низких широтах обусловливает интенсивный приток солнечной радиации, в связи с этим характерной особенностью климата является обилие солнечного света и тепла [2]. Запасы солнечной энергии, выражаемые величиной радиационного баланса, изменяются от 45 ккал/см2 на севере до 55 ккал/см1 на юге, причем 10—11 месяцев в году радиационный баланс остается положительным, а в южных районах он весь год положителен. В месяцы с отрицательным радиационным балансом его величина небольшая, в среднем составляет 0.2—0.3 ккал/см3 в месяц. Продолжительность солнечного сияния в равнинной и невысокой предгорной части составляет около 2200—2400 час в год.

При хорошей обеспеченности теплом увлажнение территории крайне неравномерное и на большей части недостаточное. Распределение осадков по территории весьма не равномерное, особенно в горных районах, где на величину осадков влияет высота и экспозиция склонов. Количество осадков за год увеличивается с севера на юг и в среднем составляет на большей части равнинных районов 500-600мм. В предгорьях и прилегающих к ним равнинных районах оно увеличивается до 700-800мм, а в горах – до 800-2000мм.

Климатические особенности территории лучше всего прослеживаются по сезонам года. С переходом среднесуточной температуры воздуха через 15°, который обычно происходит на большей части территории в первой половине мая, начинается жаркое и сухое лето. В южных районах Адыгеи, в предгорной зоне Майкопского района, по мере повышения местности время наступления лета постепенно сдвигается на более поздние сроки. Его начало на высотах 600-700м приходится на первое июня, а, начиная с высот 1700-1800м – на первую половину июля. Выше – устойчивого перехода температуры воздуха через 15° не наблюдается. Средняя месячная температура воздуха в июле, самом тёплом месяце года в Адыгее, на равнинной территории составляет 23-24°, в предгорьях 20-22°.

В середине июня, на равнинной части территории, а в предгорьях в конце июня - начале июля температура воздуха переходит через 20° и сохраняется выше этого предела 70-90 дней, в предгорьях 30-40 дней и менее. Максимальные температуры в этот период могут достигать 35-38°, а в отдельные особо жаркие годы на равнинах до 39-40°. При этом поверхность почвы нагревается до 63°.

Характерной особенностью лета является частая повторяемость суховейных явлений. Общее число дней с суховеями составляет на равнинной территории 60-80. Наиболее часто суховеи наблюдаются в июле. В горах суховейные явления отсутствуют. При этом в горных районах вследствие барической неоднородности широко распространены фёны – тёплые сухие нисходящие ветры, спускающиеся с гор. В Майкопском районе фёны имеют юго-западное направление. Скорость ветра при фёне достигает 29 м/с, а продолжительность бывает более суток. Температура воздуха в фёне значительно повышается, а относительная влажность понижается до предельно малых значений. Необходимым условием возникновения штормовых фёнов является наличие значительных горизонтальных градиентов давления, направленных с юга на север. Такие градиенты усиливаются, когда над Малой Азией находится область повышенного давления (отрог Казахского антициклона), одновременно над Северным Кавказом развивается циклоническая деятельность. Особенно продолжительные и сильные фёны наблюдаются при выходе циклонов с Чёрного моря на Нижнюю Волгу. Чем ближе к горам центр циклона и больше перепад давления между центром циклона и отрогом, тем продолжительнее и сильнее фён.

Разнообразие и сложность рельефа, значительные колебания высот в сочетании с сезонными особенностями циркуляции атмосферы, создают большое разнообразие в температурном режиме территории. В целом для температуры воздуха характерно её увеличение с запада на восток и уменьшение с увеличением абсолютных высот.

3. Прогноз температуры воздуха как фактора возникновения засухи

Локальные изменения температуры воздуха могут быть связаны с адвекцией воздушных масс, с притоком (оттоком) тепла при турбулентном теплообмене, с фазовыми превращениями воды, с вертикальными смещениями частиц воздуха и изменениями давления на данном уровне.

В приземном слое для прогноза температуры наиболее важное значение имеют адвективный фактор, турбулентный, лучистый теплообмен и фазовые превращения воды. Их количественный подсчёт весьма затруднён. Поэтому при прогнозе температуры в приземном слое рассчитывают адвективные и трансформационные изменения температуры с учётом её суточного хода.

Прогноз температуры осуществляется по следующей схеме:

1. По исходным и прогностическим приземным картам определяется воздушная масса, которая будет располагаться в данном районе в срок прогноза. Особое внимание обращается на возможность резкой смены воздушных масс в связи с прохождением атмосферного фронта. Характеристики температуры воздушной массы, приход которой ожидается в данный район, являются начальной основой для прогноза [3].

Однако на исходной карте погоды эти характеристики относятся лишь к начальному моменту времени. Кроме того, на них может влиять облачность, ветер, состояние подстилающей поверхности. На эти факторы обращается внимание при сопоставлении начальных температур по исходной карте в районе, для которого составляется прогноз, и в районе, откуда ожидается поступление воздушной массы в срок действия прогноза. Очевидно, что такое сопоставление позволяет оценить величину ожидаемого адвективного изменения температуры. Также, можно определить адвективное изменение температуры, построив прогностические траектории движение частиц.

Из первого начала термодинамики известно, что изменения температуры воздуха в некоторой точке атмосферы могут быть вычислены по формуле:

,

где Т- температура воздуха;

uи v – составляющие фактического ветра;

Адвективное изменение температуры воздуха обусловлено его горизонтальным перемещением. Нередко оно превышает 10ºС за несколько часов, например при прохождении фронтальных разделов.

Локальные изменения температуры, обусловленные упорядоченными вертикальными движениями воздуха, близки к адвективным и так же могут достигать 10-12ºС за 12 часов.

Изменения температуры, обусловленные притоком тепла, зависят от турбулентного переноса тепла, лучистой энергии и фазовыми преобразованиями пара и воды в атмосфере.

На изменения температуры воздуха в атмосфере большое влияние оказывает подстилающая поверхность. Поэтому в качестве дополнения к уравнению притока тепла привлекается, как краевое условие на нижней границе атмосферы уравнение для теплового баланса для поверхности Земли.

4 Причины возникновения засухи

В агрономической литературе широко распространено представление, что местом зарождения засухи являются пустынные и полупустынные районы Средней Азии, откуда она распространяется в районы Заволжья, на Северный Кавказ, на Украину, в Центрально-Черноземные области [4]. Такое объяснение происхождения засухи легко согласуется с представлениями, а жарком и сухом климате Средней Азии, граничащей с районами, наиболее часто подвергающимися действию засух. Оно подкрепляется еще и тем, что часто во время засух наблюдаются горячие и сухие ветры с юго-восточной и восточной составляющей, что как бы подтверждает среднеазиатское их происхождение. На основании этого пред­ставления о зарождении и распространении засух были разработаны планы и мероприятия по борьбе с ними. Главным мероприятием предполагалось насаждение лесных полос в качестве заслонов на пути движения засухи с юго-востока. Система лесных полос, ориентированных поперек господствующих ветров, главным образом между Уралом и Каспийским морем, должна была преградить путь засухам на Поволжье, Северный Кавказ, Украину и другие районы. Однако лесные полосы хотя и могут служить одним из действенных средств борьбы с суховеями, но не как физическая преграда на пути юго-восточного потока, а как система полезащитных насаждений, влияющих, прежде всего, на турбулентный обмен в межполосном поле.

Изучение природы засух, основанное на современных методах исследований, показало несостоятельность представлений о среднеазиатском их происхождении. Материалы наблюдений показывают, что в летнее время в период засух над районами Средней Азии в большинстве случаев располагается область пониженного атмосферного давления, в то время как над юго-восточными районами Европейской территории России устанавливается область повышенного давления. Такое распределение атмосферного давления исключает возможность передвижения воздуха из Средней Азии (из мест с относительно низким давлением) в юго-восточные районы Европейской территории России (в места с относительно высоким давлением).

Причиной возникновения засухи в юго-восточной части России в подавляющем большинстве случаев являются циркуляционные процессы в северном полушарии, обусловливающие вторжение холодных масс с севера или с северо-запада. Эти вторжения осуществляются в виде антициклонов, сформировавшихся в массе арктического воздуха, характеризующегося сравнительно низкой температурой, небольшим содержанием влаги, высокой прозрачностью, и приносящих ясную сухую погоду.

В этих условиях солнечная радиация сильно нагревает подстилающую поверхность, от которой нагревается приземный слой воздуха. Повышение температуры влечет за собой понижение относительной влажности воздуха и увеличение дефицита влажности. Нисходящие движения воздуха, наблюдающиеся в антициклоне, приводят к еще более быстрому прогреванию и увеличению дефицита влажности. Таким образом, арктический воздух за короткое время трансформируется в жаркий сухой воздух.

Высокая температура и низкая влажность такого воздуха обус­ловливают интенсивное испарение с поверхности почвы и повышенную транспирацию растений, что приводит к большому расходу почвенной влаги, запасы которой атмосферными осадками не пополняются. Возникают условия образования несоответствия расхода почвенной влаги ее приходу, растения начинают испытывать недостаток влаги, наступает засуха. Поступление свежих порций арктического воздуха усиливает процессы иссушения почвы, интенсивность засухи возрастает.

Движение воздуха в антициклонах происходит по часовой стрелке, поэтому при северных вторжениях на южной периферии антициклона могут наблюдаться восточные и юго-восточные ветры.

Иногда засухи обусловливаются положением субтропических антициклонов, медленно смещающихся в общем западно-восточном переносе на широте 40—50° и являющихся препятствием для распространения на юг циклонических образований с дождливой погодой.

Наблюдаются случаи, когда вторжения с севера, проникая далеко на юг, встречаются с вторжениями субтропических антициклонов. При этом в юго-восточных районах образуется длительный застой сухого горячего воздуха, вызывающий развитие засушливых явлений.

5 Типы засух

Засухи в зависимости от времени их наступления, продолжительности и интенсивности оказывают влияние на растения, следовательно, и снижение урожая в результате засух бывает различным. Многие исследователи [4]. за основу оценки интенсивности засухи берут снижение урожайности ведущей сельскохозяйственной культуры в районах, подвергшихся действию засухи. Однако показателем сильной засухи может служить не только снижение урожая. Сведения об урожае не всегда могут быть получены по территории, освещенной наблюдениями метеорологических станций, поэтому интенсивность засухи часто оценивают по количеству осадков за определенный период.

Кроме недостаточного количества осадков, напряженность засушливых явлений определяется температурой воздуха. В большинстве случаев бездождные периоды наблюдаются на фоне режима с повышенными температурами. Степень превышения температуры воздуха за вегетационный период по сравнению со среднемноголетней температурой за тот же период характеризует напряженность засухи.

Исследования М. С. Кулика показывают, что иссушение пахот­ного горизонта почвы ведет к снижению урожая во все периоды вегетации зерновых культур, но особенно велико его значение перед выходом в трубку и сразу после трубкования. Поэтому сум­марный учет запасов влаги в метровом слое без учета степени увлажнения пахотного слоя почвы не всегда правильно отражает наблюдающиеся засушливые явления. Неучет запасов продуктив­ной влаги в корнеобитаемом слое и отдельно в пахотном горизонте почвы в течение вегетации, к сожалению, является недостатком многих приемов оценки засушливых явлений.

Оценка засушливых явлений по урожайности сельскохозяйст­венных культур, количеству выпавших осадков, температуре воз­духа и другим показателям служит дополнительной характеристи­кой к главной оценке степени увлажнения почвы. При оптималь­ном увлажнении почвы даже температура 40° С и относительная влажность воздуха 25% не оказывают заметного отрицательного влияния на растения, в то время как иссушение почвы, вызываю­щее нарушение баланса влаги растений, приводит их к поврежде­нию или гибели даже при более мягких условиях погоды.

Засухи на территории России по сезонам года могут быть ве­сенними, летними и осенними. В наиболее засушливые годы засухи охватывают два или даже три сезона, т. е. весенняя засуха переходит в летнюю или летняя засуха переходит в осеннюю, или же засуха, начавшаяся весной, продолжается до глубокой осени.

Весенняя засуха наиболее вредно отражается на первом периоде роста яровых культур. Эта засуха характеризуется низкой относительной влажностью воздуха, но невысокими темпера­турами и холодными сухими ветрами. Часто продолжительные ветры вызывают пыльные бури, усу­губляющие вредное действие весенних засух.

Особенно вредна продолжительная весенняя засуха, развив­шаяся на фоне недостаточного увлажнения почвы осадками в осенне-зимний период при небольших запасах почвенной влаги. В таких условиях растения развиваются очень плохо, и даже на­ступление дождливой погоды не сможет ликвидировать полностью последствий засухи: урожай получится пониженным.

Например, за 2002-2003гг лето в республике Адыгеи наступило в сроки близкие к обычным (1-2 мая). Лето характеризовалось жаркой, сухой погодой в начале периода и умеренно-теплой, дождливой в конце.

Из 15 летних декад 7 декад температура воздуха имела положительные отклонения на 1-5° и 7- на 1-2° ниже средней многолетней. Одна декада была в пределах нормы. Наиболее высокие температуры (35-37°) отмечались в первой декаде июля, третьей августа и первой сентября. Число дней с максимальной температурой воздуха 30° составило 29-47 дней.

Сумма эффективных температур выше 10° за летний период составила 1565-1820, что на 60-180° выше средней многолетней величины.

Лето текущего года отличалось атмосферной и почвенной засухой. Очень жарким и сухим оказался май. Среднемесячная температура воздуха во второй и третьей декадах превышала норму на 4 - 5° т.е. перешла через 20°. Существенных осадков не было. Таким жарким и сухим май в республике бывает 1 раз в 20 лет, а такие низкие запасы влаги под озимыми от 2 до 4 раз в 10 лет.

Засуха оказала пагубное влияние на формирование урожая с/х культур и нанесла значительный ущерб народному хозяйству.

Средняя относительная влажность воздуха составила 56-85%, что на 10-15% меньше нормы в мае-июле и на столько же выше во второй половине лета, из-за часто выпадавших дождей.

Число дней с относительной влажностью воздуха 30% и ниже составило за лето 20-50 дней.

Осадки за летний период распределялись неравномерно. В целом за лето в большинстве районов республике выпало 220-390мм, что составило 90-120% нормы. Начало лето было сухим. Засушливый период по республике составил 55-65 дней.

А летом 2006 года в республике Адыгеи наступило 10-12 мая - на неделю позже обычных сроков. Конец лета отмечен 10 октября, что на 10-12 дней позже многолетних сроков.

Продолжительность летнего периода составила 150 дней. Начало лета было теплым с небольшими перепадами температур, в конце июля установилась жаркая и сухая погода.

Из 15 летних декад 5 декад были с отрицательными отклонениями (1, 2°), 9 декад были с положительными отклонениями (3° - 5°) и одна декада с температурой близкой к средне многолетней. Очень жарким был август. В течение месяца дневная (максимальная) температура ниже 30° не опускалась. Абсолютный максимум составил 39° (сильная жара). Максимальная температура на поверхности почвы повышалась до 60-66°. На глубине 20см почва прогревалась до 26-29°, что на 2-4°выше нормы. Число дней с максимальной температурой воздуха выше 30° и выше составило 51-59 дней.

Сумма активных температур, накопившаяся от даты перехода температуры воздуха через +10° весной до конца лета составила 3495 - 3920, больше нормы на 185 - 330.

Осадки в летний период распределялись неравномерно, как во времени, так и по территории республики. В целом за летний период в большинстве районов республики выпало 265 - 436мм это 80-135% нормы. Начало лета было довольно дождливым, а начиная с третьей декады июля установилась сухая, жаркая погода. Засушливый период по республике составил 45-50 дней. После продолжительной засухи только в первой декаде сентября прошли дожди.

Средняя относительная влажность воздуха с мая по сентябрь колебалась в пределах 60-80%, что близко к норме, в отдельные периоды на 10-15% выше неё. Число дней с относительной влажностью воздуха 30% и ниже за летний период составил от 5 до 29 дней.

Заключение

Характерная особенность летних засух – высокий температурный режим, низкая относительная влажность воздуха и, как следствие этих двух причин, высокая испаряемость.

Нарушение нормального хода развития растений во время летних засух в различные фазы периода репродукции растений приводит к снижению урожая. В период образования вторичных узловых корней резкое нарушение водного питания отрицательно сказывается на развитии корневой системы; на растениях, по существу, остаются только зародышевые корни, что приводит к недостаточности водного и минерального питания.

В период образования зачаточных колосков и зачаточных цветов недостаток водного питания приводит к уменьшению числа колосков и числа зерен.

В период цветения и дифференциации пыльцы нарушение водного питания вызывает череззерницу, пустоколосицу, осыпание завязи. Кроме того, летние засухи отрицательно сказываются и на урожае будущего года, являясь причиной слабого прироста побегов и малой закладки плодовых почек.

Осенние засухи наступают после уборки зерновых и в период окончания вегетации пропашных и некоторых других культур. Поэтому отрицательное действие осенней засухи испытывают главным образом озимые культуры посева текущего года. Сухость верхних слоев почвы обусловливает длительное нахождение семян непроросшими, всходы обычно появляются с опозданием. Растения уходят в зиму недостаточно развитыми, неокрепшими. Зимостойкость таких растений понижена. Следствием осенних засух является малое накопление влаги в почве за осенне-зимннй период. Особенно вредоносны засухи, наблюдающиеся подряд два или даже три года.

Литература

1. Агрометеорологический обзор за 2006-2007 сельскохозяйственный год по республике Адыгея.

2. Краеведческий сборник по природе и хозяйству Адыгеи.- Майкоп: Адыгейское книжное издательство, 2003г.

3. Руднев Г.В. Агрометеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973.

4. Справочник по климату вып. 13, ч. 4 - Л.: Гидрометеоиздат, 1996.