Пространственные корреляционные функции показателей водного режима почв в Беларуси
Территориальная изменчивость - одна из важных практических составляющих пространственно-временной структуры водного режима почвенного покрова. Гидромелиоративный режим - основной фактор, который характеризует сезонную особенность климата территории.
Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 19.05.2018 |
Размер файла | 122,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Важной практической составляющей пространственно-временной структуры водного режима почв является его территориальная изменчивость. Учет пространственной корреляции показателей неблагоприятных водных явлений (НВЯ) и гидромелиоративных режимов (ГМР) почв позволяет оценить репрезентативность «точечных» данных НВЯ и ГМР, полученных по отдельным метеостанциям, и обосновать их проектные значения для любого объекта территории [1].
В условиях Беларуси исследование пространственной структуры выполнено для таких гидрометеорологических элементов, как речной сток, испарение, осадки [1, 2, 3], а также для оросительных норм [4]. Однако для многих важных показателей водного режима почв, формируемого как в естественных природных условиях, так и при его искусственном регулировании, их территориальная взаимосвязь практически не изучена.
Данные исследования проведены для сезонных показателей НВЯ и ГМР, полученных на основе разработанных ранее программ «RETRO-1,2,3» [5]. Использовались 62-летние (с 1945 по 2006 гг.) хронологические ряды рассчитанных по 30 опорным метеостанциям Беларуси показателей водного режима минеральных почв в условиях естественного увлажнения (RETRO-1), оросительных (RETRO-2) и осушительно-увлажнительных мелиораций (RETRO-3).
Для описания пространственной совокупности гидрометеорологических и сходных с ними временных рядов, таких как НВЯ и ГМР, наиболее приемлемо использование пространственных корреляционных функций (ПКФ) [1, 2, 6].
На практике в зависимости от характера изучаемого объекта могут использоваться как одномерные, так и двумерные ПКФ. Первый случай характерен для изотропного поля. В нашем случае, поскольку изучаемые показатели НВЯ и ЭВБ характеризуют сезонную особенность климата территории, пространственная корреляция должна учитывать его анизотропность [1, 3, 4].
В связи с этим в специальной программе [7] нами предусмотрен расчет двумерной функции, выражающей зависимость коэффициента корреляции r между хронологическими рядами показателей НВЯ и ГМР тридцати опорных метеостанций на территории Беларуси от их взаимного расстояния L и географического направления ц
r = f ( L, ц ). (1)
Построение пространственной корреляционной функции (1) осуществляется в следующем порядке.
1. Для исходных хронологических рядов показателя НВЯ или ГМР отдельных метеостанций рассчитывается матрица значений r по всевозможным парам этих метеостанций. В нашем случае при количестве опорных метеостанций n = 30 число их пар nп составило nп = 0,5(n2 - n) = 0,5 (302 - 30) = 435 пар.
2. Из полученной таким образом общей совокупности значений r выделяются его выборки для пар метеостанций, попадающих в секторы 450, оси которых имеют восемь разных географических направлений: С-Ю; ССВ-ЮЮЗ; СВ-ЮЗ; ВСВ-ЗЮЗ; В-З; ВЮВ-ЗСЗ; ЮВ-СЗ; ЮЮВ-ССЗ. Угол сектора и количество географических направлений обеспечивают при переходе к соседнему направлению скользящее сглаживание эмпирических данных с шагом 22,50.
3. Для полученных по каждому направлению выборок строятся графики зависимости коэффициента корреляции r от расстояния между соответствующими метеостанциями (L, км). Расстояния L определялись с использованием географических координат метеостанций и крупномасштабных карт. Пределы изменения L составили 44…569 км.
Аппроксимация зависимости r = f(L) для каждого из восьми указанных направлений выполняется функцией [1, 6] вида
r = exp (- a Lb), (2)
гидромелиоративный почвенный водный
где а, b - коэффициенты аппроксимации.
Вид функции (2) обеспечивает исходное условие r = 1 при L = 0. Примеры графиков зависимости (2), отличающиеся разной теснотой пространственной корреляционной связи, показаны на рис. 1.
Рис. 1. Примеры корреляционных функций: а) степени почвенной засухи (ДWmax) для направления В-З; б) сезонного водопотребления орошаемой культуры (Е) для направления СВ-ЮЗ. Культура: пастбище; почва: суглинок
4. Для построения графика двумерной функции (1) на основе полученных уравнений по зависимости (2) через каждые 0,1r вычисляется расстояние L с использованием формулы
. (3)
Обозначения прежние.
Величины L откладываются на осях соответствующих географических направлений, после чего одинаковые значения r разных секторов соединяются плавными кривыми по методу сплайнов, образуя изокорреляты [1, 3].
По результатам расчетов программой выдается таблица параметров пространственной корреляционной функции по отдельным географическим направлениям, в которой указывается вариант расчета НВЯ или ГМР, а также: коэффициенты аппроксимации зависимостей (2) а, b; корреляционные отношения этих зависимостей з, их ошибки Sз и критерии существенности tз.
Программой также выдаются графики корреляционных функций по отдельным направлениям (рис. 1) и общий график пространственной корреляционной функции (ПКФ). На графиках ПКФ, кроме изокоррелят, соответствующих значениям r = 0,9; 0,8;…0,1, отображаются также линии их минимальных существенных значений r0,05 и r0,01 для уровней значимости б, равных 5 и 1 %, соответственно.
Примеры отдельных двумерных ПКФ изучаемых показателей НВЯ и ГМР представлены на рис. 2.
Рис. 2. Пространственные корреляционные функции показателей НВЯ и ГМР на суглинистых почвах Беларуси, используемых под пастбище: а) время наступления почвенной засухи ТНЗ; б) сезонное водопотребление орошаемой культуры Е; в) сезонный почвенный сток СП
Как видно, графики полученных ПКФ имеют разный характер по тесноте корреляционной связи и ее географической ориентации в зависимости от показателя НВЯ или ГМР. Исследование пространственной корреляции выполнялось для состава показателей НВЯ и ГМР, приведенного в таблице.
В качестве общей закономерности для рассчитанных ПКФ можно отметить, что для большинства показателей НВЯ и ГМР в пределах расстояния L до 500 км, и практически для всех НВЯ в пределах до 200 км, наблюдается повышенная корреляционная связь в направлении, близком к оси СВ-ЮЗ. Более слабая связь отмечается, как правило, в перпендикулярном направлении, что можно объяснить общим вектором территориального изменения климата. С учетом используемой длины рядов n = 62 минимальные существенные значения корреляционной связи составили: r0,05 = 0,25; r0,01 = 0,33.
Наибольший практический интерес представляют показатели ПКФ в более ограниченной зоне, примерно соответствующей расстоянию между произвольно расположенным объектом и окружающими его ближайшими метеостанциями. С учетом используемой в расчетах опорной сети метеостанций радиус такой зоны можно оценить расстоянием около 100 км.
В таблице для указанной зоны приведены географические направления повышенной пространственной связи (цmax) и соответствующие коэффициенты корреляции (rmax) по всем выполненным вариантам расчета. В таблице с целью экономии места указана лишь одна сторона географического направления.
Табл. 1. Географические направления повышенной пространственной корреляции (цmax) и ее значения (rmax) в зоне радиусом 100 км для показателей НВЯ и ГМР минеральных почв Беларуси
Показатели НВЯ и ГМР |
Параметры связи |
Пастбище |
Зерновые |
|||
супесь |
суглинок |
супесь |
суглинок |
|||
Время наступления почвенной засухи Тнз, сут, (RETRO-1) |
цmax |
ВСВ |
ССВ |
ССВ |
С |
|
rmax |
0,55 |
0,61 |
0,56 |
0,60 |
||
Общая продолжительность почвенной засухи Тзас, сут, (RETRO-1) |
цmax |
ССВ |
ССВ |
ССВ |
ССВ |
|
rmax |
0,68 |
0,67 |
0,63 |
0,62 |
||
Степень почвенной засухи ДWmax, мм, (RETRO-1) |
цmax |
СВ |
СВ |
ВСВ |
ССВ |
|
rmax |
0,63 |
0,64 |
0,60 |
0,71 |
||
Общая засушливость вегетационного периода ?ЗД, мм·сут, (RETRO-1) |
цmax |
ССВ |
ССВ |
В |
ВСВ |
|
rmax |
0,69 |
0,71 |
0,68 |
0,68 |
||
Общая продолжительность периодов переувлажнения Тпп, сут, (RETRO-1) |
цmax |
СВ |
ССВ |
СВ |
СВ |
|
rmax |
0,61 |
0,62 |
0,59 |
0,61 |
||
Оросительная норма М, мм, (RETRO-2) |
цmax |
ВСВ |
В |
ВСВ |
ССВ |
|
rmax |
0,80 |
0,78 |
0,73 |
0,72 |
||
Сезонное водопотребление орошаемой культуры Е, мм, (RETRO-2) |
цmax |
СВ |
СВ |
СВ |
СВ |
|
rmax |
0,88 |
0,89 |
0,87 |
0,87 |
||
Минимальный межполивной интервал Тmin, сут, (RETRO-2) |
цmax |
С |
ВСВ |
СЗ |
ССВ |
|
rmax |
0,39 |
0,40 |
0,47 |
0,48 |
||
Дата начала первого полива ТЗ1, сут. (RETRO-2) |
цmax |
ССВ |
ССВ |
СВ |
ССВ |
|
rmax |
0,60 |
0,62 |
0,59 |
0,58 |
||
Сезонный почвенный сток СП, мм, (RETRO-3) |
цmax |
ССВ |
С |
ССВ |
С |
|
rmax |
0,58 |
0,59 |
0,58 |
0,59 |
||
Сезонная норма увлажнения Мув, мм, (RETRO-3) |
цmax |
СВ |
СВ |
СВ |
СВ |
|
rmax |
0,80 |
0,78 |
0,75 |
0,75 |
||
Время наступления первого засушливого периода Т1, сут, (RETRO-3) |
цmax |
ССВ |
ССВ |
СВ |
ССВ |
|
rmax |
0,68 |
0,67 |
0,62 |
0,53 |
Анализ данных таблицы показывает, что в зоне радиусом 100 км направление повышенной пространственной связи, как правило тяготеет к оси ССВ-ЮЮЗ. Наибольшие отклонения от этого направления характерны показателям ГМР: почвенному стоку (С-Ю), а также нормам орошения и увлажнения (В-З).
Наиболее существенной пространственной связью в пределах 100 км обладает показатель «Сезонное водопотребление» (r = 0,87…0,89). Наименее достоверная (хотя и существенная на 1%-м уровне в пределах радиуса 100 км) пространственная связь (r = 0,39...0,48) характерна показателю «Минимальный межполивной интервал».
Полученные пространственные корреляционные функции дают возможность уточнения для условий конкретного объекта проектных, либо прогнозных показателей НВЯ и ГМР, рассчитанных по данным ближайших к нему метеостанций. В этом случае искомое значение показателя для заданного пункта Х0 определяется как средневзвешенная величина по коэффициенту корреляционной связи его значений Хj ближайших j метеостанций:
(4)
где rj - коэффициенты пространственной корреляции показателя НВЯ или ГМР объекта и j-й метеостанции.
При использовании зависимости (4) и графиков ПКФ для определения величин X0 объект совмещается с центром графика, а окружающие его метеостанции располагаются соответственно их географическим направлениям и расстояниям относительно объекта.
Применение указанной методики в условиях анизотропной ПКФ позволяет уточнить обеспеченные величины НВЯ и ГМР до 5…10 % по сравнению с аналогичными показателями, полученными по данным одной метеостанции.
Литература
1. Сачок, Г.И. Пространственно-временная структура гидрометеорологического режима Белоруссии и прилегающих регионов / Г.И. Сачок. - Минск: Наука и техника, 1980. 222 с.
2. Волчек, А.А. Исследование пространственно-временных колебаний элементов водного баланса (на примере Белоруссии): Автореф. дис. … канд. геогр. наук: 11.00.07 / А.А. Волчек; Институт водных проблем АН СССР. - М., 1988. 24 с.
3. Вихров, В.И. Влияние дискретизации данных метеостанций на их пространственную репрезентативность для воднобалансовых расчетов / В.И. Вихров.
4. Голченко, М.Г. Пространственная корреляция оросительных норм многолетних трав на территории Белоруссии / М.Г. Голченко, В.И. Вихров // НТИ «Мелиорация и водное хозяйство». Минводхоз БССР. 1984. № 9. С. 18-20.
5. Вихров, В.И. Программы расчета вероятности неблагоприятных водных явлений и проектирования гидромелиоративных режимов почв в Беларуси / В.И.Вихров //Мелиорация переувлажненных земель. 2007. №2. C. 48-57.
6. Логинов, В.Ф. Практика применения статистических методов при анализе и прогнозе природных процессов / В.Ф. Логинов, А.А. Волчек, П.В. Шведовский. - Брест: Изд-во БГТУ, 2004. 301 с.
7. Разработать методы оценки пространственно-временной изменчивости неблагоприятных водных явлений для их прогноза на минеральных почвах сельскохозяйственного использования в условиях Беларуси: отчет о НИР (заключ.) / БГСХА; рук. темы В.И. Вихров. - Горки, 2005. - 133 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Почва - система, состоящая из фаз (твердая, жидкая, газовая, живая). Основные факторы почвообразования. Анализ структуры почвенного покрова в хозяйстве "Хохловский". Агрономическая характеристика почв, их бонитировка и агропроизводственная группировка.
курсовая работа [198,3 K], добавлен 23.07.2014Заготовка сена. Интенсивная технология возделывания кукурузы на зерно. Кормовая характеристика бобовых на лугах и пастбищах. Технологический процесс заготовки силоса. Коренное улучшение кормовых угодий. Улучшение водного режима на сенокосах и пастбищах.
контрольная работа [61,0 K], добавлен 20.05.2011Деградация лесов и растительности. Изменение видового состава растений. Функции леса, эксплуатационные и деградированные леса. Изучение состояния растительного и почвенного покрова, исследования почв. Ухудшение плодородия, дефляция и эрозия почв.
реферат [277,9 K], добавлен 20.07.2010Исследование мероприятий по освоению и окультуриванию подзолистых почв. Описания создания гумусированного пахотного слоя путем систематического внесения больших доз органических удобрений, проведения мелиоративных работ, регулирования водного режима.
курсовая работа [45,5 K], добавлен 16.10.2011Агрокомплекс по проведению поверхностного улучшения природного сенокоса или пастбища. Культуртехнические работы. Регулирование водного режима. Улучшение кислых почв известкованием. Расчет доз минеральных удобрений. Создание сеяного кормового угодия.
контрольная работа [36,8 K], добавлен 12.01.2016Факторы и процессы почвообразования, структура почвенного покрова объекта исследований, основные типы почв. Детальная характеристика почвенных контуров, их соотношение на исследуемой территории. Оценка плодородия почв и его лесоводческое значение.
курсовая работа [93,1 K], добавлен 12.11.2010Изучение почвенного покрова страны. Характеристика почвенного покрова и почв. Краткая характеристика процессов почвообразования. Составление агропроизводственной группировки почв. Мероприятия по улучшению плодородия. Размещение и специализация хозяйств.
курсовая работа [62,0 K], добавлен 19.07.2011Земельные ресурсы и почвенный покров Белгородской области. Структура земельного фонда по категориям земель. Общая оценка уровня деградации почвенного покрова. Факторы и виды деградации почв. Основные мероприятия по охране почвенного покрова области.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 02.01.2015Антропогенное использование территории и физико-химическая характеристика разновидностей почв. Условия почвенного покрова и почвообразования, их устойчивость к воздействию человека в сельской местности и негативные экологические факторы их развития.
курсовая работа [22,9 K], добавлен 06.06.2009Анализ структуры земельного фонда и сельскохозяйственных земель землепользования (на примере АО "Заря" Алексеевского района). Факторы образования ландшафта и почв. Оценка качества почв и земель исследуемой территории, пути улучшения земельного фонда.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.06.2012Задача осушения избыточно увлажненных почв в сельском хозяйстве - отвод воды, регулирование водного и воздушного режимов грунтов в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур. Гидрологический и гидравлический расчет каналов мелиорации.
курсовая работа [89,9 K], добавлен 09.06.2011Основной элемент правового режима - наличие прав и обязанностей субъектов правоотношений по использованию земель. Правовой режим земель в законодательстве определяется по их основному целевому назначению. Частные интересы в использовании земель.
реферат [97,8 K], добавлен 25.06.2008Геологическое строение и материнские породы территории хозяйства. Анализ элементарных почвенных ареалов по площади, форме и коэффициенту расчленения. Виды и компонентный состав почвенных комбинаций. Количественные характеристики структуры покрова почвы.
реферат [47,0 K], добавлен 12.01.2014- Агрономическая характеристика почвенного покрова ООО "Кыласовское" Кунгурского района Пермского края
Географическое положение и общие сведения о хозяйстве. Природные условия формирования почвенного покрова: климат, рельеф, гидрологические условия. Морфологические признаки серой лесной и дерново-карбонатной почвы. Бонитировка, охрана почвенного покрова.
курсовая работа [74,0 K], добавлен 12.01.2015 Основной источник тепла в почве. Исследование влияния оптимальной, минимальной, максимальной температуры воздуха на развитие растений. Изучение агротехнических, агромелиоративных и агрометеорологических приемов регулирования теплового режима почв.
презентация [3,4 M], добавлен 24.09.2015Проект осушения избыточно-увлажненного участка гончарным дренажем. Возможные типы водного питания, методы и способы осушения переувлажненных земель. Построение продольных профилей. Программирование урожаев культур по водному и питательному режимам.
курсовая работа [52,3 K], добавлен 04.06.2011Степень земледельческого использования почв в сельском хозяйстве. Понятие и классификация систем земледелия. Зависимость землепользования от характера почвенного покрова. Организация территории с целью увеличения производства продукции растениеводства.
реферат [26,8 K], добавлен 08.11.2011Свойства почвенного покрова Якутии и его география. Круговорот веществ и энергии. Факторы почвообразования. Воздушный режим почвы и содержание питательных веществ в ней. Распределение земельного фонда по категориям почв. Анализ сельскохозугодий.
курсовая работа [972,7 K], добавлен 08.04.2014Ознакомление с комплексностью почвенного покрова, основными типами и подтипами почв в черте города и окрестностей. Изучение растительности, рельефа, особенностей почвообразования зональных и интразональных почв. Методы мелиорации солонцов и солончаков.
отчет по практике [1,5 M], добавлен 22.07.2015Характеристика задач по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов, возникающих в сельскохозяйственном производстве. Особенности экологии как науки. Пути создания оптимального водного режима на почвах лесостепной зоны.
контрольная работа [114,7 K], добавлен 17.04.2015