Использование ГИС-технологий при оценке биоклиматических

РАСЧЕТ БИОКЛИМАТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ
ЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС MAPINFO И ПРОГРАММЫ
ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕРПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 3D
FIELD.
И.Ю. Каторгин
Ставропольский государственный университет
На территории края выделяется 24 ландшафта в 5 ландшафтных
провинциях (Шальнев, 1995). При анализе ландшафтов края необходимо
провести работу по определению природно-ресурсного потенциала.
Анализ литературы, во-первых, показал, что в основу всех
показателей ресурсного потенциала положено соотношение тепла и влаги.
Во-вторых, все они дифференцируются на две группы: общие оценки
агроклиматического
потенциала
территории
для
регионального
агроклиматического районирования и оценки, характеризующие условия
воздействия конкретных с/х культур для частного районирования.
Из первой группы показателей в земледелии России и за рубежом
широкое распространение получила формула гидротермического
коэффициента Г.Т.Селянинова (1928), как показатель увлажнения –
p
ГТК =
, где
0,1  t  10
 р – сумма осадков за теплый период, мм,
 t – сумма температур выше 10С за этот же период
Недостатком ГТК является то, что он характеризует увлажнение
только теплой части года и не учитывает весенние запасы влаги в почве,
которые при одном и том же увлажнении вегетационного периода, могут
определять различную влагообеспеченность сельскохозяйственных
культур.
Для сравнительной оценки общей биопродуктивности ландшафтов
края, на наш взгляд, наиболее приемлем климатический индекс
биологической продуктивности – Бк, являющийся производным от
биоклиматического потенциала Шашко Д.К. (1985) - БКП.
 tак
БКП = Кр (КУ) =
, где
 tак(баз)
БКП – относительные значения биоклиматического потенциала,
Кр (КУ) – коэффициент роста по годовому показателю атмосферного
увлажнения,
tак – сумма средних суточных температур воздуха за период
активной вегетации в данном месте,
tак(баз) – базисная сумма средних суточных температур воздуха за
период активной вегетации, т.е. сумма, относительно которой проводится
сравнительная оценка.
Биологическая продуктивность (Бк) рассчитывалась по формуле
 tак
Бк = 55 Кр (КУ)
,
1000
Коэффициент роста Кр (КУ) рассчитывался через коэффициент
увлажнения КУ.
Кр = (КУ) 1,5 lg (20 КУ) – 0,21 + 0,63 КУ – КУ2, где
КУ – коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный
отношению количества осадков к сумме средних суточных значений
дефицита влажности воздуха.
Построение тематических карт по расчету биоклиматических
потенциалов ландшафтов происходило в несколько этапов:
1. вычисление значений биологической продуктивности (Бк) и
биоклиматического потенциала (БКП) (Шашко, 1985) с помощью SQLзапросов по данным агроклиматического справочника по Ставропольскому
краю за 1958 год.
2. растеризация векторной карты метеостанций с подписанными
значениями по какому-либо из значений в MapInfo;
3. построение интерполированной поверхности методом кригинга в 3D
Field и экспорт цифровых моделей в растровый формат;
4. регистрация растрового изображения, векторизация и построение
тематических карт методом индивидуальных значений в MapInfo.
Использование метода кригинга в нашей работе объясняется рядом
преимуществ, которые он имеет перед другими методами интерполяции,
так как он оптимизирует процедуру интерполяции на основе
статистической природы поверхности (Oliver and Oliver, 1990). Кригинг
использует идею регионализованной переменной, которая изменяется от
места к месту с некоторой видимой непрерывностью, но не может
моделироваться только одним математическим уравнением. Кригинг
обрабатывает эти поверхности, считая их образованными из трех
независимых величин.
1. Дрейф или структура поверхности. Дрейф оценивается с
использованием математического уравнения, которое наиболее близко
представляет общее изменение поверхности, во многом подобно
поверхности тренда.
2. Случайных отклонений от общей тенденции связанных друг с другом
пространственно.
3. Случайный шум, который не связан с общей тенденцией и не имеет
пространственной автокорреляции (Де Мерс, 1999).
В дальнейшем в результате оверлейного наложения слоя «природные
ландшафты» на слои с «биоклиматический потенциал» (БКП),
«биологическая продуктивность» (Бк) и «индекс почвенно-климатических
ресурсов» (ИПКР) и применения SQL-запросов по формуле
Sum(показатель*area(«obj,sq km») / S ландшафта, где
показатель – величина БКП, Бк или ИПКР,
area(«obj,sq km») – площадь полигонов с одинаковыми показателями,
S ландшафта – площадь ландшафта,
* – оператор умножения,
/ – оператор деления,
были вычислены средневзвешенные значения величин БКП, Бк или ИПКР
по ландшафтам края, и методом диапазонов значений построены
тематические карты (рис. 1 – 3).
Как свидетельствуют данные индекс биологической продуктивности
(Бк) имеет зональный характер распределения с увеличением с востока на
запад края с 84,8 единиц (метеостанция Арзгир) до 140,7 единиц по
метеостанции Ставрополь, а биоклиматический потенциал в том же
направлении возрастает с 1,5 до 2,6 единиц.
Для характеристики ландшафтов края, на наш взгляд, необходимо
попытаться внести соответствующие коррективы на гипсометрический
уровень каждого ландшафта, учитывая вертикальную инверсию осадков и
температуры воздуха.
Рис. 1. Средневзвешенное значение биологической продуктивности по
условиям увлажнения в ландшафтах.
Рис. 2. Средневзвешенное значение биоклиматического потенциала по
условиям увлажнения в ландшафтах.
Рис. 3. Средневзвешенное значение индекса почвенно-климатических
ресурсов по ландшафтам.
Поскольку сельское хозяйство связано с возделыванием конкретных
с/х культур анализировался и ряд агроклиматических показателей условий
их возделывания, которые могут быть использованы для оценки
ландшафтов края по возможности их выращивания.
С помощью ГИС-технологий по усовершенствованной в СНИИСХ
методике И.В.Свисюка (1980), был просчитан индекс почвенноклиматических ресурсов возделывания озимой пшеницы (ИПКР).
Характер его изменения имеет такую же, как и БКП тенденцию
увеличения с востока на запад с изменением от 1,5 до 2,2 единиц.
Недостатком данного индекса для характеристики ландшафтов
является то, что, бонитет почв взят не средневзвешенный для территории
ландшафта, а средний для административного района. На наш взгляд
работа над показателями БПК и ИПКР должны быть продолжены с учетом
гипсометрии ландшафтов, инверсии осадков и температур, а также с
учетом средневзвешенных по ландшафтам показателей почвенного
плодородия и климата.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агроклиматический
справочник
по
Ставропольскому
краю.
Ставрополь, 1958. – 234 с.
2. ДеМерс Майкл Н. Географические информационные системы. – М.:
Изд-во Дата+, 1999. – 490 с.
3. Иванов Н.Н. Ландшафтно-климатические зоны земного шара. – Зап.
геогр. об-ва, 1949, т.1 (нов. сер.).
4. Селянинов Г.Т. О сельскохозяйственной оценке климата. – Труды по
сельскохозяйственной метеорологии, 1928. вып. 20.
5. Шальнев В.А. Ландшафты Ставропольского края. Ставрополь, 1995. –
52 с.
6. Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. – Л.: Гидрометеоиздат,
1985. – 256 с.
7. Oliver, M.A., and R.W.Oliver, 1990. “Kriging: A Method of Interpolation for
Geographic Information Sistems, 4(3).