На сучасному етапі у світовій агрометеорологічній практиці одним із найбільш відомих засобів моніторингу умов росту і розвитку сільськогосподарських культур та прогнозування їх врожайності є система CGMS (Crop Growth Monitoring System). В УкрГМІ спільно з УкрГМЦ здійснено методичну і технологічну адаптацію цієї системи для оцінки умов вирощування озимої пшениці в Україні, яка полягала у вирішенні наступних завдань:

1. створення баз метеорологічних і агрометеорологічних даних (проінтерпольованих у сітку грідів 50Х50 км), бази даних по властивостях грунтів (була використана карта ґрунтів у масштабі 1:2 500 000), бази даних по урожайності сільськогосподарських культур (надані відділом агрометеорології УкрГМЦ) за відповідною структурою CGMS у форматі MSAccess;
2. ідентифікація таксономічних одиниць моделювання, що використовуються в оригінальній версії CGMS для території Європейського континенту (NUTS, SMU, EMU) та у межах території України;
3. технологічна адаптація програмних засобів для проведення розрахунків з використанням створеної бази даних;
4. проведення чисельних експериментів і оцінка достовірності змодельованих параметрів продуктивності озимої пшениці впродовж вегетації у різних грунтово-кліматичних умовах території;
5. оцінка точності прогнозів урожайності озимої пшениці у розрізі адміністративних областей та районів України.

ЗМІСТ І СТРУКТУРА СИСТЕМИ CGMS (CROP GROWTH MONITORING SYSTEM)


Зміст роботи системи CGMS становить збір і опрацювання даних наземних метеорологічних і агрометеорологічних спостережень, моделювання параметрів продуктивності посівів сільськогосподарських культур, прогнозування урожаю сільськогосподарських культур з різною завчасністю.
Основні завдання, які можуть бути вирішені за допомогою CGMS, полягають у здійсненні агрометеорологічного моніторингу за трьома напрямками (рис.1):
1.моніторинг умов погоди у період вегетації сільськогосподарських культур;
2.моніторинг стану посівів сільськогосподарських культур та моделювання продуктивності рослин за певних метеорологічних умов;
3.статистичний аналіз отриманих даних і прогнозування урожайності сільськогосподарських культур.


Рис. 1. Загальна структура системи CGMS

Вхідна інформація. Для функціонування системи на кожному з аналітичних рівнів необхідним є створення комплексної бази вхідних даних. Основна інформація, яка використовується в CGMS – це щоденні метеорологічні дані (характеристики радіаційного, термічного режиму і режиму зволоження території), агрометеорологічні дані (щорічні дати початку, закінчення і тривалості вегетаційних циклів культур), дані про біологічні властивості культур та особливості їх вирощування (сортовий склад, показники світло-, тепло- та вологопотреби, типологічні ознаки за потребою у факторах життя, критичні значення метеорологічних величин у різні фази розвитку тощо), дані про властивості грунтів (генетико-морфологічні ознаки, основні фізико-хімічні і агрогідрологічні характеристики).

Більшість метеорологічних та агрометеорологічних величин, які заносяться у базу даних, визначаються шляхом безпосередніх вимірювань на гідрометеорологічних станціях. Розрахунковим способом отримують значення сумарної сонячної радіації (за методами Ангстрема-Прескота (1940 р.), Супіта (1994 р.), Харгрівса (1985)), а також значення фізичного випаровування, транспірації, евапотрансипірації (за методами Х.Пенмана, 1956 р.). Характеристики грунтів отримують на основі картографічних та довідкових джерел. Дані по урожайності заносяться у базу даних із джерел офіційної статистики. Комплексна база даних системи CGMS створюється у форматах MSAccess або Оracle. У ній нараховується близько 85 таблиць, частина з яких вміщує вихідну інформацію зазначеного вище змісту по конкретній території. Решта таблиць вміщує проміжні та заключні результати розрахунків і заповнюється автоматично, у зв’язку з цим, при створенні бази даних її структура повинна бути чітко дотримана.

Функціонування системи CGMS. Крім комплексної бази даних, для роботи даної системи необхідні виконавчі файли CGMS.exe (вихідні програми для розрахунку і моделювання основних метеорологічних і агрометеорологічних параметрів), а також виконавчий модуль для прогнозу урожайності – CGMSBAT.exe, які відкомпельовано у Microsoft Visual C++ 6.0. Передбачається, що дана система може працювати як автономно (за прописування у СGMS.ini команд для виконання послідовності певних операцій), так і за допомогою інтерфейсу користувача, у якому оператор може самостійно, маніпулюючи різними параметрами, здійснювати необхідні розрахунки. Технологічна адаптація системи для території України виконана за другим підходом.

Моніторинг погодних умов у період вегетації сільськогосподарських культур


Загальні положення. Першим рівнем реалізації системи CGMS є моніторинг умов погоди у період вегетації сільськогосподарських культур, який складається із декількох етапів (рис.2). Основними з них є наступні:
- збір і контроль якості щоденних даних наземних метеорологічних спостережень та створення метеорологічної бази даних (по 185 гідрометеорологічних станціях України);
- просторова інтерполяція метеорологічних даних, що пройшли технічний контроль, у вузли регулярної сітки розміром 50X50 км і створення бази метеорологічних даних по вузлах сітки (для умовно однорідних грідів);
- визначення індикаторів стану погоди з добовим інтервалом (характеристики термічного режиму, максимальна, мінімальна, середня температура повітря; характеристики радіаційного режиму, тривалість сонячного сяйва, сумарна сонячна радіація; характеристики водного режиму, кількість опадів, парціальний тиск водяної пари, висота снігового покриву, фізичне випаровування, транспірація, евапотранспірація, об’ємний вміст вологи у ґрунті; додаткові характеристики швидкість вітру та ін.);
- узагальнення інформації про метеорологічні умови під час вегетації рослин (за декаду, міжфазний період, місяць); побудова карт розподілу основних метеорологічних величин; підготовка аналітичних оглядів умов погоди за різні проміжки часу у період вегетації з визначенням ступеню аномальності умов.