Способ определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий

 

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий. Согласно предлагаемому способу путем радиолокационного зондирования приземного слоя атмосферы в зоне выпадения градовых осадков на фоне карты местности выделяют градовый очаг и определяют в дискретных точках данного очага суммарную кинетическую энергию выпавшего града на единицу поверхности грунта. Затем для каждой дискретной точки градового очага из суммарной кинетической энергии выпавшего града на единицу поверхности выделяют ту ее часть, которая контактирует непосредственно с верхней надкорневой системой культуры и воздействует на нее разрушающе. Затем по уровню данной энергии в каждой дискретной точке градового очага судят о масштабах причиненного ущерба. Способ позволяет повысить точность определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий.

Известны различные способы определения ущерба сельскохозяйственных культур от грдобитий, например урожая зерновых, основанные на визуальном осмотре площади поврежденных культур и оценки степени повреждения статистическими расчетами (Таумурзаев А. Х. Методические принципы обследования, учета и оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур от града. - Физика образования градовых процессов и активных воздействий на них. - М.: Московское отделение гидрометеоиздата, 1988, с.104-114); Махмудов К.М. Определение ущерба от градобитий хлопчатника на разных стадиях его развития. - Метеорология и гидрология, 1981, 3, с.97-102).) Данные способы не являются безупречными, поскольку требуют значительного ручного труда, а также затрат времени и средств для оценки потерь от градобитий.

Известен способ определения ущерба сельскохозяйственных культур, основанный на определении кинетической энергии выпадающего града с помощью наземной сети градовых индикаторов (Тлисов М.И., Хучунаев Б.М. Исследование физических характеристик градобитий при помощи наземных индикаторов. - Труды ВГИ, 1986, вып.69, с.81-86).

Наземные индикаторы, или иначе называемые градовые подушки, представляют собой пенополистироловую пластину площадью поверхности 0,1 м² и толщиной 2 см. Поверхность индикатора покрывается тонкой алюминиевой фольгой толщиной 100 мкм. Град, падая на поверхность индикатора, оставляет отпечатки (реплики), по размеру и количеству которых определяют суммарную кинетическую энергию выпавшего града на единицу поверхности грунта, а затем по данному уровню энергии судят о масштабах причиненного ущерба.

К существенным недостаткам известного способа можно отнести необходимость калибровки наземных индикаторов, которая производится с помощью стальных, пластиковых либо ледяных ядер, сталкивающихся с чувствительной поверхностью подушки и имеющих кинетическую энергию, равную энергии градин соответствующего диаметра, падающих с установившейся скоростью.

Кроме того, реализация способа требует значительного ручного труда при подсчетах кинетической энергии по отпечаткам градин, а также требует создания мощной градомерной сети на обширных территориях, что практически невозможно из-за значительных трудозатрат.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, основанный на радиолокационном зондировании приземного слоя атмосферы в зоне выпадения градовых осадков с последующим выделением на фоне карты местности градового очага и определении в дискретных точках данного очага суммарной кинетической энергии выпавшего града на единицу поверхности грунта. (Абшаев М.Т., Атабиев М.Д., Макитов B.C. Радиолокационные измерения кинетической энергии градовых осадков. - Труды ВГИ, 1985, вып.59, с.60-77 - прототип).

В сравнении с наземной градомерной сетью радиолокационный способ имеет ряд существенных преимуществ, поскольку обеспечивает измерение кинетической энергии выпадающего града на значительных площадях, ограниченных радиусом действия локатора 130-150 км и фиксирует локальные градобития, которые могут быть упущены при редкой сети градовых подушек. Вместе с тем радиолокационный способ не является объективным, поскольку основан на определении ущерба в зависимости от суммарной кинетической энергии всего выпавшего града. На самом же деле разрушающее воздействие на культуру оказывает только та часть града, которая имеет соответствующий размер и контактирует непосредственно с элементами растения, в то время как другая ее часть, падающая между растениями непосредственно на грунт, не оказывает никакого влияния на культуру.

При определения ущерба известным способом не учитывается также динамика роста верхней растительной части культуры. Очевидно, что по мере развития культуры верхняя ее растительная часть разрастается и покрывает большую часть поверхности грунта, а вместе с этим возрастает и количество градин, сталкивающихся с ней а также вероятность поражения градинами этой части культуры.

Все указанные недостатки известного способа снижают точность оценки степени повреждения градом сельскохозяйственных культур.

Техническим результатом, от использования заявленного способа, является повышение точности определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, основанном на радиолокационном зондировании приземного слоя атмосферы в зоне выпадения градовых осадков с последующим выделением на фоне карты местности градового очага и определении для дискретных площадок данного очага суммарной кинетической энергии выпавшего града на единицу поверхности грунта, для каждой дискретной площадки градового очага из суммарной кинетической энергии выпавшего на единицу поверхности града выделяют ту ее часть, которая передается непосредственно верхней растительной части культуры и воздействует на нее разрушающе, и по уровню данной энергии для каждой дискретной площадки градового очага судят о масштабах причиненного ущерба.

Способ отличается еще и тем, что при определении кинетической энергии разрушающих культуру градовых осадков, предварительно, для различных стадий вегетации данной культуры определяют коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры и пороговый уровень размеров разрушающих градовых частиц, затем определяют кинетическую энергию градовых частиц, превышающих данный пороговый уровень размеров, и полученный результат умножают на коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Предварительно, для различных стадий вегетации культуры определяют коэффициент покрытия грунта верхней ее растительной частью (К), а также пороговый уровень размеров разрушающих культуру градовых частиц (d_кр), и коэффициент потерь (В), характеризующий наносимый ущерб в долях единицы в зависимости от кинетической энергии градовых частиц, взаимодействующих непосредственно с верхней растительной частью культуры, и вызывающих его повреждение. При этом коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры К определяется как частное от деления площади верхней растительной части культуры на площадь грунта и измеряется в долях единицы.

Зависимости величин К, d_кp и В от стадий вегетации для различных культур определяются экспериментально и вся полученная информация вводится в память ЭВМ для выполнения соответствующих расчетов.

При наличии указанных зависимостей переходят к определению ущерба от градобитий.

Для этого с помощью радиолокационного комплекса на базе станции МРЛ-5, сопряженной с устройством первичной обработки и ЭВМ (не показаны) осуществляется в режиме кругового обзора зондирование приземного слоя атмосферы. Сигналы от МРД-5 поступают в устройство первичной обработки, где осуществляется их аналогово-цифровое преобразование, осреднение и ввод радиолокационных сигналов в вычислитель по 256 дискретным значениям азимута и 128 ячейкам дальности. Массивы радиолокационной информации, полученные в результате первичной обработки, записываются в памяти ЭВМ в виде файлов.

Далее осуществляется обработка радиолокационных сигналов, которая сводится по существу к расчету характеристик градовых осадков. В результате таких расчетов формируют и отображают на фоне карты местности градовый очаг и для дискретных площадок градового очага по уровню радиолокационной отражаемости на двух длинах волн (η_3,2 и η₁₀) определяют характеристики градовых осадков, а именно: среднекубический диаметр градин (см): максимальный диаметр градин (см): d_max=2,11•d₃ (2) и концентрацию градовых частиц (м^-3): N = 6,2•10⁵•η^0,65_3,2•η^-0,45₁₀ (3) Затем, используя полученные данные, по формуле (4) определяют кинетическую энергию градовых частиц Е, превышающих диаметр выпадающих на поверхность грунта в 1 м²
В формуле (4) приняты следующие обозначения:
Е - кинетическая энергия разрушающих градовых осадков (Дж/м²с); m - число единичных объемов (м³), выпавших за одну секунду на поверхность в 1 м²; d_max и d_кр - диапазон размеров градин (см) в пределах которого определяется величина Е; d_кр - критический размер градин (см), начиная с которого и выше наносится повреждение культуре; d_max - максимальный диаметр градин (см); а - коэффициент, зависящий от максимального диаметра градовой частицы.

Коэффициенты a и m определяются по формулам

m=W_ср=6,64•(d_max ^0,5+d_кр ^0,5), (6)
где d_max - максимальный диаметр градовой частицы (см); d_кр - критический размер градовой частицы (см).

После этого, умножив полученный из формулы (4) результат на коэффициент покрытия грунта К, определяют кинетическую энергию градовых частиц (Е^*), выпавших за 1 секунду на поверхность грунта, площадью в 1 м² и вызвавших ущерб культуре
E*=E•K, (7)
где Е - кинетическая энергия разрушающих градовых осадков (Дж/м²•c).

Затем, суммируя значения Е^* по времени и всей площади дискретной площадки, находят суммарное значение кинетической энергии вызывающих ущерб градовых осадков (ΣE^*). После чего по значению ΣE^*, используя экспериментальные данные, определяют коэффициент потерь В, а затем по формуле (8) находят и ущерб (У_щ), нанесенный градобитием по всей рассматриваемой дискретной площадке:
У_щ=У_р•B•S, (8)
где У_р - планируемая урожайность, ц/га; В - коэффициент потерь, зависящий от вида культуры, стадии ее вегетации, а также кинетической энергии разрушающих градовых частиц; S - площадь поверхности дискретной площадки.

Аналогичным способом определяют ущерб по каждой дискретной площадке и, суммируя полученные значения, находят суммарный ущерб по всей площади градового очага.

Пример конкретного выполнения способа
Допустим, что на дискретную площадку в 10 га с посевами озимой пшеницы на стадии колошения выпал град. При этом требуется определить ущерб, нанесенный градом, если параметры градовых осадков, определенные радиолокационным методом, составляют соответственно d_mах=2 см; d_кр=0,5 см; и N=5 (м^-3). Время, в течение которого шел град, составляет 3 минут (180 с); коэффициент a, определяемый по формуле (5), равен 5,5; коэффициент покрытия К и пороговый уровень размеров разрушающих градовых частиц d_кр для стадии колошения озимой пшеницы принимаем соответственно равными 0,8 и 0,5.

Принятые значения коэффициентов являются условными. Реальные же зависимости величин К, d_кр и В от стадий вегетации для различных культур, как было сказано выше, определяются экспериментально, и вся полученная информация вводится в память ЭВМ для выполнения соответствующих расчетов.

Далее, для определения ущерба от градобития, подставляя исходные данные в формулу (4), определяем величину Е. Затем суммируя значения Е по всей площади дискретной площадки и, умножая полученный результат на коэффициент К, и соответственно на время градобития (180 с), находим искомое значение кинетической энергии ΣE^*:
ΣE^* = 516,6 Дж/м².
Затем по найденному значению ΣE^* и имеющимся экспериментальным данным по формуле (8) определяем коэффициент потерь В и вычисляем величину ущерба по площадке S
У_щ=У_р•B•S, (8)
где У_р - урожайность ц/га; В - коэффициент потерь в долях единицы; S - площадь поверхности дискретной площадки.

Для нашего случая В принимаем условно равным 0,7, а урожайность 80 ц/га. Подставляя данные в формулу (8), имеем
У_щ=У_р•B•S=80•0,7•10=560 ц,
что, при существующих ценах в 250 рублей за центнер, составит 140000 руб.

В данном случае мы получили значение ущерба для одной дискретной площадки в 10 га. На самом же деле градовый очаг может состоять из огромного количества площадок. Поэтому для нахождения суммарного ущерба от градобития необходимо просуммировать значения ущерба по всем дискретным площадкам.

Предлагаемый способ в сравнении с существующими аналогами позволяет существенно повысить точность определения ущерба в зонах выпадения градовых осадков, поскольку позволяет учесть влияние на величину ущерба таких факторов, как степень развития верхней растительной части культуры, а также фактор размера разрушающих градовых частиц, вызывающих повреждение культур.

В настоящее время для реализации способа разрабатывается автоматизированная система оценки ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, представляющая несомненный интерес для служб государственных и частных страховых компаний, а также хозяйств, занятых выращиванием сельскохозяйственных культур.

Формула изобретения

1. Способ определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, основанный на радиолокационном зондировании приземного слоя атмосферы в зоне выпадения градовых осадков с последующим выделением на фоне карты местности градового очага и определении для дискретных площадок данного очага характеристик и суммарной кинетической энергии выпавшего града на единицу поверхности грунта, отличающийся тем, что для каждой дискретной площадки градового очага из суммарной кинетической энергии выпавшего на единицу поверхности града выделяют ту ее часть, которая передается непосредственно верхней растительной части культуры и воздействует на нее разрушающе, и по уровню данной энергии для каждой дискретной площадки градового очага судят о масштабах причиненного ущерба.

2. Способ определения ущерба сельскохозяйственных культур по п.1, отличающийся тем, что при определении кинетической энергии разрушающих культуру градовых осадков, предварительно для различных стадий вегетации данной культуры определяют коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры и пороговый уровень размеров разрушающих градовых частиц, затем определяют кинетическую энергию градовых частиц, превышающих данный пороговый уровень размеров, и полученный результат умножают на коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры.