Способ оценки ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий

 

Изобретение относится к радиолокационной метеорологии и может быть использовано для оценки 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 характеристики градовых осадков. Затем для каждой дискретной площадки градового очага находят суммарное количество выпавших градовых частиц. Затем из суммарного количества выпавших градовых частиц за весь цикл градобития выделяют ту ее часть, которая контактирует непосредственно с верхней растительной частью культуры и воздействует на нее разрушающе, затем определяют площадь живого сечения данных градовых частиц и по соотношению данной площади к площади проекции верхней растительной части культуры на поверхность грунта судят о масштабах причиненного ущерба. Способ позволяет повысить точность определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий.

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

Известны различные способы оценки ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, 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 оценки 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 оценке 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 характеристик выпавших градовых осадков, для каждой дискретной площадки градового очага из общего количества выпавших градовых частиц за весь цикл градобития выделяют ту ее часть, которая контактирует непосредственно с верхней растительной частью культуры и воздействует на нее разрушающе, затем определяют площадь живого сечения данных градовых частиц и по соотношению данной площади к площади, занимаемой верхней растительной частью культуры, судят о масштабах причиненного ущерба.

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). При этом коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры (К) определяют как частное от деления площади проекции верхней растительной части культуры на площадь грунта (измеряется в долях единицы).

Зависимости величин К, d_кр от стадий вегетации для различных культур определяются экспериментально и вводятся 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, осуществляется в режиме кругового обзора зондирование приземного слоя атмосферы. Сигналы от МРЛ-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 площадь живого сечения всех градовых частиц (S_г), превышающих разрушающий уровень размеров (d_кр) и выпадающих за 1 с на площадку в 1 м².

В формуле (4) приняты следующие обозначения: S_г - площадь сечения градовых частиц, см²; m - число единичных объемов (м³), выпавших за одну секунду на поверхность в 1 м² (оно равно средней скорости падения градин в м/с и определяется по формуле (5)); d_кр - критический размер градин (см), начиная с которого и выше наносится повреждение культуре; d_max - максимальный диаметр выпадающих градин (см); а - коэффициент, определяемый по формуле (6)
m=W_ср=6,64•(d_max ^0,5+d_кр ^0,5) (5)

Необходимо отметить, что найденные значения параметров являются усредненными по площади рассматриваемой дискретной площадки. С учетом этого ущерб, наносимый градобитием, определится по формуле

где ΣS_г - суммарная площадь живого сечения всех градовых частиц, выпавших на поверхность в 1 м² и превышающих разрушающий уровень размеров (d_кp); 100 - коэффициент перевода ущерба от долей единицы в проценты; К - коэффициент покрытия грунта верхней растительной частью культуры в долях единицы; S₁ - площадь единичной площадки (S_г=1 м²).

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 усредненные параметры градовых осадков, определенные радиолокационным методом, составляют соответственно d_max=2 см; N=5 м^-3. Время, в течение которого шел град, составляет 3 мин (180 с); коэффициент a, определяемый по формуле (6), равен 5,5; коэффициент покрытия К для стадии колошения озимой пшеницы принимаем равным 0,8, а пороговый уровень размеров разрушающих градовых частиц d_кр принимаем равным 0,5 см. Значение m, рассчитанное по формуле (5), равно 14,0.

Принятые значения коэффициентов К и d_кр являются условными. Реальные же зависимости величин К и d_кр 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 S_г и, умножая полученный результат на время градобития (180 с), находим суммарную площадь живого сечения всех градовых частиц (см²), выпавших на грунт и превышающих разрушающий уровень размеров градовых частиц d_кр
ΣS_г = 5947 см².
Затем, подставляя значение ΣS_г в формулу (7), определяем величину ущерба, нанесенного градобитием

Из расчета следует, что на рассматриваемой дискретной площадке в 10 га вследствие градобития погибло 74% урожая. В денежном выражении данные потери составят
У=250•80•0,74•10=148000 руб,
где 250 - стоимость центнера пшеницы; 80 - урожайность пшеницы с 1 га; 0,74 - потери урожая в долях единицы; 10 - площадь в гектарах.

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 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 определения ущерба сельскохозяйственных культур от градобитий, представляющая несомненный интерес для служб государственных и частных страховых компаний, а также хозяйств, занятых выращиванием сельскохозяйственных культур.

Формула изобретения

Способ оценки 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 выпавшего града, отличающийся тем, что для каждой дискретной площадки градового очага из суммарного количества выпавших градовых частиц за весь цикл градобития выделяют ту ее часть, которая контактирует непосредственно с верхней растительной частью культуры и воздействует на нее разрушающе, затем определяют площадь живого сечения данных градовых частиц и по соотношению данной площади к площади проекции верхней растительной части культуры на поверхность грунта судят о масштабах причиненного ущерба.