Прогноз урожайности ярового ячменя с большой заблаговременностью

Во Всероссийском научно-исследовательском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии (ВНИИСХМ) разработан метод прогноза урожайности ярового ячменя по отдельным субъектам Российской Федерации (автор В.М. Лебедева) с использованием синоптико-статистического подхода. Данный подход позволил увеличить заблаговременность прогнозов урожайности до 4–6 месяцев.

Общие положения
В методе использовано предположение, что макроциркуляционные процессы в толще атмосферы Северного полушария определенным образом влияют на метеорологические условия вегетационного периода умеренных широт и, соответственно, на урожайность сельскохозяйственных культур. В качестве исходных данных при таком подходе используется ряд параметров, которые характеризуют особенности циркуляции атмосферы в переделах Северного полушария в осенне-зимний период, предшествующий вегетации рассматриваемой сельскохозяйственной культуры.

В качестве предикторов для расчета ожидаемой урожайности ярового ячменя по субъектам Российской Федерации (РФ) использовались коэффициенты разложения средних месячных значений геопотенциала по 11 секторам Северного полушария за пять месяцев (октябрь–февраль), предшествующих периоду вегетации. Эта процедура позволила сконцентрировать исходную информацию о значениях геопотенциала в отдельных секторах небольшим числом коэффициентов разложения и отфильтровать «шумовые эффекты» [Мещерская А. В., Руховец Л. В., Юдин М.И., Яковлева Н.И. Естественные составляющие метеорологических полей. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 200 с.]. Для построения уравнений использовалась информация за тридцатилетний период.

После процедуры просеивания (для исключения тех из них, которые связаны между собой высокой парной корреляцией) отбирались от 7 до 10 наиболее значимых предикторов и строились уравнения множественной регрессии для расчета ожидаемой ярового ячменя. С их использованием прогноз урожайности составляется в марте месяце. Корреляционные связи между предикторами и предиктантами рассчитывались заново для каждого последующего года, с учетом вновь поступившей информации. Блок-схема предлагаемого синоптико-статистического подхода для расчета ожидаемой урожайности ярового ячменя представлена на рисунке.


Рисунок 1. Блок-схема синоптико-статистического метода прогноза урожайности ярового ячменя

Прогноз составляется 10-15 марта, после получения средних месячных карт значений геопотенциала изобарической поверхности на уровне 500 гПа из Гидрометцентра России. Все расчеты проводятся в автоматизированном режиме. Файлы с исходными данными дополняются значением фактической урожайности ярового ячменя за предшествующий год и значениями геопотенциала изобарической поверхности 500 гПа в 198 узлах регулярной сетки в соответствующие месяцы. В выходном файле получаем прогностическое значение урожайности ярового ячменя по субъекту РФ на соответствующий год.

Примера расчета
Расчет прогностической урожайности ярового ячменя в Курской области в 2003 г. включает выполнение следующих процедур.
1. В исходный файл с данными о фактической урожайности за период с 1955 по 2001 год заносится значение фактической урожайности ярового ячменя в Курской области в 2002 году и указывается год составления прогноза.
2. Для прогноза по Курской области используются значения геопотенциала изобарической поверхности на уровне 500 гПа для трех зимних месяцев (декабрь – февраль). Поэтому в базу с исходной информацией необходимо дополнить три соответствующих файла со значениями геопотенциала за декабрь2002 г. и январь–февраль 2003г.
3. В автоматизированном режиме рассчитывается прогностическое значение урожайности ярового ячменя на 2003 г. в Курской области:
3.1. Рассчитываются отклонения урожайности от гармонического тренда фактических значений урожайности за 30-летний период и значение тренда урожайности на 2003 год (в данном примере – 23,8 ц/га).
3.2. Рассчитываются поля среднемесячных значений геопотенциала изобарической поверхности на уровне 500 гПа за тридцатилетний период (с 1973 по 2002 гг.) для трех зимних месяцев (декабрь – февраль) и раскладываются по естественным ортогональным составляющим по каждому из 11 секторов (схема расположения секторов приведенав таблице 1.).
3.3. Рассчитывается матрица корреляции и отбираются ряды значений коэффициентов разложения, связь которых с отклонениями урожайности от тренда выше 1%-ного уровня значимости.
3.4. Оценивается степень взаимной корреляции между потенциальными предикторами; после их просеивания для расчета прогнозируемой урожайности ячменя на 2003 г. по секторам отобрано 8 коэффициентов разложения, приведенных ниже:

Таблица 1.
Месяц Номер сектора Номер коэффициента разложения
Декабрь 2
3
8
4
5
3
Январь 1
4
10
4
1
6
Февраль 1
4
3
5

3.5. Строится уравнение регрессии и рассчитывается прогностическое значение отклонения от тренда урожайности ячменя на 2003 г. (в данном примере равное 0,01).
3.6. Рассчитывается прогностическое значение урожайности ярового в ц/га:
23,8 + 23,8 • 0,01 = 24,0.
Фактическая урожайность ярового ячменя в Курской области в 2003 г. составила 22,4 ц/га. При этом относительная ошибка прогноза оказалась равной 7 %.

Результаты оперативных испытаний метода
Оперативные испытания синоптико-статистического метода прогноза урожайности ярового ячменя проводилось в шести территориальных УГМС. Результаты производственных испытаний метода приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты производственных испытаний синоптико-статистического метода прогноза урожайности ярового ячменя.
Рекомендации о внедрении

Результаты производственных испытаний данного метода прогноза урожайности ярового ячменя рассмотрены Центральной методической комиссией по гидрометеорологическим прогнозам (ЦМКП) 18 февраля 2004 г. ЦМКП одобрила работу ВНИИСХМ по созданию синоптико-статистического метода прогноза долгосрочного урожайности ярового ячменя. Комиссия рекомендовала УГМС ЦЧО, Северо-Кавказскому, Уральскому и Северному УГМС внедрить в оперативную практику метод долгосрочного прогноза урожайности ярового ячменя:
– в качестве основного метода – в Курской, Белгородской, Воронежской, Липецкой, Тамбовской, Орловской, Брянской, Волгоградской областях и в Республике Калмыкия;
– в качестве вспомогательного метода – в Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском краях;
– в качестве консультативного метода – в Свердловской, Пермской, Челябинской, Курганской, Архангельской, Вологодской областях и в Республике Коми.

Комиссия согласилась с решениями Техсоветов Обь-Иртышского, Северо-Кавказского и Среднесибирского УГМС не внедрять метод в Омской, Астраханской областях и Красноярском крае из-за низкой оправдываемости прогнозов.

Автору предложено дальнейшее совершенствование метода для областей с низкой оправдываемостью прогнозов урожайности ярового ячменя.

Автор: Валентина Митрофановна Лебедева v_lebedeva@mail.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России