Засуха в Новосибирской области
Оценка влияния засухи на состояние посевов
Темы
Засухи являются одним из самых опасных природных явлений для сельского хозяйства. Они наносят колоссальный экономический и социальный урон сельскохозяйственным регионам по всему миру. Засухи возникают в результате различных гидрометеорологических процессов, влияющих на интенсивность осадков, доступность поверхностных и грунтовых вод, температуру атмосферного воздуха.
Согласно данным МЧС и регионального УГМС в Новосибирской области в первую декаду июня была зафиксирована почвенная засуха, которая была вызвана совокупностью аномально высоких температур и длительным отсутствием осадков. Так, за период с апреля по май в регионе выпало от 3% до 46% климатической нормы осадков, а в одном из районов области не было зафиксировано осадков за этот период. Данная аномалия наблюдается впервые с 1966 г. Всего в области пострадало 200 тыс. га посевов, из них было пересеяно 11 тыс. га.
Дешифрирование засухи
Данные дистанционного зондирования являются одним из основных источников аналитического материала при проведении агрометеорологического мониторинга. На основе использования спутниковых снимков возможен анализ отклика состояния посевов на изменившиеся метеорологические условия. Процесс засухи поддается дешифрированию благодаря масштабности и площадному характеру явления: наблюдается снижение активности фотосинтеза, падение уровня воды в водоемах, иссушение почвы и др. явления. При проведении настоящих аналитических работ использовался индекс активности фотосинтеза – NDVI и метеорологические данные ближайших к территории исследования метеостанций.
В рамках аналитических работ было изучено состояние посевов в пределах Сузунского района Новосибирской области в период c 1 мая по 30 июня. Общая площадь засеянных полей в пределах района составила 104,6 тыс. га. Границы полей и их статус были получены при помощи применения автоматизированного дешифрирования космических снимков на основе нейросетевых алгоритмов. Погодные данные агрегированы на основе данных метеостанций в пределах Сузунского района.
В основу работы был положен принцип выделения опасных погодных явлений на основе погодных данных: хода температуры и хода осадков в период мониторинга. При переходе температуры за пределы 25°С и отсутствии осадков суммарно более 5 мм в течение 10 дней период, в который выполнялись указанные условия, определялся как засушливый. Для определения отклика полей на засуху строились графики медианного значения NDVI, которые позволяли анализировать данные о вегетационной активности в пределах полей в период до засухи и после нее.
Анализ погодных данных, полученных из модели ERA-5, позволил выделить специфический период наиболее интенсивной засухи – с 1 по 8 июня. Средняя температура в этот период находилась на уровне выше 25°С, а осадки отсутствовали. В целом анализ показывает, что с начала мая до конца июня, исключая дожди 9-10 июня, в пределах района была устойчиво-сухая погода, сумма осадков, выпавших за период с 01.05 по 08.06, составляет 12 мм.
Динамика состояния полей
Пространственный анализ погоды в пределах района позволяет детектировать засушливый период на всей территории района. Различия в ходе NDVI могут быть связаны с различными культурами, выращиваемыми на анализируемых сельскохозяйственных угодьях. Анализ медианных значений вегетационного индекса NDVI в разрезе засеянных полей за период 30.05-06.06 позволил зафиксировать падение индекса в пределах 49,4% полей, из них в более чем половине случаев падение индекса составило более 25%. После периода, сопровождавшегося дождями, когда с 09.06 по 11.06 выпало 27 мм осадков, большинство показатели большинства полей вернулись к уровню до засухи.
Таким образом, на основе анализа динамики значений индекса NDVI были выделены 4 типа сельскохозяйственных полей:
- поля со стабильным состоянием
- поля, отложено пострадавшие от засухи
- поля, восстановившиеся после засухи
- поля, погибшие в результате засухи
Для рассматриваемых типов характерны специфические графики хода NDVI. Так, для полей со стабильным состоянием характерно сохранение значения NDVI в течение периода засухи и после него, в пределах ряда полей фиксировался рост.
Для полей, отложено пострадавших от засухи, характерен рост значения индекса в период засухи и его падение после окончания засушливого периода.
Для полей, восстановившихся после засухи, характерно восстановление и рост показателей NDVI после прохождения засушливого периода.
Для полей, погибших во время засухи, характерно падение значений индекса NDVI в период засухи и после его прохождения или падение в период засухи и стабильное состояние после него.
Анализ особенностей размещения полей
Анализ территориальной структуры динамики NDVI показал, что засуха особенно сильно отразилась на полях, расположенных на севере района и обладающих северной экспозицией.
Экспозиция склонов на участке мониторинга
Анализ преобладающих ветров в период засухи позволил предположить, что интенсивность засухи на локальном уровне может быть связана с переносом сухого и прогретого воздуха из степных и полупустынных районов Новосибирской и Омской области в процессе движения антициклонального вихря.
Динамика температур воздуха в период мониторинга
Территориальная структура пострадавших от засухи полей Сузунского района
Вывод
Применение совместной автоматизированной обработки погодных данных и космических снимков позволяет проводить детальный комбинированный анализ состояния сельскохозяйственных угодий и анализировать динамику посевов за длительный срок. В контексте засухи в Новосибирской области совмещенный анализ позволил выявить ключевые виды реакции посевов сельскохозяйственных культур на засушливый период.
В результате работы был проведен мониторинг роста посевов в период засухи. Засеянные поля были разделены на пострадавшие и не пострадавшие от засухи. Суммарное количество полей, на которых отразился засушливый период составило 607 шт., общая площадь – 43,1 тыс. га. Согласно данным анализа погибло около 2% полей, однако эксперты прогнозируют 20% падение урожайности в целом по области.
Применение данных дистанционного зондирования для мониторинга состояния посевов и детектирования засух периодов позволяет производить объективный анализ последствий прохождения засух, обеспечивать фермеров более точной информацией об актуальном состоянии посевов, прогнозировать урожайность.