AGROMETOEOROLOGICZNA OCENA 2011 ROKU

Transkrypt

1 Jerzy Kozyra Andrzej Doroszeski Anna Nieróbca Katarzyna Mizak Rafał Pudełko Magdalena Borzęcka-Walker AGROMETOEOROLOGICZNA OCENA 2011 ROKU Zadanie 1.1. System informacji o wpływie zmian klimatycznych na rolnictwo oraz o metodach adaptacji Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

2 SPIS TREŚCI Metody 2 Klimatyczny Bilans Wodny (KBW) 2 Indeksy plonowania 2 Wskaźniki 3 Klimatyczny Bilans Wodny 3 Indeksy plonowania 12 Literatura 21 1 SPIS TREŚCI Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

3 METODY KLIMATYCZNY BILANS WODNY (KBW) Jednym ze wskaźników do opisu warunków agrometeorologicznych jest klimatyczny bilans wodny (KBW). KBW jest różnicą pomiędzy sumą opadu atmosferycznego za dany okres i sumą parowania potencjalnego (Słownik meteorologiczny, 2003). Jest to bardzo istotny i przydatny wskaźnik wykorzystywany przy różnych analizach agroklimatycznych. Obliczenie sumy opadu atmosferycznego za dany okres nie stwarza żadnych problemów, jest to standardowy element mierzony na stacjach meteorologicznych czy też posterunkach opadowych, natomiast obliczenie wielkości parowania nie jest już tak proste. Wielkość współczynnika ewapotranspiracji został obliczony na podstawie wzoru Doroszewskiego i Górskiego (1995). Wskaźnik ten określa wielkość ewapotranspiracji na podstawie średnich miesięcznych następujących danych meteorologicznych: średnia temperatura powietrza ( C) suma usłonecznienia miesięcznego w godzinach. Ponadto we wzorze tym wykorzystywana jest informacja na temat długość środkowego dnia danego miesiąca w godzinach. Na podstawie tego wzoru obliczone zostały wielkości ewapotranspiracji dla 46 punktów zlokalizowanych na terenie Polski. Są to stacje meteorologiczne należące do IUNG-PIB oraz stacje meteorologiczne IMGW, dla których dane są publikowane w comiesięcznych Biuletynach IMGW. Dla tych samych punktów zebrane zostały dane dotyczące wielkości opadu atmosferycznego. Kolejnym etapem pracy było przeprowadzenie interpolacji wielkości ewapotranspiracji i opadu w środowisku GIS i wykonanie map klimatycznego bilansu wodnego dla miesięcy od kwietnia do września oraz mapy KBW dla okresu wegetacyjnego (kwiecień-wrzesień) w 2011 roku. INDEKSY PLONOWANIA Agrometeorologiczne modele plonów (IPO) zostały opracowane w IUNG-PIB w różnych projektach badawczych oraz w badaniach statutowych. Modele IPO są modelami statystyczno-empirycznymi umożliwiającymi na podstawie informacji meteorologicznej otrzymanie bieżącej prognozy plonów w trakcie sezonu wegetacyjnego roślin, głównych upraw w Polsce. Dla określonej liczby miejscowości (stacji meteorologicznej) oblicza się Indeks Pogodowy (IP) który jest podstawą do szacowania spodziewanego plonu. 2 Metody Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

4 IP jest wielokrotną funkcją elementów meteorologicznych agregowanych w zależności od modelu (rośliny) i podokresu w rozwoju rośliny do wartości dekadowych lub miesięcznych. Indeksy cząstkowe opisują wpływ czynników meteorologicznym w różnych podokresach wegetacji, przez co uwzględniają wymagania środowiskowe roślin zmieniające się w cyklu fenologicznym. Na ostateczny (końcowy) indeks IP składa się w zależności od złożoności modelu od kilku do kilkunastu indeksów cząstkowych. Przykładowo model IPO dla pszenicy ozimej uwzględnia 30 indeksów cząstkowych. W modelach IPO prognoza plonów odbywa się na podstawie dwóch indeksów. Pierwszym jest tzw. indeks pogodowy (IP). Indeks IP odzwierciedla ilościową ocenę wpływu pogody na plony. Drugi tzw. indeks BWO, wyraża plon przeciętny dla określonego tła warunków pozaklimatycznych, który stanowi bezwarunkową wartość oczekiwaną. Wartość IP równa 100 oznacza średnie warunki do plonowania uprawy odpowiadającym efektom pogody uśrednionym dla obszaru Polski. Im wyższa wartość tym warunki meteorologiczne są korzystniejsze, im mniejsza tym warunki są gorsze a tym samym wielkości spodziewanych plonów dla kraju są mniejsze. Wartości IP nie uwzględniają wpływu pogody na wymarzanie roślin i strat spowodowanych tych zjawiskiem. Średni plon krajowy określony w modelach IP jest obarczony błędem malejącym w trakcie wegetacji do pewnej granicznej wartości. Błąd standardowy oceny ostatecznej wynosi 3-4%, z wyjątkiem prognozy dla rzepaku, gdzie błąd ten dochodzi do 7%. WSKAŹNIKI KLIMATYCZNY BILANS WODNY Warunki wilgotnościowe dla wzrostu i rozwoju roślin mogą być opisywane za pomocą klimatycznego bilansu wodnego. Wartości tego wskaźnika w poszczególnych miesiącach okresu wegetacyjnego dla wybranych stacji meteorologicznych IMGW oraz stacji automatycznych IUNG-PIB zaprezentowane są w poniższej tabeli (Tabela 1). 3 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

5 Tabela 1. Klimatyczny Bilans Wodny w miesiącach kwiecień wrzesień 2011 dla wybranych stacji meteorologicznych IMGW i stacji automatycznych IUNG PIB LP Stacja Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień 1 Koszalin Suwałki Szczecin Chojnice Toruń Mława Olsztyn Białystok Poznań Warszawa Terespol Zielona Góra Wrocław Łódź Lublin Jelenia Góra Opole Katowice Kraków Kielce Rzeszów Puławy Osiny Palikije Rogalów Rogów Werbkowice Topola Baborówko Laskowice Turów Borusowa Komorowo Żelisławki Małyszyn Bodaczki Annosław Poświętne Gołąbki Grabów Bratoszewice Dobra Słodkowo Giewartów Królikowo Polskie Olędry Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

6 Rysunek 1 Klimatyczny Bilans Wodny w kwietniu 2011 roku w Polsce Wielkość klimatycznego bilansu wodnego w kwietniu 2011 roku wynosiła od -90 do 90 mm (Rysunek 1). Najniższe wartości KBW były w Polsce północno-zachodniej w województwie kujawsko-pomorskim, wielkopolskim i lubuskim. Obszary górskie i podgórskie były terenami gdzie KBW przyjmowało wartości dodatnie. Na pozostałym obszarze kraju wskaźnik wilgotnościowy przyjmował wartości od 0 do -70 mm. 5 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

7 Rysunek 2 Klimatyczny Bilans Wodny w maju 2011 roku w Polsce W następnym miesiącu wegetacji roślin w całej Polsce warunki wilgotnościowe uległy pogorszeniu. W maju w większości kraju wskaźnik KBW wynosił od -60 do -100 mm (Rysunek 2) a w niektórych punktach kraju jego wartość była niższa niż -100 mm (Tabela 1). Jedynie na południowych krańcach Polski KBW było wyższe niż -30 mm. W maju na obszarze środkowo zachodniej części kraju zaczęły występować warunki suszy dla części roślin. 6 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

8 Rysunek 3 Klimatyczny Bilans Wodny w czerwcu 2011 roku w Polsce W kolejnym miesiącu, czerwcu, wzrost KBW odnotowano na krańcach południowo wschodniej Polski, natomiast na krańcach południowo zachodnich nastąpiło pogorszenie się warunków wilgotnościowych w porównaniu do maja (Rysunek 3). Bardzo niekorzystne warunki dla wzrostu i rozwoju roślin wystąpiły w Polsce centralnej, gdzie wartości KBW były niższe od -90mm. 7 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

9 Rysunek 4 Klimatyczny Bilans Wodny w lipcu 2011 roku w Polsce Całkowicie odmiennie przedstawia się obraz klimatycznego bilansu wodnego w lipcu, gdzie tylko na niewielkim obszarze KBW przyjmuje wartości ujemne (Rysunek 4). Zdecydowana większość kraju charakteryzuje się wartościami dodatnimi, znacznie przekraczając 50 mm. Dużo bardziej dodatni klimatyczny bilans wodny wystąpił w Polsce wschodniej w porównaniu do zachodniej. Wartości ujemne klimatycznego bilansu wodnego wystąpiły tylko południowo wschodniej części województwa wielkopolskiego oraz na północnych krańcach województwa pomorskiego. Wysokie wartości KBW, takie jakie wystąpiły w miesiącu lipcu nie są korzystne dla roślin. Zbyt obfite opady w lipcu przyczyniły się do powstania strat w uprawach spowodowanych gniciem roślin oraz niemożliwością wykonania terminowo wszystkich zabiegów uprawowych i ochronnych. 8 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

10 Rysunek 5 Klimatyczny Bilans Wodny w sierpniu 2011 roku w Polsce Klimatyczny bilans wodny sierpnia w większości kraju przyjmował wartości ujemne (Rysunek 5). Jedynie w części północno-zachodniej (województwo zachodniopomorskie i pomorskie) wartości KBW były dodatnie i wynosiły od 0 do 30 mm. Najniższe wartości KBW w sierpniu były w Polsce południowo wschodniej, w województwie lubelskim, podkarpackim, świętokrzyskim oraz południowo wschodniej części województwa mazowieckiego. Na tym obszarze wartości KBW wahały się w granicach od -70 do -90 mm. 9 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

11 Rysunek 6 Klimatyczny Bilans Wodny we wrześniu 2011 roku w Polsce (Źródło: Doroszewski, Mizak 2013 w druku) Klimatyczny bilans wodny września był zróżnicowany na obszarze Polski (Rysunek 6).Najniższe wartości KBW były w części południowo wschodniej Polski i wzrastały w kierunku północno zachodnim. Na przeważającym obszarze województw pomorskiego, zachodniopomorskiego oraz lubuskiego KBW przyjmowało wartości dodatnie w zakresie od 0 do 20 mm. Wartości KBW w granicach -70 mm wystąpiły na granicy województwa świętokrzyskiego i podkarpackiego. 10 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

12 Rysunek 7 KBW kwiecień wrzesień 2011 W okresie wegetacyjnym od kwietnia do września najmniej korzystne warunki pod względem wilgotnościowym dla roślin wystąpiły w środkowo zachodniej Polsce, w województwach wielkopolskim i kujawsko-pomorskim. Na tym obszarze wartości KBW kształtowały się w zakresie od -280 do -360 mm (Rysunek 7). Obszary górskie i podgórskie południowej Polski w okresie wegetacyjnym miały dodatni klimatyczny bilans wodny wynoszący od 80 do nawet 200 mm. Na pozostałym obszarze Polski KBW wahało się przeważnie w granicach od -120 do -250 mm. 11 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

13 INDEKSY PLONOWANIA W okresie wegetacji w 2011 roku dla roślin ozimych były korzystne warunki w okresie jesiennym i zimowym. Pogorszenie warunków pogodowych rozpoczęło się od wiosny i sukcesywnie suma indeksów zmniejszała się kolejno w maju, czerwcu i lipcu. W maju na zmniejszenie IP miało wpływ gwałtowne ochłodzenie w I dekadzie maja i przymrozki występujące w tym okresie. W czerwcu niekorzystny wpływ na wzrost roślin miały wysokie temperatury, wyższe średnio o 2 C natomiast w lipcu nadmierne opady. Zarówno dla roślin ozimych jak i jarych najbardziej niekorzystne warunki pogodowe które decydowały o plonie były w czerwcu. Rok 2011 był wyjątkowy korzystny dla plonowania kukurydzy. Wysoka temperatura w czerwcu nie ograniczyła potencjału plonotwórczego kukurydzy natomiast warunki w lipcu korzystnie wpłynęły na plonowanie. Dla roślin okopowych warunki wiosenne były lepsze niż przeciętnie o 5%, rośliny te nie reagowały niekorzystnie na chłody w maju i wysokie temperatury w czerwcu. Opady w lipcu były korzystne. Nieco gorsze warunki pogodowe ograniczające plon wystąpiły w sierpniu i wrześniu. Tabela 2 Indeksy plonowania głównych upraw w 2011 roku Termin prognozy Uprawa 1XI III 1 IV 1 V 1 VI 1 VII 1 VIII 1 IX 1 X 1 XI Pszenica ozima Żyto Rzepak Pszenica jara Owies Jęczmień jary Burak cukrowy Ziemniak Kukurydza Tabela 3 Plony głównych upraw w Polsce w 2011, wg IUNG i GUS Uprawa Plony wg. GUS Plony wg. IUNG Termin prognozy 1XI III 1 IV 1 V 1 VI 1 VII 1 VIII 1 IX 1 X [dt/ha] Pszenica ozima 42,8 47,6 46,6 46,6 45,7 43,3 41,9 38,2 40,5 Żyto 23,7 26,1 25,6 25,3 26,1 25,1 24,0 23,5 23,5 Rzepak 22,4 29,4 29,7 29,7 27,3 27,9 23,5 22,3 Pszenica jara 32,6 32,5 30,5 31,2 31,8 Owies 25,3 27,1 24,3 26,0 26,3 Jęczmień jary 31,3 31,6 29,6 30,6 30,9 Burak cukrowy Ziemniak Kukurydza 71,1 63,9 70,1 70,3 12 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

14 Indeks pogodowy żyta W całym kraju w 2011 roku warunki pogodowe do plonowania żyta były niekorzystne, za wyjątkiem regionu północno-zachodniego, gdzie IP kształtował się od (Rysunek 8). Po zimie obniżenie IP wynikało z powodu długo zalegającej pokrywy śnieżnej. Natomiast nadmierne opady w lipcu przyczyniły się do pogorszenie warunków plonowania w rejonie południowo wschodnim. Średni indeks pogodowy w województwie świętokrzyskim wyniósł 76, podkarpackim 84, małopolskim 86. Natomiast w pasie zachodnio-środkowym kraju potencjał plonotwórczy w znacznym stopniu ograniczył niedobór opadów w kwietniu, nawet ponad 18 % w województwie lubuskim. Rysunek 8. Indeks pogodowy żyta w 2011 roku 13 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

15 Indeks pogodowy pszenicy ozimej W okresie wegetacyjnym 2011 roku w całym kraju były niekorzystne warunki pogodowe do plonowania pszenicy ozimej. Szczególnie niedobory opadów w kwietniu i maju były przyczyną pogorszenia warunków plonowania pszenicy ozimej (Rysunek 9). Najniższy indeks pogodowy był w województwie lubuskim (niższy o 30%), wielkopolskim (o 29%), mazowieckim (o 27%) i świętokrzyskim (o 21%). Rysunek 9 Indeks pogodowy pszenicy ozimej w 2011 roku 14 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

16 Indeks pogodowy rzepaku ozimego W roku 2011 również przebieg warunków pogodowych do plonowania rzepaku ozimego w całym kraju były niekorzystny, za wyjątkiem północno-wschodniej części kraju, gdzie średni indeks pogodowy kształtował się na poziomie 105 w województwach podlaskim natomiast 101 w województwie warmińsko-mazurskim. W regionie zachodnio południowym wysokie temperatury w kwietniu oraz niekorzystne warunki wilgotnościowe w czerwcu to czynniki, które najbardziej niekorzystnie wpłynęły na plonowanie rzepaku. Najniższy indeks pogodowy był w województwie lubuskim (46), małopolskim (66), wielkopolskim (68), mazowieckim o (78) oraz dolnośląskim, gdzie pomijając Kotlinę Kłodzką indeks pogodowy wynosił 68 (Rysunek 10). Rysunek 10 Indeks pogodowy rzepaku ozimego w 2011 roku 15 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

17 Indeks pogodowy ziemniaka Przebieg warunków pogodowych dla plonowania ziemniaka w 2011 roku był generalnie dobry na większości obszaru kraju. Nieco gorsze warunki ze względu na nadmierne opady w lipcu były w regionie południowo-wschodnim, gdzie średni indeks pogodowy w województwie podkarpackim wynosił 80, małopolskim 82, a w województwie świętokrzyskimi 76 (Rysunek 11). Natomiast w województwie pomorskim na niski indeks pogodowy wpływ miała wysoka wilgotność powietrza lipcu i sierpniu. Rysunek 11 Indeks pogodowy ziemniaka w 2011 roku 16 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

18 Indeks pogodowy burak cukrowy W roku 2011 warunki pogodowe do plonowania buraka cukrowego na terenie całego kraju były bardzo dobre, mniej korzystne warunki były w okolicach Sandomierza w którym nadmierne opady w lipcu niekorzystnie wpłynęły na plonowanie buraka w tym regionie (Rysunek 12). Natomiast w północnej części województwa pomorskiego, gdzie indeks był niższy około 10 pkt., obniżenie plonów wynikało z generalnie gorszych warunków wilgotnościowo-termicznych i solarnych w trakcje wegetacji. Rysunek 12 Indeks pogodowy buraka cukrowego w 2011 roku 17 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

19 Indeks pogodowy jęczmienia jarego W 2011 roku warunki pogodowe do plonowania jęczmienia jarego były dobre na większości obszaru w kraju. Straty w plonach wynikające z niekorzystnego przebiegu pogody i obniżenie IP w województwie lubuskim i wielkopolskim, gdzie średnie IP wyniosło 84, były spowodowane szczególnie niskimi opadami w marcu i kwietniu oraz niewielkimi opadami w maju (Rysunek 13). Rysunek 13 Indeks pogodowy jęczmienia jarego w 2011 roku 18 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

20 Indeks pogodowy owsa Warunki wegetacji do plonowania owsa w 2011 w całym kraju były dość korzystne. W północnej wschodniej części kraju indeks pogodowy był zbliżony do 100 i wahał się ±7. Najniższy indeks pogodowy był w środkowo-zachodnim regionie kraju w województwie lubuskim (78) i wielkopolskim (79) (Rysunek 14). Przyczyną obniżenie IP były niekorzystne warunki wiosny, susza wiosenna. Rysunek 14 Indeks pogodowy owsa w 2011 roku 19 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

21 Indeks pogodowy kukurydza Warunki pogodowe w 2011 charakteryzowały się wyjątkowo korzystnym przebiegiem dla plonowania kukurydzy na ziarno. Indeks pogodowy wskazuje, że na większości obszaru kraju warunki pogodowe zapewniły o kilkanaście procent wyższe plony względem średnich warunków dla kraju (Rysunek 15). W okresie szybkiego wzrostu roślin duże opady w lipcu, zapewniły wyjątkowo korzystne warunki do plonowania kukurydzy. Nieco gorsze warunki plonowania stwierdzono w północnej części województwa pomorskiego (95), gdzie wystąpiły mniej korzystne warunki termiczne. Rysunek 15 Indeks pogodowy kukurydzy w 2011 roku 20 Wskaźniki Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy

22 LITERATURA 1. Słownik meteorologiczny. 2003: Polskie Towarzystwo Geofizyczne, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2. Doroszewski A., Górski T., 1995:Prosty wskaźnik ewapotranspiracji potencjalnej. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, CCLXXI, Melioracja Inżynieria Środowisko, 16, Literatura Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy