Osłona agrometeorologiczna kraju to jedno z ważnych zadań IMGW-PIB, realizowane przez zespół ekspertów z Zespołu Prognoz Specjalistycznych. Usługi oferowane w tym obszarze przez Instytut stają się kluczowe dla wielu obszarów gospodarki państwa i prywatnego biznesu – w tym m.in. dla rolnictwa, zwłaszcza jeśli chodzi o monitoring suszy.
Autor: Zuzanna Wojtkowiak-Kozakiewicz. IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju, Zespół Prognoz Specjalistycznych
W serwisie agrometeo.imgw.pl https://agrometeo.imgw.pl/ – za darmo i dla każdego – udostępniane są różnorodne produkty: od monitoringu przymrozków, przez kryteria wczesnego nawożenia, warunki uprawy, zagrożenie agrofagami, po obrazy satelitarne, dane fenologiczne oraz, cieszący się obecnie największą popularnością, monitoring suszy. W dedykowanej zakładce prezentowanych jest kilka wskaźników, najczęściej w postaci map oraz wykresów, tj.: wskaźnik wilgotności gleby, współczynnik hydrotermiczny HTC, klimatyczny bilans wodny, okresy niedoborów i nadmiarów opadów oraz stopień zaspokojenia potrzeb wodnych roślin uprawnych.
Wilgotność gleby
Woda zawarta w gruncie jest kluczowa dla produkcji roślinnej. Poziom wilgotności zależy nie tylko od właściwości fizycznych, chemicznych, struktury oraz zdolności retencyjnych gleby, ale również takich czynników, jak rodzaj pokrycia terenu i wysokość zwierciadeł wody, oraz od warunków meteorologicznych – zwłaszcza ilości opadu atmosferycznego oraz ewapotranspiracji. Udostępniany przez IMGW-PIB wskaźnik określa procentowy stan nasycenia gleby wodą – od pełnego wyschnięcia (0%) do pełnego nasycenia (100%) – w cyklu dobowym uśrednionym do powierzchni powiatów. Prezentowany jest w formie wykresu przebieg stanu wilgotności gleby na 3 głębokościach: 0-7 cm, 7-28 cm oraz 28-100 cm, z uwzględnieniem dobowych sum opadów atmosferycznych, które obliczane są danych pozyskanych z sieci pomiarowej Instytutu. Zestawienie przebiegu wilgotności gleby na danej głębokości oraz opadu pozwala obserwować oddziaływanie na siebie tych dwóch czynników.
Informacje dotyczące wilgotności gleby dostarczane są przez EUMETSAT H-SAF (Satelitarne Centrum Aplikacyjne dla Operacyjnej Hydrologii i Gospodarki Wodnej). Na podstawie danych z czujnika ASCAT, montowanego w satelitach MetOp, określana jest wilgotność gleby w warstwie powierzchniowej. Informacje te wykorzystuje model ECMWF H-TESSEL Land Surface Model (Hydrology Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land), w którym stosuje się również dane dotyczące rodzaju gleby, pokrycia terenu i klasie roślinności (niska/wysoka) oraz dane meteorologiczne. Wartość wskaźnika rzędu 30-40% w okresie letnim może wskazywać na deficyt wody w strefie korzeniowej, natomiast w okresie niskich temperatur w półroczu zimowym obraz satelitarny informuje o przemarznięciu gleby – wówczas przyjmuje wartości zbliżone do zera.
Rozkład przestrzenny wskaźnika wilgotności gleby
Na podstawie opisanego powyżej wskaźnika wilgotności tworzona jest animowana mapa przedstawiająca przebieg wilgotności gleby w ujęciu trzymiesięcznym na trzech wymienionych głębokościach (0-7 cm, 7-28 cm oraz 28-100 cm). Dzięki temu możliwe jest zobrazowanie zmian występujących w danych warstwach na przestrzeni czasu, jak i porównanie ilość wody na poszczególnych poziomach i ich reakcję na występowanie opadu czy suszy.
Prognoza wilgotności gleby
W okresie sezonu wegetacyjnego (od 1 kwietnia do 30 września) codziennie udostępniana jest również mapa z prognozowaną na 7 najbliższych dni wilgotnością gleby w warstwie 7-28 cm oraz 28-100 cm. Opracowuje się ja na podstawie modelu uczenia maszynowego, który uwzględnia przebieg wilgotności gleby w okresie poprzedzającym oraz prognozy wiązkowe temperatury powietrza i opadów atmosferycznych od ECMWF. Do map dołączona jest również warstwa przedstawiająca wiarygodność prognozy.
Wskaźnik hydrotermiczny HTC (Hydrothermal Coefficient)
Wskaźnik HTC „rozpoznaje” występowanie suszy oraz określa jej natężenia na podstawie sum opadów i średniej dobowej temperatury powietrza. Opracowywany jest w okresie wegetacyjnym z podziałem na wartości miesięczne oraz dekadowe (I dekada: 1-10; II dekada: 11-20; III dekada: 20 – ostatni dzień miesiąca). Metodę wykorzystuje się, gdy średnia dobowa temperatura powietrza jest większa od 8°C, przez co analizy wykonywane są wyłącznie w sezonie wegetacyjnym.
Mimo swojej prostoty, wskaźnik HTC jest bardzo przydatny w rolnictwie, pozwala wyznaczyć okresy suche oraz wilgotne z 10-dniowym krokiem (dekadowym), co daje możliwość uzyskania szczegółowych wyników i ocenę zmian w produkcji rolniczej, dla której dane miesięczne są niewystarczające.
W przypadku miesięcznego, dekadowego i prognozowanego wskaźnika HTC przyjmuje się klasyfikację w zależności od jego wartości.
Na podstawie map HTC oraz prognoz wiązkowych ECMWF (Europejskie Centrum Średnioterminowych Prognoz Pogody) codziennie w sezonie wegetacyjnym tworzone są również prognozy tego wskaźnika na okres kolejnych 10 dni. Na mapy jest nałożona również warstwa przedstawiająca prawdopodobieństwo prognozy.
Klimatyczny Bilans Wodny (KBW)
Wskaźnik ten umożliwia określenie stanu uwilgotnienia środowiska. Wyrażony jest jako różnica między opadami atmosferycznymi (dane pochodzą z RainGRS) a ewapotranspiracją (dane z produktu EUMETSAT – Land Surface Analysis) w danym okresie. Dzięki zastosowaniu metody radarowej, KBW charakteryzuje się bardzo wysoką rozdzielczością. Udostępniany jest przez cały rok w formie mapy, w dwóch ujęciach czasowych – miesięcznym oraz dekadowym. Klimatyczny Bilans Wodny służy do oceny stopnia niedoboru i nadmiaru wody. Ujemny KBW informuje o możliwości wystąpienia suszy atmosferycznej, której rozwój może przerodzić się w suszę glebową, a następnie hydrologiczną.
Okres niedoborów i nadmiaru wody
To jeden z najnowszych produktów dostępnych w serwisie agrometeo.imgw.pl. Jak sama nazwa wskazuje, przedstawia liczbę dni, podczas których odnotowuje się brak opadów lub dni, w których opad jest mniejszy od założonego progu oraz okresy z nadmiarem opadów, których wartość wyrażona jest jako ustalony próg. Analiza ta prowadzona jest dla stacji synoptycznych IMGW-PIB.
Jednym z najistotniejszych czynników, który utrudnia produkcje rolną i często zmniejsza jakość oraz wysokość zbiorów jest występowanie suszy, będącej wynikiem wysokich temperatur oraz/lub niedostatecznej ilości (nieprzekraczających założonego progu) opadów atmosferycznych. Oba te czynniki składające się na suszę utrudniają pobór wody przez rośliny, która jest im potrzebna do prawidłowego rozwoju. Rozwój ten zakłócony zostaje, gdy okresy bez opadu trwają co najmniej 11 dni, natomiast jeśli taki okres trwa jeszcze dłużej roślina do zrekompensowania strat potrzebuje wyższego opadu niż w normalnych warunkach bez okresu bezopadowego.
Na podstawie sumy opadów i długości okresów bezopadowych lub z niewielką sumą opadów wyznaczono kategorie dla dwóch okresów:
1. Pierwszy okres obowiązuje od 1 października do 15 kwietnia i wyróżniamy w nim 3 kategorie:
- okres suchy – w którym przez co najmniej 11 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 1,5 mm;
- okres bardzo suchy – w którym przez co najmniej 16 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 2,0 mm;
- okres skrajnie suchy – w którym przez co najmniej 21 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 2,0 mm.
2. Drugi okres obowiązuje od 16 kwietnia do 20 września i również wyróżnia się w nim 3 kategorie, lecz z innymi progami:
- okres suchy – w którym przez co najmniej 11 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 3,0 mm;
- okres bardzo suchy – w którym przez co najmniej 16 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 5,0 mm;
- okres skrajnie suchy – w którym przez co najmniej 21 dni suma opadu za 1 lub 2 sąsiednie dni jest niższa lub równa 5,0 mm.
Tak jak niedobór wody, również jej nadmiar potrafi być szkodliwy dla roślin. Intensywny deszcz, a zwłaszcza opady nawalne, powoduje spływ powierzchniowy wody zamiast jej wsiąkanie w głąb, co w konsekwencji prowadzi do erozji gleby. W przypadku wystąpienia opadu klasyfikacja prowadzona jest dla dwóch okresów:
1. Pierwszy okres obowiązuje od 1 października do 15 kwietnia i wyróżniane są w nim 4 typy opadów:
- opad nieefektywny – w przypadku, gdy suma dobowa opadu jest mniejsza lub równa 1,5 mm;
- opad umiarkowany – w przypadku wystąpienia opadów, których suma dobowa zawiera się w przedziale od 1,6 do 5,0 mm;
- opad wysoki – występuje w przypadku sumy dobowej opadu w przedziale od 5,1 do 10,0 mm;
- opad bardzo wysoki – gdy suma dobowa opadu jest większa od 10,0 mm.
2. Drugi okres obowiązuje od 16 kwietnia do 20 września i wyróżnia się w nim również 4 typy opadów:
- opad nieefektywny – w przypadku, gdy suma dobowa opadu jest mniejsza lub równa 3,0 mm;
- opad umiarkowany – w przypadku wystąpienia opadów, których suma dobowa zawiera się w przedziale od 3,1 do 10,0 mm;
- opad wysoki – występuje w przypadku sumy dobowej opadu w przedziale od 10,1 do 20,0 mm;
- opad bardzo wysoki – gdy suma dobowa opadu jest większa od 20,0 mm.
Stopień zaspokojenia potrzeb wodnych roślin uprawnych
W czasie okresu wegetacyjnego różne rośliny uprawne potrzebują odpowiedniej ilości wody do poprawnego rozwoju. W zależności od fazy, w której się znajdują, ich zapotrzebowanie jest większe lub mniejsze. U większości roślin największe potrzeby wodne występują w momencie kwitnienia oraz owocowania, czyli w tak zwanych fazach krytycznych; niedobór w tych okresach powoduje największe straty w plonach. W zbożach fazą krytyczną jest faza strzelania w źdźbło, kłoszenia oraz wykształcania i nalewania ziarna (dojrzałość mleczna) – niedobór wody skutkuje słabszym wykształceniem kłosów, a w konsekwencji zmniejszeniem zawiązanych ziaren w kłosie. Jeśli okres suszy będzie długotrwały, nastąpić może słabsze wypełnienie ziaren, co w również może prowadzić do obniżenia plonów. W przypadku buraka cukrowego krytycznym momentem jest grubienie korzenia, natomiast w odniesieniu do rzepaku ozimego – fazy od momentu kwitnienia do zawiązywania strąków i wypełniania nasion.
Poza tym, że woda to jeden z najważniejszych czynników potrzebnych do prawidłowego rozwoju roślin, jest ona również źródłem składników pokarmowych i mineralnych znajdujących się w glebie. Gdy opady są niewystarczające, a gleba wysuszona, czemu sprzyjają wysokie temperatury zwiększające parowanie, dostępność tych związków jest ograniczona, co w konsekwencji może prowadzić do obniżenia plonowania, a nawet zatrzymaniem rozwoju rośliny.
Wskaźnik zaspokojenia roślin na wodę obliczamy jest na podstawie różnicy między miesięcznymi sumami opadów odnotowanymi na stacjach synoptycznych oraz potrzebną ilością opadów wyznaczoną według literatury dla ośmiu wiodących upraw w Polsce: pszenicy ozimej, jęczmienia ozimego, żyta ozimego, rzepaku ozimego, kukurydzy, buraka cukrowego, ziemniaka późnego oraz pastwisk. Został on opracowany w oparciu na badaniach profesora Dzieżyca, opisanych w książce „Potrzeby wodne roślin uprawnych.” Wyniki wskaźnika klasyfikuję się w 3 grupach:
- Optimum – charakteryzujące regiony, dla których różnica między opadem a wartością zapotrzebowania mieści się w przedziale od –10 do +10%,
- Nadmiar – charakteryzujący obszary, dla których różnica między opadem a wartością zapotrzebowania jest większa niż +10%,
- Niedobór – charakteryzujący obszary, dla których różnica między opadem, a wartością zapotrzebowania jest mniejsza niż –10%.
Wszystkie omówione produkty dostępne są w serwisie Agrometeo – Prognoza pogody dla rolników, a także publikowane, wraz z szerszym opisem i komentarzem, w comiesięcznych biuletynach agrometeorologicznych.
