การวิเคราะห์สภาพภูมิอากาศ กับระบบการผลิตพืช

การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศบนโลก Factor ทางด้านภูมิอากาศเป็นตัวกำหนดขบวนการพัฒนาของพืช (Growth Development) โดยเฉพาะ Day length และ Temperature การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศบนโลก ที่ 30 N – 30 S ผิวโลกจะดูดซับรังสีมากกว่าการสูญเสียไป Equator T จะสูง และ T ต่ำ ถ้า Latitude มากขึ้น อุณหภูมิจะลดลงเรื่อย ๆ ถ้าความสูงเพิ่มขึ้น ความร้อนที่ไม่เท่ากัน ทำให้เกิด Air Stream ที่ equator ความดันอากาศต่ำ ไอน้ำจะลอยสูงขึ้น กระทบความเย็นทำให้มีเมฆและฝน ไอน้ำลอยสูง 10 กม. จะกระจายตัวไปทางเหนือและใต้

ไปถึงบริเวณ 30 N และ 30 S กระแสอากาศจะปะทะกับกระแสอากาศที่มีความกดอากาศสูง อากาศเริ่มเคลื่อนตัวลงเบื้องล่างจนถึง ประมาณ 1,500 เมตรจากพื้น จะเคลื่อนเข้าหา equator กระแสลมขั้วโลกเหนือและใต้ ปะทะกันที่ Intertropical Convergence Zone (ITCZ) จะมีเมฆกระจายทั่วไป ฝนตกชุก ITCZ เคลื่อนที่ไปทางเหนือนับตั้งแต่เดือน มกราคม (อยู่ที่ 5 -10 S) จนเดือน สิงหาคม (อยู่ที่ 20 – 25 N) จากนั้นเคลื่อนที่ลงใต้ในราวเดือน ธันวาคม - มกราคม

วัฏจักรของน้ำ

การสูญเสียน้ำ (Water loss) การเก็บกักน้ำ (Water Storage) น้ำที่ไหลบ่าบนดิน (Surface runoff) น้ำซึมลงไปข้างล่าง (Percolation) การระเหย (Evaporation) การคายน้ำของพืช (Transpiration) การเก็บกักน้ำ (Water Storage) การเปลี่ยนแปลงความชื้นในดิน Interception Storage การเก็บกักน้ำที่ผิวดิน

อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ Rainfall Temperature Radiation Evaporation

ปริมาณทั้งหมดของฝน การวัดปริมาณน้ำฝน (มม.) การวัดปริมาณน้ำฝน (มม.) ปริมาณน้ำฝน 1 มม. = ปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมาบนพื้นที่หนึ่ง ถ้ามีวิธีการไม่ให้ดินซึมลงในดินได้จะวัดความสูงของน้ำได้ 1 มม. หน่วยงานที่เก็บข้อมูล กรมอุตุนิยมวิทยา กรมพลังงานแห่งชาติ กรมชลประทาน

เครื่องวัดน้ำฝน Non Recording Rain Gauge Recording Rain Gauge

การกระจายของน้ำฝนตลอดทั้งปี Uniform Distribution ภูมิอากาศในเขตอบอุ่น มีผลน้อยต่อการพังทลายดิน เดือน ปริมาณน้ำฝน

การกระจายของน้ำฝนตลอดทั้งปี Uni-modal Distribution ภูมิอากาศในเขตร้อนชื้น มีผลต่อการเกิดการพังทลายดินสูง เดือน ปริมาณน้ำฝน

การกระจายของน้ำฝนตลอดทั้งปี Bi-modal Distribution ภูมิอากาศในเขตกึ่งร้อนชื้น มีผลต่อการเกิดการพังทลายดินปานกลาง เดือน ปริมาณน้ำฝน

ความเข้มของฝน (Rainfall Intensity) เป็นตัวแปรหลักที่ใช้ในการประเมินศักยภาพของฝนที่ก่อให้เกิดการพังทลายดิน หน่วยของความเข้มของฝน มิลลิเมตรต่อชั่วโมง นิ้วต่อชั่วโมง

การจำแนกฝนตามลักษณะความเข้มข้น Uniform intensity เดือน ความเข้มฝน Advanced Pattern เดือน ความเข้มฝน

การจำแนกฝนตามลักษณะความเข้มข้น Intermediate Pattern เดือน ความเข้มฝน Delayed Pattern เดือน ความเข้มฝน

ความเสี่ยงต่อความแห้งแล้งเชิงพื้นที่ ข้อมูลความจุความชื้นสูงสุด ของดินในระดับรากพืช เชิงพื้นที่ ข้อมูลปริมาณน้ำฝน รายวัน(มม.) แต่ละสถานี (20 – 30 ปี) ข้อมูลการใช้ประโยชน์ที่ดิน เชิงพื้นที่ โปรแกรมการวิเคราะห์สถิติข้อมูลน้ำฝนรายสถานี ความน่าจะเป็นสำหรับ ปริมาณน้ำฝนรวมที่กำหนด ของแต่ละสถานี ปริมาณน้ำฝนรวม ที่ความน่าจะเป็นที่กำหนด ของแต่ละสถานี TPS TPS แผนทีความน่าจะเป็นสำหรับ ปริมาณน้ำฝนรวมที่กำหนด แผนที่ปริมาณน้ำฝนรวม ที่ความน่าจะเป็นที่กำหนด ศักยภาพการคายระเหย GIS Analysis แผนที่ดัชนีความเป็นประโยชน์ ของปริมาณน้ำฝน

ข้อมูลปริมาณน้ำฝนรวมเดือนกรกฎาคม ความน่าจะเป็นที่ 10% ความน่าจะเป็นที่ 50% ความน่าจะเป็นที่ 90% ข้อมูลปริมาณน้ำฝนรวมเดือนกรกฎาคม

ดัชนีความเป็นประโยชน์ของฝนเดือนกรกฎาคม ความน่าจะเป็นที่ 10% ความน่าจะเป็นที่ 50% ความน่าจะเป็นที่ 90% ดัชนีความเป็นประโยชน์ของฝนเดือนกรกฎาคม

รังสีดวงอาทิตย์ เป็นการเคลื่อนย้ายพลังงานความร้อนในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  = c /   = Wave length c = ความเร็วแสงในอากาศ = 3.0 x 108 m.s-1  = frequency Eq = h Eq = energy ของแต่ละอนุภาค H = plank’s constant = 6.626 x 10-34 J.s  = frequency

พลังงานของแสงสีแดงที่ความยาวคลื่น = 0.7 ไมครอน Eq = (6.626 x 10-34) x (3 x 108) 0.7 x 10-6 = 3.6 x 10-19 J มีผลต่อประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของพืช 2H20 + CO2 CH2O + H2O + O2 CH2O + O2 CO2 + H2O + 468 KJ.mol-1 Energy 1 molecule ของ CH2O = 468 x 103 / 6.023x 1023 = 77.7 x 1020 J ประสิทธิภาพสังเคราะห์แสง = (77.7 x 1020 / 3.6 x 10-19) x 100 = 22 %

ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ ความเข้มรังสี ตำแหน่งดวงอาทิตย์ ความโปร่งของบรรยายกาศ

อุณหภูมิของอากาศ ความสำคัญ มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชและศัตรูพืช ใช้คาดคะเนการเจริญเติบโต และระยะเวลาของการพัฒนาการของพืช การวัด อุณหภูมิสูงสุด อุณหภูมิต่ำสุด อุณหภูมิกลางวัน และกลางคืน อุณหภูมิสะสม มีผลต่อการงอกหรือการเจริญ

การคายระเหยน้ำ (Evapo-transpiration) Evaporation กระบวนการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอน้ำจากผิวดิน Transpiration กระบวนการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอน้ำจากปากใบพืช Potential ET = การระเหยน้ำ คายน้ำ จากพื้นที่ที่มีหญ้าตัดสั้นปกคลุมพื้นดินมิด (มีการคายน้ำได้สูงสุด) ความสำคัญ พืชต้องการน้ำเพื่อการเจริญเติบโต และให้ผลผลิต Transpiration สามารถทำให้อุณหภูมิภายในพืชลดลง

การกำหนดช่วงฤดูปลูกจากข้อมูลภูมิอากาศ B = วันเริ่มฤดูปลูก E = วันสิ้นฤดูปลูก

วันเริ่มฤดูปลูก วันสิ้นฤดูปลูก ช่วงฤดูปลูก

อิทธิพลของดิน พืช และภูมิอากาศต่อ ET Soil water availability มีมาก ทำให้ ET มาก Plant factor Internal plant resistance โดยต้องผ่าน intercellular space, stomata และ boundary layer Crop cover Plant height

Climate factor Net radiation Sensible heat convection ความร้อนที่เคลื่อนเข้ามาในแปลง ลม เพิ่ม Turbulence ลด boundary layer resistance Humidity การอิ่มตัวด้วยน้ำของอากาศรอบนอก Temperature

Climate – Crop production relationship ในกรณีที่น้ำไม่จำกัด สิ่งที่กำหนดผลผลิตได้แก่ รังสีดวงอาทิตย์ อุณหภูมิ

a1 ได้จากกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง อุณหภูมิกลางวันกับอัตราการสังเคราะห์แสงสูงสุดแบ่งตามคุณลักษณะของกลุ่มพืช (Pm) a2 ได้จากสมการ F = ( Ac - 0.5 Rg ) / (0.8 Ac ) F = สัดส่วนพลังงานจากรังสีสำหรับการสังเคราะห์แสง Ac = รังสีดวงอาทิตย์สูงสุดในวันฟ้าใส (สำหรับการสังเคราะห์แสง) Rg = รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด a3 ได้จากสมการ bgm = F (0.8 +0.01Pm ) bo + (1 - F) (0.5 +0.025 Pm ) bc bo = อัตราการสังเคราะห์แสงของพืชในวันฟ้าใส bc = อัตราการสังเคราะห์แสงของพืชเมื่อ Pm = 20 kg CH2O ha-1hr-1 a4 ได้จากสมการ Bn = (0.36 bgm x L) / (1/N + 0.25 ct ) L = สัดส่วนการเจริญเติบโตของผลิตภาพมวลรวมที่ LAI จริงต่อ LAI = 5 ct = ค่าคงที่แปรปรวนตามอุณหภูมิ ; ct = c30 (0.0044 + 0.0019T + 0.0010 T2 ). N = อายุของพืชปลูก a5 ได้จากสมการ Yp = Hi x Bn Hi = ดัชนีการเก็บเกี่ยว

ในกรณีที่ขาดน้ำบางช่วงของการเจริญเติบโต สิ่งที่กำหนดผลผลิตได้แก่ การคายระเหยน้ำจริงของพืช ปัจจัยการตอบสนองต่อน้ำของพืช 1 - Ya = ky (1 - ETa) Ym Wr Ya = actual harvested yield Ym = maximum harvested yield ETa = Actual crop ET Wr = maximum crop ET Ky = yield response factor