В ходе рассуждений об анемохорном расселении диаспор борщевика Сосновского (Время упадничества, Полёты во СНЕг и НАЯВУ) у нас возникли разные вопросы связанные с ветром:
- Какая скорость ветра на высоте расположения зонтиков борщевика в период расселения его семян?
- При какой скорости ветра семена борщевика будут отрываться от карпофора и планировать к земле?
- Каким образом собрать массив данных о скорости ветра, какие источники для этого использовать?
- Какой ветер в разных районах вторичного ареала борщевика Сосновского.
- Сколько же семян может сдуть один порыв ветра 3, 5 или 10 м/с?
На некоторые вопросы мы уже ответили в ходе постановочных экспериментов.
Рассмотрим два варианта получения метеорологических данных
Исходные данные о погоде (температура, осадки, облачность, ветер…) были загружены с сервиса «Расписание погоды». Для города Сыктывкара доступен архив Метеостанции (ВМО 23804) и Аэропорта (UUYY).
В период с 1 сентября по 24 октября 2018 г. в окрестностях г. Сыктывкара наблюдали практически полный разлет семян борщевика, поэтому мы загрузили массив данных о погоде за этот период времени.
Отметим, что частота данных с Метеостанции 8 измерений в сутки (каждые 3 часа). В Аэропорту измерений гораздо больше — 48 раз в сутки (каждые полчаса). Если убрать из обоих массивов данных сырые периоды (осадки разного вида), и использовать только периоды времени со скоростью ветра не ниже 5 м/с*, то:
- Метеостанция — в итоговом массиве данных останется только одна дата — 27.09.2018 г. в 12 ч дня. В это время ветер был 5 м/с с порывами (FF=5 м/с, FF10=10, 11 м/с) и не было дождя. Это были подходящие условия для разлета семян, но их, скажем прямо, КАТАСТРОФИЧЕСКИ МАЛО. Проблема в том, что интервалы (каждые 3 часа) публикуемых данных на Метеостанциях очень большие и не совсем подходят для учета фактора ветра в рамках поставленного вопроса о расселении семян.
- Аэропорт — после отбора получаем набор данных из 166 измерений FF=от 5 до 9 м/с и набор данных из 45 порывов ветра FF10=от 10 до 15 м/с. Это уже неплохо. Такой массив можно считать и анализировать. В результате мы можем учитывать скорость ветра каждые полчаса.
Еще раз вернемся к дате 27.09.2018 г. На Метеостанции мы видим одну ветро-запись в 12 часов дня, затем было уже сыро, а в Аэропорту указано, что ветер дул до 12:30 с достаточно мощными порывами ветра 12-15 м/с., затем был дождь, но были и перерывы без дождя в 18:30 и 20-21 ч с ветром 5 м/с.
В результате, для количественной оценки скорости ветра следует загрузить данные Аэропортов с получасовым интервалом наблюдений.
Примечание: * — в лабораторном эксперименте было определено, что медианное значение скорости потока воздуха необходимого для отрыва семян борщевика Сосновского от карпофора составляет 5 м/с (Захожий, Малышев, 2018). Наблюдения за разлетом семян показало, что ветрам со скоростью 3-4 м/с «трудно» сдвигать горсть семян (около 100 шт.) со стартовой площадки. В стабильном потоке ветра (скорость 5-6 м/с в течение не менее 2-3 секунд) семена летят в воздухе хорошо заметным облаком. С высоты около 3 метров семена разлетаются на дистанции более 10 метров (Далькэ, Захожий, Чадин, 2018).
Еще один любопытный вопрос. Сколько же семян может сдуть один порыв ветра 3, 5 или 10 м/с?
Это важно, для того чтобы сконструировать расходную модель разлета семян борщевика. Действительно, количество семян борщевика Сосновского в не бесконечно. Созревает около 20 тыс. штук семян на площадь моновидовой заросли. Рано или поздно они все разлетятся. Но позвольте спросить: «Когда это произойдет и при какой скорости ветра?»
Чтобы решить этот вопрос мы брали зонтички (часть большого соцветия-зонтика) с воздушно-сухими семенами борщевика Сосновкого и помещали их в поток воздуха со скоростью 3 м/с на 7-10 секунд. Поток воздуха создавали с помощью пылесоса «WD 2» работающего на выдув. После обдува зоничков часть семян улетало. Мы подсчитывали количество семян оторвавшихся от карпофора. Затем увеличивали скорость потока воздуха с дискретностью 1 м/с. В каждой ветровой зоне подсчитывать сколько семян отрывается от зонтичка. Так продолжали пока все семена не улетят. Максимальная скорость обдува диаспор составила около 17 м/с.
Рис. Кумулята семян борщевика Сосновского разлетающихся из зонтичков при разной скорости воздушного потока (лабораторный эксперимент, 14 декабря 2018 г.). Приведены рассуждения о осыпавшихся и еще оставшихся в соцветиях семенах.
Результат опыта. В зонтичках которые мы обдували воздухом уже не хватало около 40% семян. Эти семена просто осыпались пока лежали и сохли в помещении. Таким образом, мы обдували остаток в 60% семян с достаточно «крепкими карпофорами». Обдув потоком воздуха зонтичков показал, что слабый ветер около 3 м/с сдувает из соцветий 4% семян, которые остались после хранения соцветий в помещении. То есть ветер 3 м/с сдует 40+4=44% семян. И так по нарастающей. При ветре более 11 м/с из соцветия разлетаются все семена.
Нам известно, что в 2018 году разлет подавляющего количества семян борщевика Сосновского в окрестностях г. Сыктывкара начался в сентябре и завершился во второй декаде октября. За это период максимальные порывы ветра на высоте около 3 м (где стоят зонтики борщевика) не превысили 9 м/с. То есть разлетелось 90% семян и около 10% семян должны были остаться на зонтиках и ждать порывов ветра 11-15 м/с. Такие порывы сдули бы все семена.
Мы посчитали остаток семян на зонтика в природе и действительно к концу второй декады октября в зонтиках устойчиво закрепленных в почве побегов осталось в среднем 4% (размах от 1 — 14%) от общего количества созревших в 2018 году семян борщевика Сосновского.
В природе можно наблюдать отдельные зонтики б.С. с семенами, которые еще не разлетелись хотя уже выпал снег (фото 6 декабря 2018 г., РБК, окрестности г. Сыктывкара). Возможно это исключительные семена с «крепкими» карпофорами или зонтик был прикрыт от ветра естественными преградами. Такие семена могут составлять фонд дальнего анемохорного расселения на десятки метров.
Важно помнить, что данные о скорости ветра, которые приводят на официальных Метеостанциях, в аэропортах измерены на высоте 10-12 м над уровнем земли. Следовательно в зарослях растений на высоте генеративных побегов борщевика (около 3 м) скорость ветра будет уже существенно ниже.
И еще почему данные о ветре сильно разнятся?
