Автоматические инструменты измерений и методы анализа данных

Курс "Автоматические инструменты измерений и методы анализа данных наземного агроэкологического мониторинга" тематически находится в русле общемировых тенденций образования, науки и практики – изучение глобальных изменений природной среды с использованием автоматических инструментов наземных наблюдений. Уникальность курса обусловлена не только актуальной тематической направленностью, но и инфраструктурным обеспечением – приборная база для проведения мониторинга, которой нет аналогов в России. Учебный курс был апробирован в рамках реализации совместной образовательной программы (при поддержке фонда DAAD) в сотрудничестве с учеными Университета им. Мартина Лютера Галле-Виттенберг (ФРГ).

В процессе обучения слушатели получают представление о базовых принципах организации наземного агрометеорологического мониторинга, осваивают методы построения моделей климатических трендов, методов и моделей оценки актуальной и потенциальной эвапотранспирации. Предлагаемый курс соответствует требованиям образовательных программ по направлениям география, биология, экология и природопользование, а также прикладных профилей в области мониторинга природных процессов и устойчивого развития.

Рабочая программа дисциплины

Разработка онлайн курса поддержана индустриальными партнерами Алтайского края ООО "Вирт" (производство продукции животноводства и растениеводство), ООО КХ "Партнер" (растениеводство и животноводства) и ИП "Глава КФХ" (растениеводство). Индустриальный партнеры участвовали в обсуждении учебных модулей, оказывают поддержку инфраструктуры и содержание автоматических метео и лизиметрической станций в стационарах Полуямки и Дружба. 

Программа курса:

Модуль 1. Общие положения организации агрометеорологического мониторинга.
Введение в агрометеорологический мониторинг. Особенности организации инструментальных наблюдений.

Модуль 2. Метеорологические наблюдения.

Автоматические метеорологические станции и их применение в агрометеорологическом мониторинге. Агрометеорологические данные.

Модуль 3. Мониторинг почвенно-гидрологических параметров.

Теория и методы изучения влагоудерживающей способности почв. Принципы, методы и приборы для измерения почвенной влаги и доступности почвенной влаги растениям. Лизиметрический метод изучения водного баланса почв.

Модуль 4. Введение в статистический анализ данных климатического и почвенно-гидрологического мониторинга.

Данные агрометеорологического мониторинга как предмет исследования прикладной статистики. Оценка климатических изменений на основе анализа дескриптивной статистики. Оценка значимости климатических изменений на основе t-критерия Стьюдента.

Модуль 5. Анализ климатических трендов.

Модели трендов, линейная модель. Оценка параметров линейного тренда в среде MS Excel. Оценка качества модели линейного тренда. Критерии статистической значимости тренда и его коэффициентов. Оценка устойчивости тренда. Применение трендов для получения точечных и интервальных прогнозных оценок.

Модуль 6. Оценка актуальной и потенциальной эвапотранспирации на основе климатических и лизиметрических данных.

– Модель оценки потенциальной эвапотранспирации ФАО 56 (Пенмана – Монтейта). Использование программы ETo calculator (FAO) для оценки потенциальной эвапотранспирации по климатическим данным.  Сравнение различных вариантов оценки потенциальной эвапотранспирации. Лизиметрические измерения и принципы оценки актуальной эвапотранспирации на их основе.

Формат обучения:

Еженедельное изучение курса включает:
- просмотр видео-лекций с изложением теоретических положений;
- работу с текстовыми материалами;
- отработку практических навыков на тренировочных учебных заданиях;
- прохождение тестовых заданий для проверки полученных знаний и навыков.

Для взаимодействия студентов с преподавателями используются форумы и чаты, а также автоматизированные рассылки слушателям и адресные комментарии.

На последней неделе проводится итоговое тестирование по результатам которого выдается сертификат. Общая оценка результатов обучения формируется с учетом результатов итогового тестирования и данных еженедельного контроля.

Программное обеспечение: MS Excel,  ETo calculator (FAO, free software).

Результаты обучения:

РО1 – Формирование представлений о принципах организации агрометеорологического мониторинга с использованием автоматических метеорологических и почвенно-гидрологических станций.

РО2 – Получить представление о работе с автоматическими измерительными станциями нового поколения, организации сбора, обработки и хранения информации.

РО3 – Умение анализировать исходные данные, выбирать адекватные методы анализа данных.

РО4 – Формирование навыков использования стандартных средств MS Excel для анализа наблюдаемых климатических изменений и обработки данных почвенно-гидрологического мониторинга.

Формируемые компетенции:

Перечень компетенций подлежит согласованию с образовательной организацией в соответствии со спецификой реализуемой  образовательной программы.

Магистратура:
05.04.02 География
05.04.05 Прикладная гидрометеорология
05.04.06 Экология и природопользование
06.04.01 Биология
06.04.02 Почвоведение
01.04.02 Прикладная математика и информатика
20.04.02 Природообустройство и водопользование
35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение
35.04.04 Агрономия

Компетенции по направлениям:

05.04.02 География

ПК 1 – Способность формулировать проблемы, задачи и методы комплексных и отраслевых географических научных исследований; получать новые достоверные факты на основе наблюдений, опытов, научного анализа эмпирических данных, обобщать полученные результаты в контексте ранее накопленных в науке знаний; способность формулировать выводы и практические рекомендации на основе репрезентативных и оригинальных результатов исследований.

05.04.05 Прикладная гидрометеорология

ПК-2 – Участие в выполнении экспериментов, проведении наблюдений и измерений, составлении их описания и формулировке выводов.

ПК-3 – Умение анализировать, обобщать и систематизировать с применением современных технологий результаты научно-исследовательских работ, имеющих гидрометеорологическую направленность.

ПК-4 – Готовность использовать современные достижения науки и передовых технологий в научно-исследовательских, опытно-конструкторских и полевых гидрометеорологических работах.

ПК-8 – Готовность эксплуатировать, развивать и модернизировать информационные и коммуникационные гидрометеорологические системы и технологии.

ПК-9 – Знание методов гидрометеорологического прогнозирования, основанных на эмпирических, статистических аналоговых и динамических подходах.

05.04.06 Экология и природопользование

ПК-4 – Способностью использовать современные методы обработки и интерпретации экологической информации при проведении научных и производственных исследований.

06.04.01 Биология

ПК-3 – Способностью применять методические основы проектирования, выполнения полевых и лабораторных биологических, экологических исследований, использовать современную аппаратуру и вычислительные комплексы (в соответствии с направленностью (профилем) программы магистратуры).

06.04.02 Почвоведение

ПК-1 – Способность использовать углубленные специализированные профессиональные теоретические и практические знания для проектирования и проведения почвенных и почвенно-экологических исследований.

ПК-9 – Готовностью к практическому использованию углубленных специализированных знаний в области управления природными ресурсами.

01.04.02 Прикладная математика и информатика

ОПК-4 – Способность использовать и применять углубленные знания в области прикладной математики и информатики.

ПК-1 – Способность проводить научные исследования и получать новые научные и прикладные результаты самостоятельно и в составе научного коллектива.

20.04.02 Природообустройство и водопользование

ПК-6 – Способностью формулировать цели и задачи исследований, применять знания о методах исследования при изучении природных процессов, при обследовании, экспертизе и мониторинге состояния природных объектов, объектов природообустройства и водопользования и влияния на окружающую среду антропогенной деятельности.

ПК-7 – Способностью разрабатывать и вести базы экспериментальных данных, производить поиск и выбор методов и моделей для решения научно-исследовательских задач, проводить сравнение и анализ полученных результатов исследований, выполнять математическое моделирование природных процессов.

35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение

ПК-1 – Способность ставить задачи, выбирать методы научных исследований.

ПК-3 – Способность самостоятельно выполнять научные исследования с использованием современных методов и технологий.

ПК-6 – Готовность применять разнообразные методологические подходы к проектированию агротехнологий и моделированию агроэкосистем, оптимизации почвенных условий, систем применения удобрений для различных сельскохозяйственных культур.

ПК-9 – Готовность использовать информационные технологии и системы в своей профессиональной деятельности.

35.04.04 Агрономия

ПК-1 – Готовность использовать современные достижения мировой науки и передовой технологии в научно-исследовательских работах (готовностью использовать современные достижения мировой науки и передовой технологии в научно-исследовательских работах.

ПК-8 – Способность разрабатывать адаптивно-ландшафтные системы земледелия для сельскохозяйственных организаций.