Методика і емпірична перевірка міжджерельної узгодженості агрометеорологічних даних

Abstract

Мета дослідження – кількісно оцінити узгодженість трьох поширених продук- тів (ERA5-Land, NASA POWER, Open-Meteo) для температури повітря, температури точки роси, опадів і похідних вологісних показників, а також визначити агрономічні наслідки міжджерельних розбіжностей. Емпіричну основу становлять погодинні ряди за 2024–2025 рр. Застосовано синхронізацію часових рядів, попарні статистичні порівняння (Bias, RMSE, rRMSE, R2 ) та аналіз похибкового каскаду під час переходу від первинних метеозмінних до відносної вологості повітря, абсолютної вологості, дефіциту тиску водяної пари та суми ефективних температур. Показано наявність стійкої ієрархії міжджерельної узгодженості агрометеорологічних параметрів: найвищі показники узгодженості характерні для температури повітря, проміжні – для температури точки роси, тоді як для опадів встановлено суттєво нижчий рівень узгодженості. В узагальненому вигляді діапазони узгодженості становлять близько 0,93–0,99 для температурних показників і близько 0,33–0,62 для опадів без деталізації за окремими парами джерел. Також підтверджено каскадне підсилення відносної похибки у дефіциту тиску водяної пари порівняно з відносною вологістю повітря, що узгоджується з термодинамічною чутливістю дефіциту тиску водяної пари до температурних зміщень. Порівняння вологісних метрик вказує на кращу міжджерельну стабільність абсолютних показників вологості відносно відносних, що важливо для прикладних розрахунків водного стресу. Одержані результати підтверджують робочі гіпотези щодо температурного походження міжджерельних похибок і формують практичну основу для вибору метеорологічного джерела даних залежно від задачі: оперативний моніторинг посушливих умов, оцінка ризиків теплового і водного стресу, а також управління технологіями вирощування сільськогосподарських культур. У цілому встановлено, що міжджерельні температурні відмінності можуть накопичуватися впродовж року та зумовлювати агрономічно значущі зсуви у календарі розвитку культур, які доцільно враховувати для прийняття управлінських рішень.

The study presents an inter-source empirical verification of agroclimatic data for the Southern Steppe of Ukraine using a representative location within the Mykolaiv region. The aim of the research is to quantitatively assess the consistency of three widely used meteorological products (ERA5-Land, NASA POWER, and Open-Meteo) for air temperature, dew point temperature, precipitation, and derived humidity-related parameters, as well as to determine the agronomic implications of inter-source discrepancies. The study was based on hourly datasets for 2024–2025. The analysis included time-series synchronization, pairwise statistical comparisons (Bias, RMSE, rRMSE, and R2 ), and evaluation of the error cascade associated with the transition from primary meteorological variables to relative humidity, absolute humidity, vapor pressure deficit (VPD), and growing degree-days (GDD). A stable hierarchy of inter-source consistency among agroclimatic parameters was identified: the highest agreement was observed for air temperature, intermediate agreement for dew point temperature, and substantially lower agreement for precipitation. In generalized form, consistency levels ranged from approximately 0.93–0.99 for temperature-related variables and 0.33–0.62 for precipitation, without detailed separation by individual source pairs. The study also confirmed a cascade amplification of relative errors in VPD compared with relative humidity, which is consistent with the thermodynamic sensitivity of VPD to temperature biases. Comparisons of humidity-related metrics demonstrated higher inter-source stability for absolute humidity indicators than for relative humidity, which is important for practical assessments of crop water stress. The obtained results empirically confirm the working hypotheses regarding the temperaturerelated nature of inter-source discrepancies and provide a practical basis for selecting meteorological data sources depending on the intended application, including operational drought monitoring, assessment of thermal and water stress risks, and management of crop production technologies. Overall, the study demonstrates that inter-source temperature differences may accumulate throughout the year and lead to agronomically significant shifts in crop development timing, which should be considered in agricultural decision-making processes.