Картографирование геосистем регионального уровня организации
Т.И. Коновалова, Г.В. Руденко
Рассмотрена технология картографирования геосистем в форме информационного синтеза данных и знаний о территории. Полученные картографические произведения предназначены для решения задач территориального управления.
Ключевые слова: геосистема, закономерности развития, динамика, региональный уровень.
Изучение и картографирование геосистем занимает особое место в географических исследованиях, что соответствует современному этапу развития географии. Это не просто раскрытие частных свойств и территориального целого, а понимание того, каким образом части сливаются в целое и развиваются как целое через проявление связей и изменений. Традиционное ландшафтное картографирование основано на отображении пространственной структуры природных территориальных комплексов, их морфологиче-ских признаков и не отражает основных процессов, которые происходят в географической оболочке. С другой стороны, абстрактное рассмотрение статических геосистем не позволяет прогнозировать их развитие и возможные изменения под воздействием деятельности человека.
Задачей проведенных исследований является разработка основных приемов геосистемного картографирования, осуществляемого для решения вопросов оценки, планирования, природопользования в регионах. Карты геосистем должны стать базисом прогнозных пространственно-временных исследований преобразования геосистем, источником знаний о том, что, где и как будет изменяться. В решении вопросов, связанных с многовариантным анализом будущего состояния геосистем, такого рода карты-модели имеют как научное, так и практическое значение.
Исследования базируются на традиционных маршрутных обследованиях и на применении современных материалов космических съемок Земли. Методология геосистемного картографирования связана с реализацией современного синергетического подхода, а также воплощением и дальнейшим развитием теории геосистем В. Б. Сочавы [13].
картографирование территориальный управление
Mapping of the Regional - Level Geosystems
T. I. Konovalova, G. V. Rudenko
Abstract. The paper describes the technique of mapping of geosystems in the form of information synthesis of data and knowledge about a territory. The resulting cartographic products are used to solve problems of territorial control.
Keywords: geosystem, patterns of development, dynamics, regional-level geosystems.
Основы картографирования геосистем
Как уже отмечалось, ранее созданные ландшафтные карты в большинстве случаев были основаны на морфологических показателях. Ландшафтное картографирование в среднем масштабе, выделяя урочища или местности, развивалось скорее как районирование, без систематизации и показа на карте обобщенных (по принципу подобия структуры и динамических тенденций) элементарных подразделений географической среды, независимо от их территориальных сочетаний.
При этом часто оказывалось, что некоторые группы урочищ или местностей, имея сходные внешние признаки, предположительно равноценны по возможностям хозяйственного освоения. Однако их сколько-нибудь долговременное изменение под воздействием человека не учитывалось.
В Институте географии им. В. Б. Сочавы СО РАН на протяжении нескольких десятков лет проводится изучение и картографирование природной среды регионов Сибири на основе теории геосистем В. Б. Сочавы. Исследование пространственно-временных аспектов структуры геосистем и создание их графических моделей производится с применением методов системного анализа связей объектов, учетом их спонтанной и антропогенной динамики. Это дает возможность прогнозировать изменения географической среды регионов под воздействием антропогенных факторов [3; 7; 8].
Дифференциация и внутренняя интеграция географической среды обусловлены закономерностями разных порядков по масштабам природных процессов и площади проявления. С учетом этого В. Б. Сочава [13] выделил топологический, региональный и планетарный масштабы геосистем и создал их дробную иерархическую классификацию.
Таксономия геосистем, которая и поныне развивается в школе картографирования, созданной В. Б. Сочавой, строится одновременно по двум самостоятельным рядам - геомеров и геохор, которые взаимообусловлены в узловых звеньях. Так, в пределах планетарной размерности геосистем свиты типов природной среды адекватны физико-географическим поясам, в рамках региональной классы и подклассы геомов нередко замыкаются в границах физико-географических областей [13]. В этих звеньях структурные особенности, свойственные геомерам, выдерживаются в пределах геохоры. Соизмерение пространственных отношений между геомерами и геохорами обеспечивает соблюдение принципа системного подхода к районированию, гарантирующего учет всех значимых компонентов природы. По такому принципу построена легенда ландшафтной карты юга Восточной Сибири [6].
Однако на картах можно отразить географические связи лишь определенного порядка. Поэтому выбор таксономических единиц, детальность их классификации, характеристики, степень генерализации выделов и их изображение определяют содержание и назначение конкретной ландшафтной карты. От этого выбора зависят порядок отражения на карте географических закономерностей [5] и круг вопросов, для решения которых может быть использована данная карта.
Мелкомасштабные ландшафтные карты благодаря выявляемым главным географическим закономерностям позволяют увязывать между собой различные региональные классификационные схемы [9]. Такого рода картографирование играет важную роль в организации научных исследований, позволяя установить наиболее существенные проблемы в изучении природы.
Основные различия между ландшафтами, наиболее полно отраженные на региональных картах, связаны с особенностями истории развития территории, зональными и азональными изменениями режимов тепла и влаги, флористических и фаунистических комплексов, которые по отношению к внутриландшафтным единицам являются фоновыми. В деталях методика составления таких карт еще не унифицирована. Среднемасштабные карты геосистем для большинства районов Сибири не могут быть выполнены из-за отсутствия крупномасштабных ландшафтных съемок, хотя бы на ключевых участках, а главное - хорошо разработанной классификации геосистем.
На фациальных картах графически выделяются физико-географические фации, т. е. элементарные, предельно однородные подразделения географической среды. Они формируются на зональном и азональном (интразональном) фоне, однообразном в пределах данного ландшафта, но часто между фациями отмечаются резкие контрасты, значительно превосходящие различия между отдаленными типами ландшафтов. Фациальная структура ландшафта - очень сложная и динамичная мозаика, существование и развитие которой связано с закономерностями проявления геофизических, геохимических и биотических процессов. На основе статической характеристики структуры фаций и изображения их взаиморасположения можно делать определенные выводы об этих наиболее частных закономерностях строения географической среды [5]. Для картографирования фаций требуются крупные масштабы карт с детально разработанной легендой. Эти карты составляются на отдельные ключевые участки для познания фациальной структуры урочищ, местностей, ландшафтов и проведения углубленных исследований на стационарах. Изображение фаций на картах более мелких масштабов связано со значительной генерализацией выделов и обобщением их характеристики, в результате чего утрачивается возможность изучения географических связей, определяющих специфику формирования фаций. Тем не менее такие карты представляют интерес для изучения природных режимов и сопоставления фаций в средних и мелких масштабах.
При анализе иерархии геосистем было использовано как исходное представление об иерархическом строении фитосферы и ее отдельных частей. В. Б. Сочава не раз отмечал существование соответствия между размерностями растительного покрова и ландшафтной сферы, указывая, что «размерность растительного покрова - частный случай размерности географических величин» [14, с. 45]. «Растительный покров - компонент геосистемы, в соответствии с общей концепцией о размерностях физических тел размерности того и другого должны быть сопряжены», а «каждое растительное сообщество - блок экосистемы» [Там же, с. 46, 47]. Вместе с экосистемой сообщество входит в состав геосистемы и тем самым включается вместе с ней в иерархический ряд, который завершает географическая оболочка Земли - планетарная природная сфера. С позиций системного анализа иерархичность также может рассматриваться как показатель системного сложения растительного покрова: одно таксономическое подразделение классификации растительности вложено в другое, более высокого таксономического уровня, и относится к нему как подсистема к системе. В этой же работе Виктора Борисовича есть замечание, что иерархичность является следствием эволюции растительного покрова на планете.
Принцип иерархичности сложения помогает рационально строить легенды к картам, связывать отдельные выделы в органическое целое. Одновременно обозначается иерархичность связей сообщества со средой, носящих внутрисистемный характер
Особое внимание В. Б. Сочава уделял динамическим аспектам картографирования, отмечая, однако, необходимость единообразного понимания динамики и истории развитии [11]. Динамика - это движение, свойственное каждой ныне существующей географической системе. Она порождает процессы, обусловливающие структурные связи, взаимоотношения между отдельными элементами геосистемы. Динамические процессы направляются ныне действующими факторами, они определяют относительную устойчи-вость природных географических комплексов.
Процесс исторического развития рассматривается как закономерная смена динамических структур, при которой сохраняются генетические связи, подобные филогенезу в развитии органического мира. В ходе непрерывных динамических изменений в географической среде постепенно возникают новообразования, которые ведут к ее трансформации в плане исторического развития.
Мобильность растительного покрова и динамичность растительного сообщества как структурной части геосистем являются лучшими индикаторами флуктуации природных режимов [12]. На этом основано использование представлений о динамике растительного покрова, принятых в геоботаническом, а также в геосистемном картографировании.
Всякий тип растительного сообщества в каждый отрезок времени характеризуется как инвариантом, так и многочисленными переменными состояниями. Инвариант - это то, что остается неизменным при преобразованиях, а переменные состояния - различные его производные. Исходя из этого, эволюция есть последовательное изменение инварианта, динамика - совокупность процессов, приводящих к переменным состояниям. Эти процессы могут быть как спонтанными, так и антропогенными. Для выявления ин-варианта необходимо проанализировать все известные переменные состояния какой-либо растительной ассоциации и выделить те их качества, которые окажутся неизменными при всех этих переменных. Совокупность таких свойств и будет соответствовать инварианту [14]. Если под воздействием человека растительное сообщество претерпело столь существенные изменения, что находится на грани уничтожения, то предполагается нарушение его инвариантных свойств. Однако в зависимости от природы и состояния вмещающей сообщество геосистемы даже в таком случае может сохраниться потенциал инвариантности, способствующий ее восстановлению.
Наряду с этим динамические процессы, свойственные растительному сообществу, играют стабилизирующую роль по отношению к самому сообществу и к вмещающей его геосистеме. Источником динамизма геосистем являются взаимоотношения между их компонентами, возникающие в процессе метаболизма, а также различного рода сукцессий. Последние соответствуют разнообразным серийным и антропогенным модификациям, трансформации которых относятся к проявлениям динамики растительности.
В картографической практике при этом используются понятия, характеризующие следующие основные динамические состояния сообществ: коренные, условно-мнимокоренные, длительно-производные, серийные. К коренным растительным сообществам были отнесены те, которые спонтанно развиваются при полном соответствии экологическому потенциалу местообитания. Это устойчивые растительные группировки, не видоизмененные воздействием человека. Практически они соответствуют тому, что в геоботанике именуется климаксом. Синонимы термину «коренной» - «заключительный», «узловой», «выработавшийся». Такое сообщество не испытывает влияния гипертрофии некоторых условий существования (избытка застойной влаги, засоления и пр.), что особенно характерно для мнимокоренных сообществ (например, на сфагновых торфяниках, солончаках, солонцах). Характерная черта коренного и мнимокоренного динамических состояний - долговечность, т. е. длительное существование на одном месте.
Существенная особенность серийных сообществ - их недолговечность, быстрая сменяемость одного другим. Причем в каждом ряду смен имеет место определенная последовательность. Поэтому при картографировании, особенно в среднем и мелком масштабе, приходится иметь дело не с отдельным сообществом, а с целым рядом сообществ, сменяющих друг друга во времени. Принято различать собственно серийные ряды, где спонтанные сообщества сменяют одно другое в процессе динамики вмещающей их геосистемы, и ряды трансформации, где быстрая смена растительных сообществ происходит в нарушенном человеком растительном покрове или в процессе спонтанного их изменения.
Многие коренные сообщества на окультуренных ныне местах уже не восстановятся по ряду причин. Но даже для этих случаев показ на карте коренных сообществ имеет значение как характеристика экологических возможностей местоположения. Показ прошлого, по мнению В. Б. Сочавы [14], более надежен, чем прогноз будущего.
Важной структурной частью картографической модели является легенда. Ее главное свойство - соответствие основной идее избранной классификации. В легенде, как и в классификации, отражена иерархия геосистем, включающая высшие подразделения, к которым относятся картируемые объекты, приведено соотношение между коренными и производными типами геосистем и особо выделены серийные, т. е. показаны ведущие динамические тенденции.