23Экологическое картографирование

Учебное пособие

В.А.Боков

В.А.Боков

Содержание

Предисловие

Введение

Глава 1.Методологические и методические (и теоретические) основы экологического картографирования

Глава 2. Геотопологический анализ в экологическом картографировании

Глава 3. Классификация экологических карт

Глава 4.Содержание, методы составления и анализ основных типов карт

Глава 5. Картографический метод исследования в экологии

Заключение

Литература

Предисловие

Составление карт есть одна из древнейших форм познания человеком Земли. Еще в палеолите появились прообразы современных карт. В Древней Греции были составлены первые карты с сеткой параллелей и меридианов. Но по-настоящему широко карты стали использоваться в ходе освоения всей поверхности земного шара, в период формирования мирового хозяйства.

Наряду с ориентированием и навигацией карты выполняли также политическую и идеологическую роль. Особенно широко стали использоваться карты в этом качестве с появлением геополитики.

Экологические карты имеют свою идеологическую и политическую составляющую. Картографическое изображение экологической ситуации содержит, включает разнообразные смыслы, пласты. На первый взгляд, пользуясь картой, читатель, пользователь получает лишь информацию об экологической ситуации. Но эта информация при более глубоком рассмотрении приобретает экономические аспекты, а затем и политические и идеологические. Экономические аспекты проявляются в том, что оценка экологической ситуации неизбежно предполагает рассуждения о затратах, необходимых для улучшения ситуации, об упущенных возможностях из-за плохого (если оно таковое) экологического состояния. Вновь выпущенная карта, говорящая о плохой экологической ситуации на рекреационной территории, неизбежно отпугнет часть потенциальных рекреантов, уменьшит доходы этой территории.

Далее возникает вопрос: а кто виноват в плохом экологическом состоянии района? Начинает выстраиваться целая система политических доказательств и обвинений.

На некоторых экологических картах Украины многие районы получили крайне негативную оценку состояния, при этом нет обоснованных доказательств. Возникает вопрос – имеют ли право составители карт представлять информацию, носящую тенденциозный характер, прямо затрагивающую интересы тех или иных лиц или целых регионов и стран, к тому же в ситуации, когда информация об экологическом состоянии неточна, приблизительна или получена экспертным путем.

Отсюда видно, что составление экологических карт заключает большую ответственность создателей. В последние годы наблюдается бум в экологическом картографировании. Одной из причин бума в экологическом картографировании стало широкое использование космической информации, совершенствование автоматизированных приемов получения информации и создания карт (в том числе с помощью ГИС-технологий). К сожалению, составление большого количества карт экологического содержания не сопровождается адекватными усилиями по оценке точности экологической информации, составления и использования карт, соответствующим осмыслением методологии и методов. Вызывает тревогу быстрое увеличение числа карт, в основе которых не находится кондиционный материал, тем более полевой.

Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «экология и охрана окружающей среды». В экологии роль картографирования огромна. Карты выполняют в экологии интеграционные функции, позволяют объединить в единой модели самую разнообразную информацию.

Учебное пособие состоит из двух частей: 1.текста с рисунками (в том числе картосхемами) и таблицами; 2.приложения на CD-диске, включающего цветные карты. Включение цветных карт в твердую копию было невозможно по финансовым причинам. В тексте приведено ограниченное количество карт, схем, графиков. Это черно-белые картосхемы.

Учебных пособий по экологическому картографированию немного (Стурман, 1995, 2003; Божилина, Сваткова,1999; Трофимов и др., 2003; Адаменко и др, 2003). Но еще меньше таких пособий, где бы рассматривались методология и методы составления карт. Чаще всего рассматриваются уже готовые карты: их содержание, способы отображения информации, легенды карт. Но недостает рассмотрения всей цепочки действий: от получения информации, до ее обработки, разнесения по территории и использования.

Практически за сферой рассмотрения остаются временные аспекты. Если на карте не отображены временные аспекты (период, к которому относится информация, время составления карты), экологическую карту нельзя считать кондиционной. Практически нет попыток оценить точность картографической информации. Понятно, что начинать в этом случае нужно с точности оценки исходной информации.

Все эти вопросы в той или иной мере ставятся в данном учебном пособии. Вряд ли они решаются в полной мере. Но следует хотя бы начать ставить эти вопросы.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «экология и охрана окружающей среды». Кроме того, оно может быть использовано для повышения квалификации специалистов-экологов, в том числе преподавателей-экологов.

Формирование отряда специалистов-экологов происходило в 80-90-х годов ХХ века за счет переобучения географов, биологов, медиков, химиков, геологов, представителей технических и других видов дисциплин. Формирование единой методологии, единого мировоззрения у специалистов, получивших разное базовое образование, во многом облегчается благодаря проведению экологического картографирования, то есть это направление является сквозным и интегральным.

В учебном пособии три пласта информации. Первый образует традиционный текст с картосхемами и рисунками, предназначенный для основной части студентов (пользователей, читателей). Вторая группа сведений связана с цветными картами, помещенными в приложение в виде CD-диска. Выделение этой части учебного пособия в такой формат связано с невозможностью (по финансовым причинам) публикации цветных карт. Поскольку выведение части карт на CD-диск создает определенные проблемы для читателя, автор постарался всю основную информацию представить непосредственно в бумажном варианте, в том числе и примеры картографического изображения. Таким образом, приложение на CD-диске предполагает более углубленное изучение вопроса для тех читателей, которым соответствующий материал необходим по роду деятельности, в связи с учебной специализацией и т.д.

Наконец, третий пласт информации выведен в пособии более мелким шрифтом и ограничен рамками. В нем рассматриваются некоторые детали проблем, которые необязательны для сдачи экзамена, то есть не входят в обязательную часть учебной программы. Но эта информация может представлять интерес для части читателей в связи с их профессиональной деятельностью или с характером специализации, выполнением проектов, связанных с картографированием или по иным причинам.

Введение

Цели и задачи курса. Роль экологического и ресурсного картографирования в подготовке специалиста-эколога. Основные понятия экологического картографирования. Роль экологического картографирования в подготовке специалиста эколога. Свойства карт. Понятие «экологическая карта». Экологические карты и категория времени. Краткий очерк истории экологического картографирования. Современное состояние и перспективы развития экологического картографирования.

Цели и задачи курса. Роль экологического и ресурсного картографирования в подготовке специалиста-эколога.

Цель курса: раскрыть понятие «экологическая карта», показать принципы и методы составления экологических карт, содержание различных типов карт, показать роль экологических карт в раскрытии экологических ситуаций, в совершенствовании и оптимизации природоохранной деятельности. Благодаря экологическим картам пользователь получает представление о территориальных закономерностях взаимодействий субъектов и объектов, возможность оценки экологической ситуации.

Задачи курса:

1.раскрыть понятие «экологическая карта»;

2.познакомить с типами экологических карт;

3.познакомить со способами картографического изображения экологической информации;

4.изучить методы составления экологических карт;

5.показать как экологические карты позволяют более глубоко раскрыть экологическую ситуацию и наметить пути оптимизации природоохранной деятельности, как обеспечивают карты международных, государственных, региональных и местных программ и проектов в сфере природоохранной деятельности.

6.раскрыть способы, приемы, методы картографического обеспечения природоохранной деятельности.

При изучении курса студенты получают:

-знания: видов экологических карт, форм и методов отображения экологической информации, содержания экологических карт, карт, раскрывающих генезис экологических ситуаций, оценочных экологических карт, эколого-ресурсных карт, прогнозных и оптимизационных экологических карт, медико-географических карт, карт охраняемых территорий, оперативных экологических карт, карт чрезвычайных экологических ситуаций, электронных карт, экологических атласов, атласов природопользования, форм использования ресурсно-экологических карт для решения проблем охраны окружающей среды;

-умения и навыки: составлять карты предпосылок возникновения неблагоприятных экологических ситуаций, карты местоположений, устойчивости ландшафтов, использовать ландшафтную информацию для составления карт экологического содержания;

-способы перехода от точечной информации к площадной, от точечной информации к изолинейной,

Знания, получаемые при изучении этого учебного курса, необходимы в проектно-планировочной деятельности, для принятия решений на уровне регионов. Оценка состояния местности необходима при купле-продаже земельного участка. В этом случае покупатель имеет возможность определить устаивает ли его ее состояние, включая загрязнение окружающей среды. Оценка может проводиться как в процессе купли, так и в процессе продажи, чтобы оценить потенциально возможные загрязнения и риск для здоровья.

Учебный курс опирается на материал, который был получен студентами при изучении топографии, картографии, геоморфологии, гидрологии, метеорологии и климатологии, ландшафтной экологии.

Основные понятия:

Карта как язык. Карта как образно-знаковая модель территориального пространства. Картографический образ. Функции карт: коммуникативная, оперативная, познавательная. Экологическая информация. Экологические показатели. Экологические нормы. Территориальные единицы сбора информации (ТЕСИ).

Количество, качество и характер сбора экологической информации. Дистанционные методы и космическая информация в экологическом картографировании. Экспедиционные и стационарные методы. Интеграция экологических показателей. Пространственные и временные масштабы экологических карт. Системы координат.

Оценка точности экологических карт. Качество карт. Генерализация экологических карт. Территориальная интерпретация эколого-географической информации. Ключевые участки. Территориальные и временные выборки. Пространственная экстраполяция и интерполяция экологических характеристик. Картографическая генерализация. Геотопологический анализ. Местоположение. Геотопологические параметры. Структурные линии.

Классификация экологических карт. Инвентаризационные карты. Карты устойчивости ландшафтов и ландшафтно-экологического потенциала. Карты природных предпосылок экологических ситуаций. Карты антропогенных предпосылок экологических ситуаций. Оценочные, прогнозные и оптимизационные экологические карты. Карты, различающиеся по характеру среды. Антропоэкологические, соицоэкологические, фитоэкологические, агроэкологические, агроклиматические, техноэкологические, медико-экологические, инженерно-экологические, эколого-геологические карты.

Комплексное картографирование. Карты охраняемых территорий. Карты зон экологического бедствия. Карты чрезвычайных ситуаций. Карты экстремальных явлений. Оперативные экологические карты. Карты в реальном масштабе времени. Постоянно обновляемые карты.

Картографическое обеспечение инженерно-экологических изысканий. Электронные карты. Экологические атласы. Экологическое районирование. Теоретико-картографические модели. Анаморфозы и ментальные карты. Картографический метод исследования в экологии. Картоведение и картология.

Система приемов использования экологических карт. Пространственные преобразования.

Изучение взаимосвязей явлений. Площадная корреляция. Теоретико-картографическое моделирование. Анаморфозы. Преобразование пространства. Исследование динамики явлений. Картографическое прогнозирование. Картографический мониторинг.

Понятие «экологическое картографирование»

Экологическое картографирование есть, прежде всего, составление экологических карт, включающее сбор данных, проведение полевых исследований, подбор способов изображения, масштаба карт, проведение непосредственно картографирования, оформление карт. Однако составление карт не должно отрываться от использования карт. Хотя процедуры составления и использования карт представляют собой самостоятельные исследования, а пользователю карты не обязательно участвовать в ее составлении, в широком смысле эти две процедуры должны составлять единое целое. То есть составитель карты должен всегда представлять, кто и как будет пользоваться картой, для каких целей. А пользователь карты должен понимать, как составлялась карта, какая информация была положена в ее основу, как она обрабатывалась, какие допущения были сделаны, на базе каких теорий создавалась карта, какова ее точность и т.д. Вот в каком смысле речь идет о единстве составления и использования карты.

Таким образом, методологически правильно рассматривать как единое целое весь комплекс действий, начинающихся с рассмотрения задач, для которых необходимы экологические карты, методологии и методов составления карт, анализа соотношения субъектов и объектов и анализа карт в форме сопоставления карт, морфометрических расчетов, корреляции параметров. Таким образом, нельзя составлять карты в отрыве от задач их использования.

Отсюда выстраивается единая цепочка процессов (действий): формулировка задачи - получение информации в результате наблюдения – обработка информации – построение карты (пространственной образно-знаковой модели исследуемой части территориального пространства – изучение карты для извлечения из нее информации – использование полученной информации.

Таким образом, экологическое картографирование – это наука о сборе, анализе и картографического представления информации о состоянии окружающей среды, экологической обстановке, экосистемах.

В некоторых работах предмет экологического картографирования формулируется более узко, например А.Г.Исаченко (1993) определяет его предмет как отображение взаимоотношения живых существ и их сообществ со средой обитания. Здесь мы видим весьма узкое понимание предмета экологического картографирования, связанное с соответствующим узким пониманием предмета экологии в целом. В этом варианте за пределами картографирования остаются не только общество (нельзя же общество назвать сообществом живых организмов) и ландшафты (вместе с ландшафтной экологией), но и технические и хозяйственные системы, которые в современном понимании также относятся к экологическим субъектам.

Экологическая карта

Экологическая карта – это особый способ отображения пространственных отношений, при котором используется система координат и система мер, отвечающих критериям субъекта. Основные функции карт: коммуникативная, оперативная, познавательная.

Карта – это предметно-математическая модель. Для карт и отображаемых территориальных объектов характерно геометрическое подобие. Карта должна раскрывать экологические свойства территории через достаточное отображение свойств и элементов.

Наглядность. Образно-знаковая модель.

Соответствие карты ее целевому назначению, пригодность для круга пользователей и решения задач: научных, справочных, учебных и т.д.

Роль экологического картографирования в подготовке специалиста эколога.

Экологическое картографирование – наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии экосистем, окружающей природной среды, окружающей среды. Карта – это образно-знаковая модель территориального пространства.

Знание карт вооружает эколога знанием территориального и пространственно-временного распределения экологических явлений, позволяет сопоставлять экологическую информацию с факторами воздействия на природную среду. Лишь небольшое количество экологических задач прямо не имеет связи с картографированием, например экологический анализ нульмерного пространства – точки (участка, в пределах которого нет пространственных различий). Однако и в этом случае пространственные задачи в неявном виде присутствуют – анализ точки не может быть полным без ее соотнесения с соседними или даже значительно удаленными участками, поскольку формирование экологических условий совершается при пространственном взаимодействии. Картографическая информация необходима при выявлении зон экологического бедствия.

Свойства карт

Карта сочетает два типа языка – знаковый (цифры, буквы, линии) и иконический (визуальный образ, картина). В этом смысле она занимает особое положение в системе познания, если рассматривать ее в виде триады: чувственные восприятия (перцепции) – мысленные конструкты и образы (понятия) и их отображение в языке (термины), то есть в карте сочетается два типа языка. Наличие двух типов языков – менее абстрактный (иконический) и более абстрактный (знаковый) - позволяет достичь большего эффекта.

Карты и другие картографические изображения представляют собой особый способ отображения действительности, пространственные модели реальных явлений, передающие их количественные и качественные характеристики, структуру, взаимосвязи и динамику (Салищев, 1982, с. 4). Специфику карт определяют: математически определенное построение, использование особых знаковых систем (картографических символов), отбор и обобщение изображаемых явлений. Математическое построение позволяет перейти от физической поверхности Земли к ее изображению на плоскости. Сложная математическая поверхность Земли заменяется в картографии поверхностью эллипсоида вращения или поверхностью шара. Затем поверхность эллипсоида или шара изображается на плоскости. Развернуть сферические поверхности на плоскости без искажений невозможно. Поэтому для перехода к плоскости используют картографические проекции, которые устанавливают определенную функциональную зависимость между координатами точек на эллипсоиде и на карте.

Карта обладает следующими свойствами (Салищев, 1982; Берлянт, 1986):

1.Она двумерна, но с помощью знаков можно передавать эффекты третьего измерения и даже большего числа измерений.

2.Изображение поверхности на ней искажено, поскольку сферическую поверхность нельзя перенести на плоскость без искажения. Сама земная поверхность очень неровна, поэтому на картах даются не реальные линии, а горизонтальные проложения, то есть проекции наклонных линий на горизонтальную плоскость.

3.Карта – аналог географического пространства, поскольку на ней сохраняется пространственное подобие местности.

4. Явления на территории показываются на картах избирательно.

5.Карта обладает свойством синтетичности, то есть способностью отображения целостных систем.

6.Карта в отличие от других средств коммуникации дает не последовательность знаков (то есть в одномерном пространстве), а их множество одновременно (что достигается использованием модели двумерного пространства), что дает возможность их пространственной комбинации, то есть сложения, взаимного перекрытия, соседства, объединения, пересечения и т.п.

7.Картографическая информация не исчерпывается нагрузкой карты, а проявляется и через отношения между изображаемыми явлениями (взаимосвязь, зависимость, положение, конфигурация и т.п.), Часть картографической информации присутствует на карте как бы в скрытом виде и может быть выявлена в ходе различных логических и математических процедур: пространственной корреляции, сложения и вычитания поверхностей, разложения поверхности на фоновую и остаточную и др.

8.Карта – это не только знаковая, но образно-знаковая модель действительности. Эта модель возникает в системе «карта – пользователь (читатель) карты» в ходе восприятия картографического изображения. Формирование образа связано со знаками (формой, цветом, размером, ориентировкой и др.), их пространственной комбинацией, взаимным расположением, положением относительно пространственных координат, характером совмещения, взаимного расположения и т.д.

9.На картах проявляются различные формы связи пространства и времени. Карта имеет два основных пространственных измерения – широту и долготу. С помощью изогипс вводится еще одно измерение – высота. Для небольших участков карта хорошо соотносится с метрикой эвклидова пространства, но для больших пространств уже необходимо учитывать сферичность земного пространства.

10.Цветной фон, штриховка и другие картографические значки позволяют показать размещение разнообразных характеристик (природных, хозяйственных, технических и др.), что делает карту, условно говоря, многомерной.

11.Информация, которую можно получить по карте, бесконечна. Хотя количество знаков, имеющихся на карте ограничено, бесконечным является количество пространственных отношений между ними.

На самых ранних картах расстояния показывались в функционально значимых показателях - время в пути, усилия, опасности в пути давали полезную меру длины пути. Таким образом, на этих картах присутствовала не физическая истина, а функциональная. Впоследствии изобретение приборов и требования к точному изображению земельных владений заставили использовать геометрические принципы, сферическую и эвклидову геометрию. Карты стали более унифицированными: от отображения сложных, часто субъективных представлений о мерах усилий на преодоление расстояний (меры усилий часто менялись в связи с совершенствованием транспортных систем), перешли на нейтральную систему эвклидовой геометрии, что позволяет использовать карты для разных целей.

Но необходимость в функциональных расстояниях осталась. Людям недостаточно знать расстояние, вычисленное в эвклидовой метрике. Поэтому они преобразуют унифицированное физическое пространство в функциональные: субъективные перцептуальные и/или конкретные физические пространства. Чтобы быть функционально полезными, карты должны точнее отражать наше восприятие окружающей среды.

Одним из путей приближения карты к функциональным требованиям является показ на картах среднего времени проезда между населенными пунктами, то есть в этом случае имеет место сочетание физических и функциональных мер расстояния. Но время проезда зависит от типа транспорта, условий погоды, времени суток. Поэтому в идеале нужно показывать все эти варианты, что делает карту очень перегруженной.

В последние десятилетия стали составлять анаморфированные карты, на которых координатная система снята, а расстояния соответствуют затратам времени, мерам усилий на преодоление расстояния или какому-либо другому показателю. Цель таких карт состоит в подаче географического содержания в такой картографической форме, которая позволяет достичь более значительной эффективности и наглядности в изображении определенных географических явлений.

Анализ такого рода карт, а также картографирование поверхности планет Солнечной системы, позволяет уточнить определение понятия «карты»: это образно-знаковые модели приповерхностной оболочки Земли и других планет, использующие пространственные координаты и меры, отображающие различные стороны человеческой деятельности. Наиболее универсальные свойства карт – топологические, которые сохраняют соседство объектов при использовании любых систем координат и мер пространства. Тем самым традиционные топографические и географические карты являются одним из видов карт. Анаморфированные карты – это аналоги географических карт, использующие различные варианты пространственных мер.

Использование знаковых систем в картографии

Карты строятся с использованием особых знаковых систем. Знаки и их системы образуют особый искусственный язык – язык карт.

Картографическая знаковая система представляет собой специфическое языковое образование. Этот язык не есть только совокупность графических изобразительных средств и эмпирически сформулированных правил их применения, но и как объектный язык науки.

Различают точечные, линейные, площадные, внемасштабные знаки. Используют изолинии, псевдоизолинии, способы качественного фона, количественного фона, локализованных диаграмм, точечный, ареалов, значков движения, картодиаграмм, картограмм. В таблице показано применение способов картографического изображения применительно к типам локализации явлений на местности.

Таблица В-1. Система способов картографических изображений ( Стурман, 2003)

Тип локализации явления на местности	Характер передаваемой информации	Условные обозначения
		Немасштабные знаки		Линейные знаки	Площадные знаки
		Способы картографических изображений
В пунктах	качественный	Значки
	количественный
На линиях	качественный	Знаки движения (векторы)		Линейные знаки
	количественный		Локализованные диаграммы
Сплошное распространение	качественный		-	Качественный фон
	количественный		Локализованные диаграммы	Изолинии
				Количественный фон
Рассеянное распространение	качественный		-	Качественный фон
	количественный		Точечный	Количественный фон
На площадях	качественный			Ареалы
	количественный			Псевдоизолинии
Любой	количественный	Картограммы		-	Картограммы

Картографические знаки позволяют (Салищев, 1982, с. 7):

1.значительно уменьшать изображение земной поверхности, что позволяет охватить одним взглядом необходимую часть земной поверхности;

2.передавать три измерения в плоском изображении за счет использования горизонталей (два измерения – длина и ширина), штриховок, тона или цвета для изображения того или иного явления;

3.наряду с показом видимых явлений показывать свойства невидимые или неразличимые глазом (температура, соленость вод, подводный рельеф и др.), не воспринимаемые нашими органами чувств (магнитное склонение, аномалии силы тяжести и др.);

4.исключать малозначимые детали явлений, которые лишь мешают выделять и анализировать главные явления, то есть прибегать к абстракции и генерализации;

5.отображать процессы, перемещения, движения, динамику явлений. Это достигается или с помощью особых знаков или с помощью серии карт.

Процесс отбора и обобщения изображаемых явлений называют картографической генерализацией. Эффект генерализации наглядно виден при сравнении карт разного масштаба, изображающих одну и ту же местность. Изобразить местность во всех масштабах с одинаковой подробностью и насыщенностью невозможно. Например, изображение 1 км местности занимает в масштабе 1:1000 1 м , в 1:100000 – 1 см .

Способы картографического изображения изучалось студентами при прохождении курса «топография и картография» и более подробно в данном пособии не рассматривается. Авторы отсылают читателей к специальным изданиям по картографии также для получения сведений, касающихся надписей на картах, зарамочного оформления, других элементов карт, картографической генерализации (Салищев, 1982; Берлянт, 1986).

Понятие «экологическая карта»

Экологические карты отличаются от тематических географических, геологических, почвенных и иных карт явным или неявным присутствием субъекта (субъектов) оценивания. Благодаря субъекту содержание приобретает оценочный смысл: те или иные характеристики становятся в разной степени ценными, вредными или полезными, нужными или бесполезными и т.д.

Ландшафтная карта или почвенная карта не являются экологическими, поскольку на них нет оценочной легенды, контуры карты не оцениваются. Если контуры карты получают оценку для той или иной деятельности или для жизни человека (качество жизни), то такаю карту уже можно назвать экологической. Субъектами оценивания выступают отдельные виды растений и животных, фито – и зооценозы, биоценозы (биоэкология), группы людей (социумы), общество в целом (экология человека и социальная экология). Развитие экологии в последние десятилетия привело к расширению перечня субъектов. К ним стали также относить биогеоценозы и ландшафты (ландшафтная экология), а также технические объекты (техноэкология), экономические объекты (экономика природопользования), сферы деятельности – сельскохозяйственная, рекреационная. Таким образом, содержание экологических карт охватываетширокий круг вопросов, связанных с проблемами окружающей среды.

На экологических картах используется та же система условных знаков и способов отображения, что и на картах других типов.

С учетом сказанного уточним структуру исследования в экологическом картографировании. В отличии от традиционного тематического географического картографирования, в котором имеет место триада «исследователь-объект (реальность)-карта (модель)», в экологическом картографировании имеет место четыре взаимодействующих элемента: «исследователь-объект (окружающая среда)-субъект(хозяин)-карта» (рис. В-1). То есть в этом случае исследователь вводит критерии субъекта для получения оценки объекта (в данном случае различных элементов окружающей среды) и изображения полученной информации на карте. Субъектами оценки выступают разнообразные составляющие системы «природа-техносфера-общество (человек),

Нужно также учитывать, что любая экологическая карта, ориентированная на одного субъекта (растение, животное, биоценоз, человек, социум и т.д.), не раскрывает экологической ситуации в полной мере, поскольку объективная оценка последней возможна лишь при учете всех субъектов. Таким образом, можно говорить о частных оценках и о комплексных оценках. Это следует учитывать при анализе многих карт, которые дают оценку ситуации с позиции одного субъекта (чаще всего им выступает человек). Учет других субъектов требует переоценки ситуации. Этот вопрос будет рассмотрен в главе 4.

Экологическое картографирование опирается на ряд наук: картографию, картоведение, картологию. Картология изучает теоретические и методологические основы картографирования, не касаясь его технической стороны. Карта как канал передачи пространственной информации – основной объект картологии. Необходимо понимать, что традиционные карты представляют собой один из видов более широкого класса систем, которые отображают пространственные отношения на земной поверхности и на других планетах (и космических телах вообще). Этот вопрос будет рассмотрен в последующих разделах.

Элементы экологической карты

Основными элементами экологических карт выступают содержание, математическая основа, условные обозначения, вспомогательные элементы и дополнительные данные.

Содержание – это главная часть карты, включающая совокупность сведений экологического характера, их размещение, свойства, динамика. На экологических картах используются те же способы изображения, что и на общегеографических картах, а также на таких тематических картах как ландшафтные, почвенные, экономико-географические, геологические, геоботанические и др.

Элементами математической основы выступают картографические проекции, координатные сетки, масштаб. Вспомогательные служебные элементы – это легенда карты, графики для измерений по картам расстояний, углов, площадей, крутизны склонов и др.

В легенде должны присутствовать все применяемые на карте знаки, ясность и краткость текстов, объясняющих смысловое значение знаков. Легенда размещается на полях карты или на свободных пространствах внутри ее рамки.

К вспомогательным элементам карты принадлежат также название карты, сведения об исполнителях, данные о времени составления карты, об использованных источниках, а также название издательства, место и год издания (если карта издана).

На полях карты или ее свободных местах внутри рамки можно поместить дополнительные карты (карты-врезки) и графические построения (профили, диаграммы, блок-диаграммы и др.), таблицы, текстовые данные и фото.

Математическая основа карт

При переходе от физической поверхности Земли к ее отображению на плоскости (на карте) выполняют две операции: проектирование рельефа земной поверхности на поверхность земного эллипсоида и изображение поверхности эллипсоида на плоскости посредством одной из картографических проекций. Поверхность земного эллипсоида рассчитана посредством геодезических и астрономических измерений. Картографическая проекция способ отображения поверхности эллипсоида. В основе использования проекций находится географическая система координат. Исходными элементами этой системы являются северный и южный полюсы и экватор. Сетка меридианов и параллелей привязаны к этим элементам. Меридианы сходятся на полюсах и перпендикулярны параллелям.

Меридианы и параллели выполняют не только формальные функции пространственной привязки объектов, используются для различных расчетов, но и выступают факторами. Параллели соответствуют широте места, с которой функционально связано количество солнечной радиации, поступающей к верхней границе атмосферы.

Наряду с географической системой координат используются сетки прямоугольных координат, которые наносятся на топографические карты наряду с первыми. Прямоугольные координаты позволяют многие построения и вычисления.

Для изображения поверхности эллипсоида на плоскости используют картографические проекции, посредством которых устанавливается аналитические зависимости между координатами точек земного эллипсоида и прямоугольными координатами тех же точек на плоскости. Для сохранения непрерывности изображения картографы вынуждены деформировать поверхность эллипсоида (сферу невозможно разложить на плоскости без разрывов и деформаций, что хорошо видно при попытках сделать это с поверхностью резинового мяча). Поэтому масштаб плоского изображения не может быть постоянным. Искажаются углы, площади и/или расстояния. Проекции, которые передают величину углов без искажения, называются равноугольными. Равновеликие проекции сохраняют площади. Чаще всего используют произвольные проекции, где достигается определенный компромисс между искажением углов, площадей и расстояний.

Выбор проекций осуществляют в зависимости от назначения карты. Если карту планируют использовать для измерения азимутов и углов, то следует использовать равноугольную проекцию. Если важное значение имеют расчеты площадей, то следует использовать равновеликие проекции. В навигационных целях обычно используют цилиндрические проекции. В некоторых случаях удобнее использовать проекции, имеющие сетки с прямолинейными и параллельными друг другу параллелями: в этом случае легко сравнивать широты разных пунктов.

Используют также многогранные и многополосные проекции, на которых имеются разрывы изображения. В этом случае можно значительно уменьшить ошибки в изображении углов и площадей. Такие проекции допустимы в том случае, если нет явной необходимости целостного изображения территории.

Роль проекций особенно велика на мелкомасштабных картах.

Выбор проекций для экологических карт принципиально не отличается от их выбора при географическом или геологическом картографировании.

Краткий очерк истории экологического картографирования.

Еще в палеолите до зарождения письменности человек стал составлять первые планы местности, соединив таким образом окружающую реальность, геометрию и модели. Карта стала основной моделью территории. Рисунки, выполненные на дереве, коре, камне или коже, служили для указания путей перемещения племен, мест охоты и рыбной ловли.

Истоки современной картографии мы находим в античной Греции. Греки установили шарообразность Земли, вычислили ее размеры, разработали первые картографические проекции, стали использовать меридианы и параллели. Карты древности имели большей частью общегеографическое содержание – на них показывалось расположение объектов, дороги, очертания береговой линии, населенные пункты, заливы и проливы, реки, горы. Крупнейшим событием в культуре 15 века стало изобретение книгопечатания, что позволило значительно усовершенствовать составление карт. С 16 века стали публиковаться морские и дорожные карты и атласы. В 18 веке стали проводиться весьма совершенные топографические съемки и составляться топографические карты, которые особенно большое применение стали находить в военном деле.

Тематическая информация (экономические показатели, климат, растительность, природные ресурсы и др.) стала изображаться уже с конца 17 века: Э.Галлей (ветры и магничные склонения – конец 17 – начало 18 века), А.Гумбольдт (распределение температур - 1817 г.). В 1836 – 1941 г. Бергхауз опубликовал знаменитый Физический атлас, содержавший метеорологические, климатические, геологические, гидрологические, магнитометрические, ботанические, зоогеографические, этнографические, антропологические карты. Во второй половине XIX века появились почвенные, океанографические и социально-экономические карты.

Позже – 19 в. и , особенно, 20 в. – карты стали играть большую идеологическую роль. Стали составляться карты политические карты. Особенно большую идеологическую роль карты политического содержания стали выполнять после возникновения геополитики – науки, занимающейся изучением

В связи с космическими исследованиями, космической съемкой планет солнечной системы были созданы весьма совершенные карты поверхности Луны и Марса.

В ХХ веке появились карты природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Термины «экологическая карта», «экологическое картографирование» введены французскими геоботаниками в 70-е годы ХХ столетия применительно к картам состояния растительности и антропогенного воздействия на нее. Под руководством В.Б.Сочавы в эти же годы составлялись карты аналогичного содержания.

Но фактически карты экологического содержания составлялись и раньше. Например, Г.Н.Высоцкий в начале ХХ века составлял карты типов местопроизрастаний и фитотопологические карты.

Карты местообитаний составлял Л.Г.Раменский в 30-40-50-годы ХХ века.

В 60-е годы ХХ века стали составляться карты условий жизни населения, которые с современных позиций также можно назвать экологическими – социоэкологическими. Назаревский, Лопатина.

Широкое распространение получили карты экологического содержания с 70-х годов ХХ века. Тогда они в большинстве случаев не назывались экологическими, а относились к картам оценки природных условий и ресурсов, неблагоприятных и опасных природных процессов и явлений, антропогенных воздействий на природную среду, изменений природной среды, устойчивости ландшафтов, охраны природы и природоохранных мероприятий, распространения болезней. Тогда же появились комплексные карты, на которых в разных вариантах сочетались разнообразные показатели. Доля карт комплексного содержания значительно возросла в 90-е годы.

В 90-е годы появились карты экологической сети и первые экологические атласы: Днепропетровской области, Харьковской области, Российской Федерации и некоторых ее регионов.

Следует отметить эколого- картографические исследования, проводимые в Институте географии НАН Украины (Л.Г.Руденко, Бочковская, В.А.Барановский и др.). Был составлен Медико-экологический атлас Украины (Барановский и др., 1996), Экологический атлас Украины (Барановский, 2000).

В настоящее время это экологическое направление в картографии быстро развивается, что связано с бурным развитием современной экологии. Экологические проблемы привязаны к территории, связаны с территориальными факторами.

Характерной тенденцией является экологизация тематической картографии, что выражается в преобразовании тематических географических, инженерно-геологических, почвенных и других типов карт в экологические. Это проявляется, во-первых, в введении критериев оценки объектов изображения с позиции тех или иных субъектов (чаще всего человека).

Особенно большое значение имеют ГИС-технологии. Они позволяют выставить слои (причем очень много), представлять их в разных вариантах, в разной последовательности, что облегчает сравнение. Компьютерные карты на гетопологической основе должны стать основой для лесной таксации, почвенных съемок. Возникла гео- информатика, которая способствовала интеграции исследований представителей разных научных направлений, особенно картографии, географии, экологии, дистанционного зондирования. Формируются геокосмические информационные системы, возникло новое направление - геоиконика (А.М.Берлянт). Сформировался языковой подход в отношениях «карта – снимок», когда осуществляется трансляция языка снимка в язык карты (А.А.Лютый): в этом случае два встречных процесса – проектирование съемок для получения изображения с наперед заданными свойствами и автоматическое дешифрирование постепенно размывает границу между картой и снимком, благодаря чему образуется непрерывный ряд типов гибридных композитных изображений (Ю.Ф.Книжников). Тем самым происходит интеграция трех форм данных: цифровых (машинно-графических), картографических и «фотоподобных».

Сформировалась триада «картография – дистанционное зондирование – ГИС», которая становится основой решения мониторинга и прогноза природных процессов.

В данном учебном пособии вопросы интеграции картографии, ГИС-технологий и дистанционного зондирования не рассматриваются, учитывая, что в учебном плане специальности «экология и охрана окружающей среды» имеются учебные курсы «космическая экология», «ГИС в экологии», а на 5 курсе – «новые компьютерные технологии». Именно там гибридные системы и интеграция картографии, дистанционного зондирования и ГИС-технологий становятся предметом изучения.

Вопросы и задания к Введению:

1.Каковы цели и задачи курса «экологическое картографирование» ?.

2.Какова роль экологического и ресурсного картографирования в подготовке специалиста-эколога.

3.Перечислите задачи курса «экологическое картографирование».

4.Перечислите знания, умения и навыки, получаемые при изучении учебного курса.

5.В чем главные отличительные особенности экологического картографирования ?

6.Какие основные действия включает экологическое картографирование ?

7.Дайте определение понятиям «карта», «экологическая карта». Чем экологические карты отличаются от других типов карт ? В чем сходство экологических карт с картами других типов ?

8.В чем заключается роль экологического картографирования в подготовке специалиста эколога ?

9.Перечислите свойства карт.

10.Какую роль играет географическая система координат ?

11.Для чего используется прямоугольная система координат ?

12.Перечислите способы картографических изображений.

13.Перечислите главные субъекты и объекты экологических отношений.