2.4.Эколого-картографическая интерпретация ландшафтных контуров и границ.

Пространственные уровни

В географии и других науках о Земле выделяют несколько пространственных уровней – обычно три основных: глобальный, региональный и локальный, каждый из которых нередко делится на подуровни. Можно ограничиться следующими уровнями (размеры в поперечнике):

1.десятки метров - локальный

2.сотни метров – макролокальный

3.километры – десятки километров – микрорегиональный

4.сотни километров – региональный

5.тысячи километров – макрорегиональный

6.десятки тысяч километров – глобальный.

На каждом уровне действуют разные факторы дифференциации.

На уровне макросклонов гор действуют барьерные эффекты по отношению к воздушным массам. В результате на наветренных склонах увеличивается количество атмосферных осадков, на подветренных – уменьшается. Задержание холодных арктических низких зимних воздушных масс горами приводит к повышению температуры на ЮБК и в юго-западном секторе предгорий.

Крутизна макросклонов не очень значительна, поэтому экспозиционные инсоляционные различя проявляются не так резко, как на локальных уровнях.

Высота над уровнем моря (гравитационная экспозиция) приводит к возникновению высотной ландшафтной поясности.

Морфоизографы на этом пространственном уровне представляют продукт пространственного обобщения, то есть вдоль гряды гор имеет место многочисленные изломы. Эффект разбегания или сбегания поверхностных водных потоков на уровне гор проявляется слабо. К тому же при большом радиусе кривизна невелика - K = 1/R..

Склоны и вершины крупных массивов (Чатырдаг, Куболач, Бабуган и др.), крупные долины и котловины Характерные размеры – 5-15 км (у долин и вершин ширина меньше). Роль барьерных эффектов уменьшается, высотная поясность проявляется слабее, но возрастает роль инсоляционной экспозиции. Начинает проявляться эффект склоновой микрозональности (Мильков, 1982).

Уровень холмов, склонов оврагов и балок. На этом уровне наибольшее выражение получают инсоляционные различия (в соответствии с законом G G G ). Склоновая микрозональность достигает максимального выражения, что проявляется в перераспределении стока и минерального вещества. Очень резко проявляется перераспределение снега, дифференциация скорости ветра. Некоторое значение имеет геометрическая проекция капель дождя на склоны (Щербань, 1985).

В целом соотношение пространственных уровней и проявления процессов показан в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Соотношение пространственных уровней геосистем и дифференцирующих механизмов

	Пространственные уровни
	Горные системы	Горные массивы	Холмы, гряды
Инсоляция	+	++	+++
Передувание снега	-	+	+++
Склоновое перераспределение воды	-	+	+++
Барьерные эффекты - температура	++	+	-
Адвективная экспозиция – атмосферные осадки	+++	+	-
Перараспределение минерального вещества	?	+	++
Высотная поясность	++	+	-
Геометрическая проекция капель дождя	-	?	+
Плановая конвергенция и дивергенция потоков воды	-	?	++

Здесь: +++ очень сильное проявление; ++ достаточное проявление; + заметное проявление; - отсутствие проявления

Однако изменение ландшафтов с высотой на локальном уровне происходит по иным причинам, а именно в форме проявления склоновой микрозональности (Мильков, 1987): перераспределение вниз по склону воды, рыхлого материала, химических элементов, сток холодного воздуха. Действие этого эффекта как бы противоположно действию высотного градиента температуры и осадков: если высотная поясность характеризуется появлением более увлажненных ландшафтов с ростом высоты, то на локальном уровне увлажнение ландшафтов растет с уменьшением высоты, то есть вниз по склону.

Горно-приморский позиционный эффект, связанный с влиянием моря, на локальном уровне практически не действует – его пространственный градиент невелик и эффект начинает проявляться на расстояниях в несколько километров.

Циркумостровной эффект также начинает действовать на расстоянии в несколько километров, поэтому на локальном уровне он крайне незначителен.

Также незначительно проявляют себя барьерные циркуляционные эффекты:

различия температуры и осадков на склонах разной экспозиции.

Зато на локальном уровне сильно проявляются инсоляционные эффекты. Как известно (Черванев, Боков, Тимченко, 2004), в геосистемах проявляется закон уменьшения средних пространственных градиентов с ростом размеров геосистем

G G G

где G - градиенты на локальном уровне, G - градиенты на региональном уровне, G - градиенты на глобальном уровне. В результате, на локальном уровне инсоляционные различия между склонами северных и южных экспозиций холмов и склонов оврагов и балок эквивалентны перемещению по широте на 1000 км.

На локальном уровне проявляются также ряд других геометрических факторов пространственной дифференциации. Среди них ээфекты разбегания (дивергенции) и разбегания (конвергенции, концентрации). Первые происходят на выпуклых в плане склонах (торцевые части гребней и водоразделов), вторые – на вогнутых в плане склонах (это обычно водосборные воронки, амфитеатры в речных долинах). Л.К.Давыдовым и Н.Г.Конкиной (1958) установлено, что жидкий подземный сток на выпуклых склонах обратно пропорционален радиусу кривизны их конутров. Зависимость поверхностного стока от формы склонов в плане показана А.Дж.Джеррардом (1984).

На локальном уровне действуют некоторые из названных эффектов, но к ним добавляются новые. Высотный температурный градиент уже не имеет того значения, поскольку в пределах небольших по высоте холмов и гряд изменение температуры с высотой невелико

Радиация на склонах

Алгоритм расчета прихода составляющих радиационного баланса на склоны дали К.Я.Кондратьев (1965) и Heywood H. (1965). Поток прямой солнечной радиации на поверхность склона ( S ) может быть определен по формуле:

S = S cos i,

где i – угол падения солнечных лучей на поверхность склона, а cos i,

определяется по формуле

cos i = cos sin h + sin cos h cos

Здесь - угол наклона склона, h - высота солнца, = - где и - азимуты солнца и проекции нормали к склону на горизонтальную плоскость, отсчитываемые от плоскости меридиана (при условии. Что азимуты положительны при отсчете в направлении часовой стрелки).

Высота и азимут солнца определяются следующими соотношениями:

sin h = sin sin + cos cos cos ;

cos = (sin h sin - sin ) / (cos h cos ) ;

sin = cos sin / cos h ,

где - широта; - склонение солнца; - часовой угол солнца в данный момент времени, отсчитываемый от момента истинного полдня (как и для азимутов принимается положительным при отсчете в направлении часовой стрелки).

Из этих формул можно вывести предельный вариант для горизонтальной (S ) поверхности:

S = S sin h ;

Упрощается расчет и для различных вариантов вертикальной ( S ) поверхностей, поскольку (угол наклона склона) принимает значение 90 (sin 90 равен 1, а cos 90 равен 0).

Рассеянная радиация, поступающая на склоны ( D ) может быть определена по формуле

D = D cos ,

где D - рассеянная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, - как и ранее угол наклона склона.

Из формулы видно, что с ростом угла наклона поступление рассеянной радиации на склон уменьшается, что естественно, так как часть небосвода в этом случае отсекается от склона.

Эффективное излучение склонов ( F ) меньше эффективного излучения горизонтальной поверхности ( F ). Для склонов не более 30 расчет можно производить по следующей формуле:

F = F cos .

Понятно, что при = 0 (горизонтальная поверхность) выражение cos обращается в единицу, а при = 90 (вертикальная поверхность) выражение cos становится равным нулю, а тем самым нулю равно F cos , чего нет в действительности. Но для склонов крутизной не более 30 формула дает удовлетворительные результаты.

Для расчета остаточной радиации (радиационного баланса) склонов можно использовать предыдущие формулы (при дополнительном учете альбедо подстилающей поверхности и облачности).

В общем виде поступление воды в почву за счет летних дождей на участке склона может быть определено по такой формуле:

R = r + r (1- ) (1+ + + …. + …. ),

где R - количество влаги в кг/м , поглощенное в течение вегетационного периода почвой и растительным покровом на n-ом участке склона за счет летних дождей, r - осадки небольшой интенсивности в кг/м , полностью идущие на впитывание, r - осадки большой интенсивности, перераспределяющиеся по склону, - коэффициент, характеризующий сток осадков с n - го участка.

Величина коэффициента определена эмпирически для различных типов почв и склонов и при осадках различной интенсивности и разной влажности почвы. При недостаточном увлажнении почвы и хороших инфильтрационных свойствах коэффициент равен нулю при малых осадках, а при осадках значительных (1-2 мм/мин) он равен 0,10-0,15. Если влажность почвы приближается к полевой влагоемкости, коэффициент колеблется от 0,5 до 0,75. При этом инфильтрационные свойства влияют на величину коэффициента значительно меньше.

Следует отметить, что в зависимости от крутизны и формы склона (вогнутый, выпуклый, прямой, ступенчатый и пр.), инфильтрационных характеристик грунта, характера растительного покрова числовые значения могут значительно меняться, но общая закономерность перераспределения части воды вниз по склону будет оставаться.

F = F cos .

Рассеянная радиация склонов всегда меньше рассеянной радиации склона и может быть рассчитана по формуле:

D = D cos .

Некоторые закономерности перераспределения солнечной радиации, поверхностного стока и снега демонстрируются на рис.2.10, на котором изображен физико-географический профиль через хребты Карагач и Балалы-Кая в Карадагском природном заповеднике. При расчете прямой солнечной радиации учитывалась не только крутизна и экспозиция склонов, но и затенение соседними склонами. Поэтому некоторые нижние участки склонов южной экспозиции получают меньше радиации, чем при расчете с помощью традиционного метода (см. выше). На рисунке также показаны формы горизонтального перераспределения поверхностного стока. В зависимости от формы склонов в плане – прямой, выпуклой, вогнутой, а также от степени пересеченности склонов эрозионными врезами, имеют место концентрация поверхностного стока, его разбегание за пределы участка или происходит перемещение сверху вниз более или менее параллельными друг другу струями.

Учет ландшафтной структуры и взаимодействий геосистем при оценке переноса и накопления загрязнений.

Знание ландшафтной структуры позволяет более успешно производить территориальную интерпретацию экологической информации: ее интерполяцию и экстраполяцию, нахождение границ, выявление динамических тенденций, выявление барьеров и других ограничивающих распространение загрязнение объектов. Знание уровня устойчивости ландшафтных комплексов позволяет представить последствия антропогенных воздействий (об этом подробнее см. ниже). Ландшафтная структура позволяет также более правильно определить размещение точек, маршрутов и трансектов наблюдения, систему выборочных и ключевых участков, их количество.

В целом ландшафтная информация выступает предпосылкой составления собственно экологических карт. Элементы содержания ландшафтных карт могут быть элементом содержания тех или иных видов экологических карт. Их наличие облегчает дальнейшее использование экологических карт, их анализ, сопоставление с другой информацией, корреляции и т.д.

Ландшафтно-экологическое значение структурных линий. Каждая линия есть раздел сплошности или плавные переходы земной поверхности и ландшафтно-экологического пространства.

Линия L - водораздельная. Она четко разграничивает водные потоки (выпавшие жидкие атмосферные осадки), даже если водораздел плохо выражен и практически не виден. Эта линия выполняет и светораздельную функцию: обычно по водораздельным линиям проходят границы экспозиций.

Линия L соответствует тальвегам. Это также светоразделительные линии и линии конвергенции водных потоков. На этих линиях происходит сбор не только воды, но и загрязняющих веществ, которые могут быть растворены в воде, могут быть влекомы водой и воздухом (движущимся вниз по долине).

При переходе через линии и изменяются циркуляционная и инсоляционная экспозиции, а значит и увлажненность, радиация, концентрация вредных химических и радиоактивных веществ. Они ограничивают элементарные ландшафты с расположенными в разных квадрантах векторными линиями с различными инсоляционной, гравитационной и циркуляционной экспозициями, являющимися непроницаемыми границами для нисходящих потоков по земной поверхности. К сожалению, отмечает А.Н.Ласточкин (2001), эти элементы, являясь главными распределителями на земной поверхности солнечных лучей, атмосферных осадков, нисходящих и сублатеральных перемещений воздушных, водных и минеральных масс, обычно не фиксируются на ландшафтных картах.

Нужно отметить, что роль линии L зависит в большой степени от характера водораздельной линии: если она слабо выражена, то ее роль в смене величины радиационных потоков и других характеристик невелика, то есть она для радиационных характеристик не выступает ощутимой границей. Но по отношению к водным потокам эта граница всегда отчетлива.

Линии L и L определяют смену интенсивности и формы жидкого и твердого стока по земной поверхности и в почвенном покрове, смену скорости эрозии почв и других процессов и условий. Уровень грунтовых вод приближается к линии L и удаляется от линии L . Элементарные границы L соответствуют ландшафтно-геохимическим барьерам с повышенным содержанием вредных компонентов, что связано с уменьшением скорости нисходящих потоков. Линии L , наоборот, фиксируют зоны с максимальной промывкой и наименьшей концентрацией этих компонентов.

Линии L L отражают зоны наиболее и наименее интенсивного нисходящего твердого и жидкого стока, а также разрушения почвенного покрова.

С пересечением морфоизограф (L ) меняется горизонтальная кривизна, концентрация нисходящих по земной поверхности потоков, степень рассеяния, оврагообразование, содержание вредных компонентов и др.

С пересечением линий максимальных и минимальных уклонов и выпуклых и вогнутых перегибов склонов связано изменение вертикальной кривизны и уклонов, характер и интенсивность общей денудации, водной эрозии и увлажненности почв, склоновых процессов и балансов нисходящих в лито- и гидродинамических потоках химических и радиоактивных веществ.

Упомянутые изменения неизбежно проявляются во всех компонентах ландшафта.

Но границы могут возникать и в других местах из-за взаимодействия и возникновения новых эффектов (эмерджентность и пр.).

Нисходящие потоки отражаются в виде линий тока (векторных линий) по земной поверхности. Под линией тока понимается кривая, в каждой точке которой вектор касается ее. Через каждую точку земной поверхности проходит лишь одна линия тока. Совокупность векторных линий отражает токовое направление, перпендикулярное эквипотенциальному направлению горизонталей. Эти линии позволяют прослеживать потоки.

Анализ переносов загрязнений в атмосфере, реках, подземных водах, почве.

Методика ОНД-86 позволяет выполнение расчетов и построение изолиний концентрации загрязняющих веществ на основе решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии с введением ряда упрощений в виде коэффициентов.

Производится расчет ПДВ, исходя из максимально возможных при земных концентраций при наихудших условиях рассеяния 5% повторяемости. В этой программе не предусмотрен расчет полей загрязнения при конкретных метеоусловиях.

Наиболее часто составляются карты загрязнения атмосферного воздуха. Для их составления необходимо учитывать следующие факторы:

1.Источники загрязнения воздуха: выбросы промышленных предприятий (обычно через трубы), загрязняющие вещества, попадающие в воздух с поверхности почвы, городских покрытий и др., трансграничные загрязнения. Для изучаемой территории необходимо представить объемы и характер каждого типа загрязнения.

2.Далее необходимо учитывать характер распространения каждого вида загрязнителя в воздушной среде, время пребывания загрязнителей в воздухе, характер метеорологических процессов (циркуляция, стратификация, скорость ветра и др.). Расчеты переносов загрязнений в воздухе производятся с помощью различных моделей, например ОНД-86 и ее модификаций. Важно понимать, что концентрация загрязнителей вокруг очага загрязнения отвечает гиперболической зависимости, то есть сначала она убывает быстро, а затем все медленнее (рис. 2.11).

Часто приходится рассматривать ситуации, связанные с выбросами загрязнений в атмосферу из заводских труб. Выбросы могут быть разовыми (например залповые выбросы) и постоянными. На рис.2.12 изображена ситуация при залповом выбросе. В период времени t₁ концентрация поллютантов максимальна у трубы вдоль по ветру, а впоследствии – t₂, t₃, t₄ - ареал загрязнения смещается в соответствии с направлением ветра, расползаясь в пространстве, что сопровождается уменьшением концентрации. Правая часть рисунка (В) дополняет картину изображением ситуации по профилю.

Рис. 2.12 . Распространение загрязнений из заводской трубы (залповый выброс)

При постоянном выбросе (рис. 2.13) максимум все время у трубы (со смещением по ветру), а ареал распространения поллютантов захватывает все большее пространство до установившегося состояния – момент времени t₄.

Рис.2.13. Распространение загрязнений из заводской трубы (постоянные выбросы)

2.5.Роль геотопологического анализа в интерполяции и экстраполяции экологических характеристик.

Точек наблюдений на территории немного (метеорологические станции и посты, полустационары и др.), поэтому для получения площадной картины необходимы интерполяция и экстраполяция значений, полученных в точках.

Математическая интерполяция в прямом виде невозможна, поскольку природная дифференциация между точками очень велика. Выведено соотношение G G G (Боков, 1991; Черванев, Боков, Тимченко, 2004), которое показывает, что градиенты на локальном уровне выше, чем на региональном, а на последнем выше, чем на глобальном. Иными словами, чем крупнее масштаб, тем выше пространственные градиенты.

Для территориальной интерполяции можно использовать два подхода: континуальный и дискретный. При континуальном подходе предполагается, что доминируют плавные изменения характеристик, которые могут быть линейными или нелинейными. Дискретный подход необходимо использовать в том случае, елси есть основания считать, что имеют место резкие пространственные изменения (разрывы) параметров. Эти изменения обычно происходят на границах ландшафтов. В последнем случае используется ландшафтно-географическая интерполяция, в основе которой находится выделение геосистем соответствующего ранга (на каждом уровне свой тип геосистемы) и в их пределах определение пространственных различий (трендов и пр.).

На крупных уровнях интерполяция сопровождается пространственным сглаживанием характеристик. Например, производится выделение южного макросклона Крымских гор как единого целого со сглаживанием неоднородностей (фоновая поверхность). Для него определяется сглаженное значение атмосферных осадков и других климатологических и гидрологических характеристик.

Любой более крупный уровень по отношению к рассматриваемому уровню выступает в качестве фонового. Фон задается плоскостным распределением (прямой или криволинейной плоскостью, а на профиле – линией). Изменение в пределах фона обязательно должно иметь меньший градиент по отношению к пространственному изменению в пределах рассматриваемого уровня.

Рассмотрим, например, как можно рассчитать распределение прямой солнечной радиации по юго-юго-восточному и северо-северо-западному макросклонам Крымским гор. Их крутизна равна соответственно 7 град. и 3 град. Сначала определяем трендовую поверхность изменения прямой радиации в пределах Крыма и прилегающих территорий. Прямая радиация увеличивается с северо-северо-запада на юго-юго-восток. Зависимость прямой радиации (S) от широты ( ) выражается функцией вида

S = а + b , где а и b эмпирические коэффициенты.

Изменение прямой радиации по широте невелико. Оно значительно меньше по сравнению с изменениями, связанными с рельефом, прежде всего склонами, а также с облачностью. Для Крымских гор в целом выделяем три основных плоскости рельефа: северный (точнее северо-северо-западный) макросклон, южный (точнее – юго-юго-восточный) макросклон, яйлы (почти горизонтальная плоскость). Для каждого из них можно рассчитать поступающую прямую радиацию, исходя из крутизны и экспозиции поверхностей: на С меньше на 3%, на Ю больше на 6%. На яйлах, как можно понять, изменений по сравнению с зональным трендом не будет. Наносим эти отклонения на линию тренда. Линия становится ломаной.

Выделим склоны следующего порядка – крупных массивов (Чатырдага и пр.). У них средняя крутизна склонов будет больше (в соответствии с законом G G G ). В соответствии с этим линия становится еще более ломаной.

Склоны более мелкого уровня в среднем становятся еще более крутыми, что приводит к еще большим искривлениям линии.

Атмосферные осадки. Их распределение зависит от многих факторов: высоты над уровнем моря (H), барьерного эффекта (B), относительной высоты по отношению к окружающей территории (в радиусе 6-10 км) ( H = Н - Н ), облесенности территории (в пределах 20-30 км) (F), расчлененности территории (R ), расстояния до осевой части гор (L). Расчлененность территории в предeлах одного типа горной системы (какой является Крымские горы) хорошо коррелирует с высотой над уровнем моря, поэтому этот фактор можно опустить. Расстояние до осевой части гор в целом неплохо коррелирует с высотой над уровнем моря. Однако, если пункт находится в долине, то есть находится на небольшой высоте, то эта связь нарушается. Вопрос решается, если учесть относительную высоту территории. В этом случае пункты, находящиеся в долинах и сравнительно близко к осевой части гор, имеют отрицательную относительную высоту, то есть тем самым учитывается комплекс признаков. Для учета барьерного эффекта профиль осадков можно описать синусоидальной функцией со сдвигом. Но наличие плосковершинных поверхностей на яйлах приводит к уменьшению осадков на них и осложняет функцию.

Таким образом, необходимо учитывать следующие факторы:

1.Высота над уровнем моря. Необходимо рассчитать высотный градиент и по нему расчитывать величину осадков в любой точке.

2.Барьерный эффект. Поскольку доминирующими влагонесущими потоками являются северо-западные и юго-западные, можно было бы использовать синуосоидальные функции для этих двух направлений. Однако можно поступить проще: производить интерполяцию осадков по каждому из направлений, используя величины осадков на метостанциях в соответствующих секторах гор (эти величины уже как бы включают барьерные эффекты) и высотные градиенты.

3.Относительная высота пункта. Роль этого фактора рассчитывалась на основе графика зависимости осадков от него. Зависимость носит прямой характер, то есть чем больше разница Н - Н , тем больше осадков.

Ключевым вопросом является нахождение для каждого пространственного уровня адекватного фона, то есть фона с достаточной степенью точности описывающего каждый пространственный уровень. Как рассчитывается фон ?

1.На основе графических методов (метод скользящего окна) и аналитических функций (полиномов и пр.), методом регрессии, аппроксимацией той или иной зависимостью.

2.Он может быть дан на карте мелкого масштаба. Нужно при этом быть уверенным, что автор произвел интерполяцию правильно.

3.Для построения фоновой поверхности на исследуемой территории проводится необходимое число линий-профилей, по которым производится последовательный расчет каждого климатологического и гидрологического параметра с нанесением интегральной линии. Число линий-профилей зависит от требуемой точности. Затем соединяют точки с одинаковыми значениями на соседних профилях.

4.По космическим снимкам, по аэрофтоснимкам – в этом случае происходит как бы генерализация и снятие мелочей, деталей.

Морфодинамический анализ позволяет решить две задачи интерполяции и экстраполяции: прямую и обратную. Прямая задача: установить как характеристики местоположения влияют на свойства ландшафта (геосистемы). Прямая задача решается в ходе наблюдений на репрезентативных участках, в которых проводят наблюдения за соотношениями местоположений и характеристиками ландшафта.

Обратная задача: определение (диагноз и прогноз) показателей, характеристик в пределах, не охваченных непосредственными наблюдениями элементарных ландшафтов с учетом полученных при решении прямой задачи корреляций между качествами ландшафта и геотопологическими параметрами, внешними и внутренними факторами.

Для этого распространяют данные, полученные при решении прямой задачи на некотором количестве точек, на другие территории.

Более подробно о методах пространственного анализа см. в учебном пособии:

Боков В.А. Пространственный анализ в территориальном планировании. – Симферополь: Таврический нац. ун-ет, 2003.

Роль местоположений в пространственной дифференциации ландшафтной среды, климата и гидрологических условий стала изучаться еще сто лет назад в работах Г.Н.Высоцкого, несколько позже в работах Р.Гейгера, Л.Г.Раменского, Б.Б.Полынова и других ученых. В обобщениях сотрудников ГГО (Микроклимат ССС, 1967; Романова, 1977 и др.) было показано, что климатические различия между контрастными по микроклимату соседними участками соответствуют изменению метеорологических величин на 10 градусов широты и на 1000 м высоты. Такие большие горизонтальные контрасты связаны с экспозиционными инсоляционными различиями, перераспределением по склонам влаги и минеральных частиц.

Картографирование экологических проблем, связанных с поверхностными и подземными водами

Решение этой задачи требует знания основных закономерностей переноса склонового стока, русловых и подземных вод.

В общем виде поступление воды в почву за счет ливней на склоне может быть записано следующим образом (Романова, 1977, с.13):

W = - r (1 - a ) (1 + a + a a + … + a a … a ),

где W – количество воды, поглощенной в течение вегетационного периода почвой и растительным покровом на n – м участке склона; - небольшой интенсивности, полностью идущие на впитывание; r - осадки, перераспределяющиеся по склону; а – коэффициент, характеризующий сток с n – го участка.

Геотопологические основы составления экологических карт.

Пространственная структура геотопов (топов) образует своего рода инвариант геокомплексов, составляет относительно устойчивый (в пределах заданного или принятого временного масштаба) каркас, определяющий пространственно-временной набор процессов, распределения и перераспределения важнейших потоков (тепла, влаги, минеральных частиц, химических элементов, загрязнителей). Особенно устойчивым является их относительное распределение между составляющими геосистему элементарными ландшафтами. В этом распределении, подчеркивает А.Н.Ласточкин (1995, с. 116), отмечается своеобразный кумулятивный эффект – обусловленное усточивостью местоположений смежных элементарных поверхностей суммирование со временем разностей в значениях гидроклиматических, биогеографических и других показателей, в коцентрации или расходе (вымывании) вредных (химических, радиоактивных) и полезных (гумус) компонентов в их пределах. Это суммирование за годы, десятилетия и столетия, несмотря на нерегулярность и возможную существенную изменчивость абсолютного количества доставляемого вещества и энергии, в конечном счете и обеспечивает ландшафтную дифференциацию и ее различные внешние проявления в почвенно-растительном покрове и зооценозах.

Ландшафтные карты как основа составления экологических карт.

Ландшафтные карты не являются экологическими картами в прямом смысле слова. Но они дают большую информацию для интерпретации экологических материалов. Они показывают, какие участки однородны,

Учет ландшафтной структуры, взаимодействий геосистем, переноса загрязнений, накопления загрязнений.

Горный Крым

Горный Крым можно представить в виде эллипса, длинная ось которого ориентирована с запада-юго-запада на восток-северо-восток. Эллипс Крымских гор разбит на четыре части (юго-юго-западный, юго-юго-восточный, северо-северо-западный и северо-северо-восточный).Наиболее сильными дифференцирующими факторами являются экспозиционный и гравитационный (изменение явлений с высотой). Основными пространственно дифференциующими механизмами на этом уровне выступают, как было показано выше, являются следующие: барьерные эффекты (температура), адвективная (циркуляционная) экспозиция (атмосферные осадки) и высотная поясность.

Проявление эффектов циркуляционной экспозиционной дифференциации атмосферных осадков можно продемонстрировать с помощью рис.2.14.

Рис.2.14. Распределении атмосферных осадков по секторам гор

Для каждого сектора подсчитаны средние величины атмосферных осадков холодного и теплого периодов и в сумме за год. Использованы данные всех метеорологических станций. В холодный период года, когда выпадение осадков в значительной степени связаны со средиземноморскими циклонами, наибольшее количество осадков выпадает в юго-западном секторе (407 мм), а минимальное –в северо-восточном (185 мм). Летом при доминировании осадкоформирующих западных воздушных масс наибольшее количество осадков выпадает в северо-западном секторе (344 мм) при минимуме в юго-восточном (296 мм). В сумме за год максимум наблюдается в юго-западном секторе, а минимум в восточных секторах.

За пределами эллипсов показаны величины осадков, относящиеся к полукругам эллипсов: северных, южных, западных и восточных. Видно, что осадки западных секторов превышают осадки восточных, а различия между северными и южными секторами небольшие.

На рис. 2.15. показано распределение по названным секторам годового модуля стока. В западных секторах модуль стока явно выше по сравнению с восточными, а в южных в среднем сток выше, чем в северных, но за счет юго-западного сектора, ибо юго-восточный сектор выделяется своим абсолютным минимумом.

Рис. 2.15. Распределение модуля речного стока по секторам гор

Эффекты действия различных экспозиционных эффектов показаны на рис. на примере профиля, проведенного через Крымские горы с северо-северо-запада на юго-юго-восток (рис.2.16). В его пределах проявляется действие следующих пространственно дифференцирующих механизмов (факторов):

1.высотный температурный градиент;

2.горно-приморский позиционный эффект, связанный с влиянием моря, проявляющийся в увеличении в направлении от моря континентальности и количества осадков ;

3.циркумостровной эффект связанный с влиянием гор, проявляющийся в увеличении к центру гор атмосферных осадков (в большой степени пресекается с эффектом первого пункта);

4.барьерный эффект 1: снижение температуры на северных и северо-восточных склонах Крымских гор и повышение температуры на противоположных склонах за счет блокирования холодных и теплых воздушных масс;

Рис. 2.16 . Проявление факторов ландшафтной дифференциации в Крыму

5.барьерный эффект 2: увеличение количества осадков на наветренных склонах и уменьшение на подветренных;

6.инсоляционные эффекты: повышение температуры на южном макросклоне Крымских гор (понижение температуры на северном макросклоне невелико из-за небольшой крутизны северного макросклона – 3-4 ).

3.Классификация экологических карт

1.Что такое классификация

Классификация – это разбиение множества на группы по тем или иным признакам. Научная классификация карт облегчает изучение свойств и закономерностей, присущих различным видам карт, необходима для каталогизации карт и их систематического размещения в библиотеках (картохранилищах), для обработки и поиска картографической информации.

Любые карты различаются по масштабу, территориальному охвату, тематике (содержанию), назначению и функциям, математической основе, языку и др. (Салищев, 1982). По назначению различают карты справочные, учебные, научно-поисковые, производственные и др. По уровню комплексности и степени охвата проблемы различаются отраслевые и комплексные карты. Экологические карты также делятся по этим признакам. Но для экологических карт не менее важным признакам является соотношение субъектов и объектов, в том числе соотношение функций природных и природно-хозяйственных систем и требований субъектов к экологическим условиям.

Принципы классификации

Любая классификация должна удовлетворять ряду логических требований:

а.при иерархической классификационной системе необходим переход от общего понятия (например, класса) к частным – подклассу, виду и т.д. В этом случае широкое понятие постепенно расчленяется на более узкие. Например, на первом этапе карты можно разграничить по пространственному масштабу, на втором этапе основанием деления может быть назначение карт - учебные, научные, справочные и др., то есть внутри каждого класса, выделенного по пространственному масштабу (например: крупномасштабные, средне масштабные и мелкомасштабные), карты разграничиваются по назначению.

б.на каждой ступени классификации необходимо использовать свое основание деления. Это правило конкретизирует первое.

в.при расчленении широкого понятия на более узкие сумма последних должна равняться объему более широкого;

г.группы, выделенные на каждой ступени классификации, должны четко различаться между собой, чтобы исключить возможность отнесения той или иной карты к разным группам.

Формы классификации

Наиболее часто употребляемой формой представления многоступенных классификации (любых явлений) является классификация типа «дерево». В этом случае в качестве первого основания деления выбирают самый важный признак, а выделенные по этому основанию деления группы разбиваются на подгруппы по второму признаку. Выделенные подгруппы разбиваются на подгруппы второго уровня по следующему признаку и т.д. Ясно, что число выделенных видов карт быстро растет: например, при пяти группах первого основания деления и пяти группах второго основания деления общее число видов составит 25, если добавить еще допустим 5 групп следующего признака, то общее число видов карт составит 125, на четвертом уровне (принимая, что число разбиений на каждом уровне составляет 5) – 625, на пятом – 3125, на шестом – 15625 и т.д. То есть мы видим геометрическую прогрессию (рис. 3.1).

Рис.3.1. Пример иерархической древовидной классификации экологических карт

Примечание к рисунку: для упрощения рисунка полное разбиение на каждом уровне производится лишь для одного интервала

Недостатком данной формы классификации является то, что карты, разделенные на первом этапе, далее уже нигде не соседствуют, то есть мы в этом случае не видим степень сходства или различия разных видов карт.

Этого недостатка нет у классификации, составленной в форме таблицы (таблица 3.1). В пустые клетки следует записывать конкретные карты: учебные фитоэкологические (левая верхняя клетка), учебные антропоэкологические (верхняя вторая слева клетка) и т.д.

Таблица 3.1. Классификация экологических карт по двум признакам

По назначению	По субъект-объектным отношениям
	Фитоэкологи-ческие	Антропоэко- логические	Социоэко-логические	Агроэколо-гические
учебные
научные
справочные

В этом случае, однако, используется лишь два признака. Введение третьего признака возможно следующим образом (таблица 3.2.). В этом случае учитывается уже четыре признака, но теряется наглядность, присущая предыдущей классификации.

Таблица 3.2. Классификация экологических карт по трем признакам

По назн-аче-нию	По комплексности	По субъект-объектным отношениям
		Фитоэкологи-ческие		Антропоэко- логические		Социоэко-логические		Агроэколо-гические
		М 1:10000	М 1:25000	М 1:10000	М 1:25000	М 1:10000	М 1:25000	М 1:10000	М 1:25000
Учеб-ные	Э
	К
Науч- ные	Э
	К
Спра- вочные	Э
	К

Э – элементные

К - комплексные

Анализ опубликованных карт экологического содержания

Специалисты Института географии РАН (Комедчиков и др., 1994) разграничивают семь тематических групп карт: 1.оценка природных условий и ресурсов жизнедеятельности человека; 2.неблагоприятные и опасные природные процессы и явления; 3.антропогенные воздействия и изменения природной среды; 4.устойчивость природной среды; 5.охрана природы и природоохранные мероприятия; 6.медико-географические и рекреация; 7.комплексные. Анализируя карты и атласы, изданные в СССР и России, начиная с 1970 года, они выявили, что половина всех выявленных карт (экологического или близкого содержания) приходится на карты, отражающие воздействие человека на природную среду. Это связано с тем, что воздействия – наиболее доступные («зримые») объекты для картографирования. 62% карт являются мелкомасштабными, что свидетельствует о низкой разрешающей способности экологического картографирования.

Многие экологические карты образуют своего рода ряд по порядку составления. Например, прогнозную экологическую карту невозможно составить, не имея оценочной карты. Как выстраивается классификация экологических карт в системе последовательности их составления ? Можно выстроить следующий ряд: инвентаризационные, карты условий формирования экологической обстановки (раскрывающие генезис экологических ситуаций), оценочные, прогнозные, оптимизационные.

Основания деления экологических карт

В целом можно говорить о примерно 150 видах экологических карт, различающихся по примерно 11 основаниям деления. Речь идет о:

1.назначении и функциях карт.

2. пространственных масштабах

3.территориальном охвате

4.временных масштабах

5. временном охвате

6.субъектах и объектах оценивания экологической ситуации

7. методах составления

8. уровне комплексности

9.тематике

10.последовательности составления.

11.по типу систем координат.

Конечно, каждая карта одновременно входит во все названные группы: например, карта может быть одновременно учебной, оценочной, крупномасштабной, иметь в качестве субъекта сельскохозяйственную культуру, а объекта – сельскохозяйственное и т.д. Классификации, как уже говорилось, наглядно могут быть представлены в виде схемы «дерево» (рис.3.1 ) или в табличной форме (таблицы 3.1. и 3.2.). Табличная форма (с двумерной системой координат) ограничена двумя основаниями деления. При введении третьего и четвертого признака в табличную форму снижается наглядность, а, если используются ранжированные (количественные или полуколичественные) признаки, то теряется количественная последовательность из-за разбиения количественного (или полуколичественного) интервала другим основанием деления.

На рис.3.3 дается трехмерная (объемная) классификация, которая, однако, из-за перегрузки рисунка не доведена до конца. Читателю необходимо напрячь пространственное воображение, чтобы представить различные сочетания трех признаков. В главе 4 основной анализ карт будет произведен именно по этим трем признакам: 1.положение карт в системе (последовательности) составления; 2.карты, различающиеся по субъектам (точнее – по субъект-объектным отношениям); 3.карты, посвященные тем или иным геосферам или геокомпонентам. Среди этих трех осей лишь первая имеет упорядоченную ось, то есть порядок типов карт здесь не может быть изменен без нарушения логики. Две другие оси допускают любое размещения типов карт, хотя некоторые варианты размещения более предпочтительны, чем другие. Например, фито- и зооэкологические карты более логично размещать рядом. Также и антропо- и социоэкологические карты близкородственны, что делает необходимым поставить их рядом.