Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Ландшафтная индикация

1. Использование ландшафтно-индикационных методов в изучении экологического состояния окружающей среды

1.1 Сущность ландшафтной индикации

Ландшафтная (природная) индикация - совокупность методов оценки состояния природных территориальных комплексов, отдельных их гео-компонентов и протекающих в них процессах по легко доступным для непосредственного наблюдениям геокомпонентам или аэро- космофотоснимкам. Методы природной индикации основаны на пространственно-временных корреляционных связях природных компонентов и комплексов, и позволяет определить тенденции их развития и изменения. «Индикация это вспомогательный практический прием, убыстряющий и облегчающий прямые наблюдения. Если индикационные исследования по трудоемкости и продолжительности приближаются к методам непосредственного изучения объекта или они настолько специфичны и сложны, что под силу лишь немногим высококвалифицированным ученым, то индикация теряет свой смысл.

Особенности метода ландшафтной индикации:

1) метод достаточно прост, не требует высокой квалификации кадров, технических приборов;

2) не трудоемок, не требует высоких экономических затрат;

3) могут использоваться аэро- и космофотоснимки, топографические и тематические карты;

4) наибольший эффект метод дает при использовании таких чувствительных индикаторов как снег, торф, вода, лишайники, мхи, кольца годичного древостоя.

Преимущество методов природной индикации над инструментальными методами состоит в следующем:

1) индикация более дешевый способ получения информации;

2) индикация позволяет получать пространственные данные по большой площади, сопоставлять данные исследования, отражать в виде индикационных карт;

3) индикация работает в любых климатических условиях, а технические приборы требуют калибровки, корректировки и обслуживания.

Основными понятиями природной индикации являются индикат, индикатор, эктоярус, эндоярук, физиономические и деципиентные геокомпонеты.

Индикат - объект индикации. Им могут быть различные природные тела и геокомпоненты (горные породы, почвы, подземные воды, растительность, антропогенные объекты и процессы и т. д.) и их свойства.

Индикатор (от лат. indicator - указатель) - показатель, по которому индицируются, распознаются индикаты (формы рельефа, растительные сообщества, почвы, следы деятельности человека). Индикаторы по характеру связи с индикатом делятся на две группы:

1) прямые - те которые имеют непосредственную связь с индикатом (форма и рисунок, тон и цвет изображения);

2) косвенные - те которые связаны с индикатом через промежуточное звено (тень, расположение объекта, сезон года, геокомпоненты, следы антропогенного воздействия).

Важной характеристикой любого индикатора является достоверность. Обычно достоверность индикатора определяется путем оценки сопряженности (совместной встречаемости индикатора и индиката).

В индикационных исследованиях различают две группы компонентов ландшафта:

1. Физиономические - компоненты доступные непосредственному визуальному наблюдению и аэрофотографированию. Существуют следующие генетические группы физиономичности компонентов ландшафта:

а) орофизиономичные индикаторы - высокогорья, каменистые пустыни, бендленд и т. д.;

б) фитофизиономичные индикаторы - залесенные и заболоченные равнины, тропические леса и т. д.;

в) педофизиономичные индикаторы - солончаковая пустыня, речная пойма и т. д.;

г) гидрофизиономичные индикаторы озера, реки, болота, водохранилища и т. д.;

д) комплексные индикаторы.

2. Деципиентные - труднонаблюдаемые, скрытые компоненты, требующие для исследования различных инструментальных или специальных технических средств). К ним относят индикаты (геологическое строение, уровень грунтовых вод, почвенные горизонты, грунты, антропогенные нарушения, не определяемые визуально и т. д.).

При природной индикации любой ландшафт рассматривается как ярусная система. Верхний ярус его - эктоярус - представлен совокупностью физиономических геокомпоиентов, участками открытой почвы, поверхностью водоемов, растительными сообществами, следами деятельности человека. Эктоярус может быть беспрепятственно наблюдаем при маршрутных исследованиях и хорошо распознается на аэрофотоснимках.

Нижний ярус - эндоярус - образован деципиентными геокомпонентами. Цель природной индикации - использование эктояруса для познания различных деципиентных компонентов.

1.2 Ландшафтно-индикационный метод

Дешифрирование снимков – процесс выявления, распознавания и определения характерных объектов, изображённых на снимках.

Дешифрирование производится по прямым и косвенным признакам. К прямым признакам относятся:

Форма – результативный прямой признак при визуальном дешифрировании. Именно в форме контура заключается основная часть информации об объекте. Антропогенные объекты имеют геометрически правильную, стандартную форму – по прямоугольной форме выделяют сельскохозяйственные поля (рисунок 1), по перекрещивающимся полосам опознают аэродромы. Объемная форма позволяет распознавать объекты стереоскопически.

Рисунок 1 – Изображение на космическом снимке сельскохозяйственных полей []

Размер – признак, используемый главным образом при работе с крупномасштабными снимками. По размеру различают здания разного функционального назначения (рисунок 2), разделяют поля зерновых и кормовых севооборотов. Оценку размеров в процессе дешифрирования обычно производят путем визуального сравнения с размером известного объекта. Имеют значение как абсолютные размеры, так и их соотношения.

Рисунок 2 – []

Тон (степень почернения) изображения, определяемый яркостью объекта и спектральной зоной съемки, помогает разделить основные типы поверхности: снег, открытый грунт, растительность. Пятно солнечного блика на снимке нередко указывает на родные объекты. Однако тон – не стабильный признак. Даже при одинаковом освещении один и тот же объект может изобразиться в разных частях снимка разным тоном, и наоборот. Значительно стабильнее соотношение тонов – тоновые контрасты. На многозональном снимке тон одного и того же объекта, воспроизводимого на серии зональных снимков, будет различным. Коррелируя с кривой спектральной яркости, он трансформируется в сложный прямой признак – спектральный образ объекта.

Цвет – более информативный и надежный признак, чем тон черно-белого снимка. По цвету хорошо выделяются водные объекты, леса, луга, распаханные поля (рисунок 3). Используя снимки с целенаправленно искаженной цветопередачей, разделяют различные типы растительности, горных пород и т.д.

Рисунок 3 – Изображение на космическом снимке леса, луга, распаханных полей []

Тень можно отнести как к прямым, так и к косвенным дешифровочным признакам. На фотографических и сканерных снимках она подразделяется на собственную и падающую. Тень на детальных снимках отражает силуэт заснятого объекта и позволяет оценить его высоту (рисунок 4). Поскольку тень всегда имеет относительный контраст, значительно больший, чем сам объект, то часто только падающая тень позволяет обнаружить на снимках малоразмерные в плане, но высокие объекты, например заводские трубы.

Рисунок 4 – Дешифровочный признак – тень []

Рисунок изображения – устойчивый комплексный дешифровочный признак, обеспечивающий безошибочное опознавание не только таких объектов, как сельскохозяйственные поля, населенные пункты, но и разных типов геосистем. Существуют несколько классификаций рисунков аэрокосмического изображения, в которых их подразделяют, используя термины с одним -двумя прилагательными: зернистые, мозаичные, радиально-струйчатые и т.д. Каждому природно-территориальному комплексу свойствен определенный рисунок на снимке, который отражает его морфологическую структуру (рисунок 5). В рисунке изображения различают текстуру – форму рисункообразуюших элементов и структуру – пространственное расположение элементов текстуры. Иногда рисунок изображения характеризуют количественными показателями, что служит основой морфометрического дешифрирования.

Рисунок 5 – Эрозионное расчленение территории []

Не все компоненты природной среды можно дешифрировать по прямым признакам. Многие объекты дешифрируются с помощью ландшафтно-индикационного метода, который выражает взаимосвязь геологических объектов с составными частями ландшафта. Прямые дешифровочные признаки позволяют распознать объекты, изобразившиеся на снимке, однако по ним не всегда удается интерпретировать их, т.е. определить их свойства. Более того, с помощью снимков изучают и картографируют объекты, изображения которых на них нет, а также процессы и явления. Для этого используют косвенные дешифровочные признаки. Методологической основой дешифрирования по косвенным признакам служит наличие взаимосвязей и взаимообусловленности всех природных и антропогенных свойств территории.

В качестве косвенных обычно выступают прямые дешифровочные признаки других объектов, называемых индикаторами. Косвенные признаки можно условно разделить на три группы индикаторов:

1. объектов;

2. свойств объектов;

3. движения или изменений.

В первом случае выявляются объекты, не изобразившиеся на снимке. Так, отсутствие изображения дороги на пересечении с рекой предполагает наличие моста или брода. Индикатором государственной границы могут служить различие в нарезке сельскохозяйственных полей, структуре организации территории, в пустынных районах – более темный тон не сбитой скотом растительности на полосе отчуждения и т.п. Колодцы в пустынных и полупустынных районах определяются на аэроснимках по сети сходящихся к ним троп и пятну выбитой скотом растительности. На космических снимках они изображаются светлыми пятнами диаметром на местности до нескольких километров, соответствующим растительному покрову с измененным в результате воздействия видовым составом.

По косвенным признакам определяют скрытые свойства отчетливо читающихся на снимке объектов. Чаще это относится к объектам хозяйственной деятельности. Функциональный тип населенных пунктов характеризуется наличием промышленных предприятий, железнодорожной станции и т.д. Относительно крупные, вытянутой формы здания, расположенные на окраине или вблизи сельского населенного пункта, со сбитой растительностью вокруг них и сетью расходящихся от них прогонов, служат косвенным признаком животноводческой фермы. Индикатором горно-обогатительных предприятий оказываются отстойники – водоемы, имеющие в плане близкую к правильной конфигурацию.

Объекты-индикаторы динамики позволяют выявить наличие движения или временных изменений по материалам одной съемки. В некоторых случаях возможно установить не только наличие движения, но и выявить его особенности. Примером могут служить формы эолового рельефа – индикаторы направления ветра.

Роль косвенных дешифровочных признаков тем больше, чем мельче масштаб снимков и больше охват территории.

Дешифрирование происходит по схеме: фотоизображение → опознаваемый индикатор → объект. Так, например, на крупно- масштабных спектрозональных аэроснимках можно выявить изменение состава почв по смене растительности и величины фитомассы, которая определяется спектрометрированием. Индикатором понижения уровня грунтовых вод является осветление фототона, ослабление контрастности рисунка, изменение его структуры.

1.3 Индикационное дешифрирование

Определение одних компонентов ландшафта по другим, физи-ономичным, легко опознаваемым на снимке, так называемым индикаторам, – распространенный прием географического дешифрирования.

В качестве индикаторов в зависимости от географических условий могут выступать отдельные компоненты природной среды, называемые частными индикаторами. Чаще в такой роли выступают растительность и рельеф. Так, в лесной зоне почвы распознаются по типу растительности: индикатором подзолистых почв служат лесные насаждения, а торфянистых – болотная растительность.

В оазисах пустынной зоны нарезка (форма в плане) орошаемых сельскохозяйственных полей обусловлена условиями дренирования, прежде всего рельефом и связанным с ним уровнем грунтовых вод, что позволяет успешно использовать ее в качестве индикатора. На рисунке 3 представлены три фрагмента космического снимка с изображением сельскохозяйственных полей:

крупные, с четкими границами поля, образующие сплошной массив, служат индикатором слабодренируемых, слабоволнистых аллювиально-пролювиальных равнин;
не образующие крупных массивов поля разнообразной формы и размеров – косвенный признак дренируемых слабоволнистых аллювиальных равнин;
сплошные массивы узких, вытянутых вниз по склону полей (в) характерны для интенсивно дренируемых слабопокатых равнин периферийных частей конусов выноса.

Рисунок 6 – Изображение на космическом снимке сельскохозяйственных полей разной формы, обусловленной рельефом [ ]

На равнинах, как правило, растительность служит индикатором рельефа. Посевы сельскохозяйственных культур приурочены к выровненным участкам, с углами наклона обычно не превышающими 10°, в то время как лесная растительность занимает более крутые склоны. В горных районах наоборот: абсолютная высота и экспозиция склонов определяют характер почвенно-рас-тительного покрова и служат косвенными признаками для распознавания растительности на снимках.

В других случаях дешифрирование выполняется не по частным, а по комплексным индикаторам, т.е. по облику природно-территориальных комплексов. В таком случае говорят о ландшафтной индикации, или ландшафтном методе дешифрирования. Сущность его заключается в распознавании природно-территориальных комплексов по всей совокупности признаков, нашедших отражение на снимке, для последующего выявления, изучения и картографирования отдельных составляющих ландшафта. Ярким примером применения ландшафтного метода дешифрирования служит изучение и картографирование подземных вод. Распознавание и интерпретация физиономичных компонентов ландшафта и их пространственных сочетаний позволяет выявить геолого-географические условия и гидрогеологические параметры, такие как направление потоков и глубина залегания грунтовых вод, распространение водоупорных пород.

Индикатором ландшафта может быть его рисунок, обусловленный процессом формирования природно-территориальных комплексов.

Важно иметь в виду, что индикационные связи действуют лишь в пределах определенного, данного ландшафта, поэтому ландшафтно-индикационное дешифрирование обычно начинают с районирования. Затем в пределах каждой из выделенных территориальных единиц выявляют взаимосвязи компонентов ландшафта и определяют индикаторы. Экстраполяция выявленных индикаторов на соседние районы может привести к существенным ошибкам, так как одни и те же объекты в разных районах могут индицировать различные географические условия.

Индикационное дешифрирование служит основой для изучения по аэрокосмическим снимкам географических процессов.

Результаты индикационного дешифрирования существенно зависят от знания особенностей территории, формирующих ее факторов, взаимосвязей между компонентами природной среды, антропогенным воздействием на нее.