Введение к работе
Актуальность темы. Начиная со второй половины XX века,экология приобрела особое значение как научная основа охраны окружающей среды и рационального природопользования. Тогда же ведущей темой экологических исследований стало выявление позитивных и негативных изменений природной среды, возникших в результате деятельности человека. Экологическое картографирование является неотъемлемой частью таких исследований. Обобщая, можно сказать, что на экологических картах изображаются естественные и нарушенные экосистемы (биогеоценозы). Биогеоценоз (БГЦ) определяется как участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз (растительность, животные, микроорганизмы) и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педос-феры остаются однородными и поэтому в совокупности образующими единый взаимообусловленный комплекс [Сукачев,I960]. БГЦ определяется по преобладающему типу растительности. Важным этапом изучения и картографирсвания БГЦ является вопрос о проведении границ между ними, причем геоботанический рубеж, как правило, совпадает с границами экологических факторов [Сочава,1978]. В дополнение к существующим методам установления границ и выделения контуров, для повышения объективности процесса, предлагается количественный анализ характеристик рельефа, поскольку рельеф является условием деятельности экологических факторов, а биотоп [Одум.19861 основывается на однородном участке земной поверхности. Традиционно в геоботанических описаниях присутствует качественная информация о высоте, крутизне и ориентации склона, в то время как на развитие растительности оказывают влияние горизонтальная, вертикальная и средняя кривизна земной поверхности [Шарый,1991]. На разнообразие БГЦ влияют показатели гор,. ,;:. лого и вертикального расчленения рельефа [Васмут и др.,1991]. Для адекватного картографирования необходимо иметь количественную информацию о вышеперечисленных топографических характеристиках. Топография изучает земную поверхность в геометрическом отношении. Вещества, расположенные вблизи земной поверхности, подвергаются действию гравитационного поля, тангенциальная составляющая способна вызвать горизонтальное перемещение масс, а нормальная - вертикальное. Посредством количественного топографического анализа на основе исходных дан-
ных о высотах земной поверхности можно получить информацию о топографических величинах, ответственных за характер перемещения приповерхностных масс и перераспределения экологических факторов (освещение, температура, влажность) [Шарый и др.,1991]. Это позволяет применить количественный топографический анализ при исследовании исходных данных в целях обеспечения картографирования биогеоценозов, что ранее не проводилось. Под количественным топографическим an:....:ju;.; .іімной поверхности понимается система методов визуализации ее форм и топографических предпосылок массопереноса в условиях действия поля гравитации; исходной информацией являются данные о высотах (ЦМР); результаты регистрируются, как правило, в форме карт [Шарый,1991]. Эти карты являются производными от топографической, поэтому они не заменяют и не упраздняют топографическую карту, они повышают ее информативность.
Цель работы. Разработка методики исследования и подготовки исходных данных в целях обеспечения картографирования биогеоценозов. Методика разработана на основе количественного топографического анализа земной поверхности, теоретические положения которого изложены в работах [Шарый,1990;Шарый,1991], а сведения о сферах его применения - в работе [Шарый и др., 1991]. Необходимо решить следующие задачи:
осветить роль рельефа в распределении растительности и выбрать те топографические характеристики, которые заметно влияют на это распределение;
выбрать алгоритм обработки ЦМР. обеспечивающий построение необходимых карт локальных топографических характеристик;
провести оценку точности вычисленных значений локальных топографических характеристик;
получить общегеографическую информацию и ЦМР для тестовых участков;
провести компьютерную обработку ЦМР и статистический анализ взаимосвязи между распределением растительности и характеристиками рельефа;
дать краткую интерпретацию результатов статистического анализа с использованием общегеографкческой информации.
Научная новизна работы.
-
Разработана методика исследования и подготовки исходных данных в целях обеспечения картографирования биогеоценозов на базе цифровых моделей рельефа.
-
С помощью разработанной методики получены данные для анализа взаимосвязи топографии и растительности.
-
Проведена оценка точности значений локальных топогра-фическихвеличин. вычисленных по методу Эванса.
-
В результате статистического анализа впервые получены значимые коэффициенты корреляции растительности и локальных топографических величин (высоты, крутизны, ориентации, горизонтальной кривизны, вертикальной кривизны, средней кривизны) на примере тестовых участков.
Практическая значимость. Использование методов количественного топографического анализа земной поверхности позволяет:
объективизировать процесс проведения границ, картографирования и дальнейшего изучения БГЦ за счет теоретической обоснованности их применения, воспроизводимости, наглядности представления результатов, возможности применения при любых масштабах исследования;
на основе имеющихся ЦМР снизить стоимость работ за счет наличия перед полевым сезоном картографической основы, дающей представление о топографических предпосылках распределения растительности.
Апробации. Классификация участков земной поверхности по значениям локальных топографических величин использовалась автором при составлении картосхем естественных и нарушенных биогеоценозов в ходе экологической экспертизы Восточно-Казахстанской области.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 66 наименований, приложения. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содер-
жит 48 рисунков, 4 таблицы.
Во введении обоснован выбор темы и ее актуальность. Сформулированы цель и задачи исследования.
В первой главе освещено современное состояние проблемы, обоснована целесообразность количественного учет ; ..11,^:; іфических характеристик при картографировании растительности, сформулирована постановка задачи.
Во второй главе приводятся основные определения количественного топографического анализа и сведения об алгоритмах расчета локальных топографических величин.
В третьей главе изложена последовательность этапов технологического процесса и проведена оценка точности вычисленных значений локальных топографических величин.
В четвертой главе осуществлено практическое использование топографических методов анализа распределения растительности на основе разработанной методики.
В заключении сделаны выводы о целесообразности количественного учета рельефа при картографировании биогеоценозов.