Файл: Колбовский Ландшафтоведение.pdf

мой  системы,  каковой  является  ландшафт.  Обычно  в  ландшафте 

ареалы растительных сообществ не имеют сколько-нибудь четких 

границ,  наоборот,  смена  одного  фитоценоза  другим  происходит 

незаметно, образуя довольно обширную переходную зону. Кроме 

того,  ведущим  фактором  дифференциации  в  ряде  случаев  высту-

пают  собственные  (или,  лучше  сказать,  внутренние)  закономер-

ности развития биоты. Эти возражения весьма существенны и тре-

буют  тщательной  разработки  возможностей  применения  метода 

морфодинамического анализа в различных условиях.

Однако  автору  этих  строк,  имеющему  за  плечами  некоторый 

опыт  практического  использования  результатов  ландшафтного 

картографирования,  представляется,  что  в  любом  случае  метод 

морфодинамического  анализа  представляет  собой  серьезный  шаг 

вперед  в  ландшафтоведении,  прежде  всего  потому,  что  объекти-

визируя  саму  операцию  составления  ландшафтных  карт,  откры-

вает новые возможности для ландшафтного планирования. В пользу 

такой позиции можно привести следующие соображения.

1.  Несмотря  на  неявную  выраженность  и  нерезкость  многих 

природных границ следует учитывать, что мы в большинстве слу-

чаев имеем дело с ландшафтами, в большей или меньшей степе-

ни измененными человеком. Сам феномен антропогенизации свя-

зан  с  двумя  противоположно  направленными  процессами  транс-

формации природных границ между экосистемами: процессом их 

стирания-затушевывания  и  более  четкого  оформления-кристал-

лизации.  В  общем  случаем  можно  утверждать,  что  стирание,  «за-

пахивание»  природных  границ,  как  правило,  захватывает  экосис-

темы меньшей зернистости (уровня фаций): это, в частности, про-

исходит  при  формировании  поля  из  распаханных  «гонов»  земли, 

сенокосов из сенокосных клиньев, кварталов из участков частной 

застройки. Однако «полосные» границы между экосистемами боль-

шей  зернистости  (ранга  урочищ)  в  результате  многовековой  хо-

зяйственной  эксплуатации,  выполняя  «межевую»  роль  между  по-

разному  освоенными  и  используемыми  участками,  трансформи-

руются в более четкие рубежи.

Вероятно,  в  разных  странах  и  даже  регионах  одной  и  той  же 

страны  характер  (направленность)  трансформации  естественных 

границ  различных  иерархических  единиц  ландшафтной  структу-

ры  (местностей,  урочищ,  фаций)  определялся  соотношением  их 

размеров  со  среднестатистическими  размерами  хозяйственных 

образований конкретной эпохи освоения (полей, сенокосов, паст-

бищ, различных типов селитьбы). Исследование этих процессов — 

интереснейшая  задача  исторического  ландшафтоведения;  для  ее 

решения  необходимо  тщательное  сравнение  (с  использованием 

компьютерной  технологи)  межевальных  планов  и  карт  сельхозу-

годий  различных  эпох  с  современными  топокартами  и  аэрофо-

тоснимками. В частности, огромный интерес могут представить

236

*

исследования,  в  которых  на  реконструированную  (по  горизонта-

лям  топографической  карты  и  аэрофотоснимкам)  карту  элемен-

тарных  поверхностей  будут  наложены  карты  культурного  ланд-

шафта  различных  эпох  освоения  (например,  начиная  от  первых 

межевальных  планов,  карт  середины  XIX  в.,  затем  начала,  сере-

дины и конца XX в.).

2.  Безусловно, в различных регионах влияние рельефа на диф 

ференциацию свойств ландшафта проявляется различным обра 

зом. Не все свойства почвенного покрова и растительного покрова 

связаны с параметрами рельефа, при переходе от одного масшта 

ба картирования к другому характер этих зависимостей может 

меняться. Изучение характера этих зависимостей — еще одна за 

дача, ждущая энтузиастов.

Однако не следует забывать, что классическая пластика рель-

ефа и морфодинамический анализ  — это методы, предложенные 

для составления тематических и отраслевых карт в предполевои 

период, поэтому любые взаимосвязи (ровно как и их отсутствие) 

могут и должны быть верифицированы в ходе натурных изыска-

ний,  «статус  кво»  последних  остается  неизменным  для  геогра-

фов-ландшафтоведов (даже в том случае, если им придется когда-

нибудь  картировать  ландшафты  иных  планет).  Лишь  после  уточ-

нения  (во  время  полевого  периода)  количественных  зависимос-

тей  между  рельефом  и  контролируемыми  им  процессами  ланд-

шафтогенеза работа над ландшафтной картой может быть закон-

чена.

3.  Морфодинамический анализ является потенциально форма 

лизуемым методом, поскольку по своей математической сути пред 

ставляет собой строгое преобразование, производимое над мат 

рицей высот (или изолиниями поля высот) как моделями натур 

ного рельефа. Первая производная функции поля высот дает нам 

вектора силы тяжести (и следовательно, направления перемеще 

ния вещества и энергии по земной поверхности), вторая произ 

водная позволяет фиксировать, характеристические линии и то 

чки рельефа. Таким образом, в руках исследователей оказывается 

строгий и потенциально формализуемый метод, позволяющий 

обрабатывать большие массивы данных и составлять карты для 

крупных территорий.

Последнее обстоятельство особенно важно, ведь не секрет, что 

рисуемые вручную карты пластики рельефа отнимали у ландшаф-

товедов многие часы тяжелой работы, зачастую не позволяя обра-

щаться к более содержательным исследованиям. Уже сегодня мно-

гие  программы  инженерного  проектирования,  имеющие  «CAD»-

ядро,  например  специальные  версии  программы  AutoCad  (выпу-

скаемые кампанией  Autodesk), такие как LandCad, GeoCad и дру-

гие,  позволяют  в  автоматическом  режиме  трассировать  некото-

рые характеристические линии рельефа и таким образом фикси-

237

ровать  соответствующие  элементарные  поверхности.  «Научить» 

компьютер выполнять операции морфодинамического анализа на 

основе  матрицы  высот  —  задача,  которая  до  сих  пор  не  решена 

только потому, что ее никто не поставил перед соответствующи-

ми  специалистами  в  области  программирования.  Автоматическая 

(или  полуавтоматическая)  отрисовка  карт  пластики  рельефа  — 

непременное  условие  легитимизации  процедуры  ландшафтного 

планирования  и  корректного  проектирования  ландшафтов  с  за-

данными свойствами.

6.3. 

Алгоритм ландшафтного картографирования и 

разработка легенды ландшафтной карты

Составление  ландшафтной  карты  и  легенды  к  ней  —  сложная 

семантическая проблема, решающаяся поэтапно в соответствии с 

логикой ландшафтного картографирования.

На 

первом  этапе 

ландшафтного  картографирования,  который 

выполняется в камеральных условиях, необходимо выявить прин-

ципиальную структуру ландшафтной мозаики территории (рисунка 

ландшафта) и определить дифференциацию на генетические (гео-

морфологические)  поверхности  и  основные  геотопы  (физиото-

пы, местообитания). Средством такого выявления выступает мор-

фодинамический  анализ  (операция  пластики  рельефа),  результа-

том является карта типов местообитаний (геотопов) территории.

Полученная  карта  типов  элементарных  поверхностей  рельефа 

может  рассматриваться  как  основа для  ландшафтной  карты.  Для 

территории  лесной  зоны  Евразии,  где  рельеф  —  главный  фактор 

дифференциации,  каждый  тип  поверхностей  рельефа,  обособлен-

ный в пространстве, ассоциируется с простым или сложным уро-

чищем. В условиях сильно нарушенного растительного покрова карта 

типов  поверхностей  рельефа  позволяет  восстановить  коренные 

типы растительности.

На 

втором этапе 

ландшафтного картографирования, который 

проводится в камеральных (предварительно) и полевых (коррек-

ция)  условиях,  уточняются  границы  залегания  четвертичных  по-

род  различного  генезиса  и  определяется  литологический  состав 

почвообразующих пород в пределах каждого геотопа.

Третий этап 

ландшафтного картографирования связан с выяв-

лением характера почвообразующих процессов на основных кате-

нах,  определением  границ  почв  и  почвенных  комплексов,  соот-

несением этих границ с границами геотопов.

На 

четвертом 

и 

пятом этапе 

геотопы исследуются как гигро-

топы (т. е. как местообитания с различной степенью увлажнения) и 

трофтопы  (как  местообитания,  занимающие  различное  положе-

ние на шкале «бедность — богатство субстрата»). Эти этапы позво-

238

ляют приступить к подготовке содержательной части легенды лан-

дшафтной  карты;  результатом  является  матрица,  в  которой  ме-

стообитания характеризуются как экотопы.

Наконец,  на 

шестом  этапе 

изучается  растительный  покров 

территории  и  дается  характеристика  фитоценозам,  исследуется 

степень  соответствия  границ  растительных  сообществ  границам 

выделенных экотопов.

Седьмой, 

заключительный, 

этап 

подготовки ландшафтной кар-

ты — разработка окончательного варианта легенды карты и про-

рисовка границ ландшафтных выделов (в зависимости от масшта-

ба — фаций, урочищ, местностей, ландшафтов).

Рассмотрим  подробно  выделенные  этапы  ландшафтного  кар-

тографирования.

6.3.1. 

Предварительный этап подготовки 

топографической подосновы ландшафтной карты

Метод пластики рельефа, позволявший получить базовую (мор-

фологическую)  основу  ландшафтной  карты,  долгое  время  оста-

вался  своего  рода  искусством,  внедрение  которого  в  массовую 

практику оказалось нереальным. В классическом варианте для от-

рисовки пластики на картфабриках заказывалась специальная под-

основа,  с  которой  убиралась  вся  информация,  кроме  гидрогра-

фической сети, горизонталей и отметок высот. Часто такую «раз-

груженную»  подоснову  ландшафтоведы  готовили  самостоятельно, 

накладывая  на  обычную  топографическую  карту  кальку  и  копи-

руя на нее нужные слои.

В настоящее время есть возможность подготовки основы на ком-

пьютере  посредством  предварительной  векторизации  листа  топог-

рафической  карты.  Векторизация  представляет  собой  процесс  пе-

рехода  от  растрового  (пиксельного)  формата,  получающегося  в 

результате  сканирования  бумажной  топосновы,  к  векторному 

формату. Подобная операция может быть проделана двумя спосо-

бами: вручную и при помощи программ автотрассировки. Для про-

цедуры  автоматической  векторизации  используются  специализи-

рованные  программы  (в  частности,  программа  Easy  Trace),  либо 

встроенные в стандартные пакеты графических программ инстру-

менты  автотрассировки.  Современные  образцы  автоматических 

векторизаторов  позволяют  в  короткое  время  и  практически  без 

потерь  осуществлять  перевод  исходной  растровой  основы  в  век-

торный формат, что существенно экономит время и силы. Однако 

отметим,  что  качественная  автоматическая  векторизация  предпо-

лагает  использование  в  качестве  исходника  уже  разгруженной 

подосновы,  поскольку  многие  линейные  объекты  топокарты,  в 

особенности  пересекающие  горизонтали  (дороги,  тропы,  ЛЭП) 

в значительной степени «сбивают» работу автотрассировщика.

239

Поэтому  процесс  сканирования  топографической  карты  для  по-

следующей  автотрассировки  также  имеет  свои  особенности  и  в 

идеальном  случае  позволяет  (за  счет  настройки  соответствующих 

опций) выделить коричневые изогипсы в качестве основных, счи-

тываемых сканером линий.

Ручная  векторизация  (рис.  6.7)  проводится  по  принципу  об-

водки горизонталей сканированной топосновы инструментом сво-

бодного  рисования  (сплайн  или  кривая  Безье  в  используемом 

многими  ландшафтоведами  графическом  пакете  Corel  Draw)  в 

режиме  большого  увеличения  изображения  (в  целях  повышения 

качества  трассировки)  при  помощи  «мыши».  Конечным  результа-

том  данной  процедуры  является  векторная  карта  рельефа  с  про-

рисованными изогипсами.

Для морфодинамического анализа топографическая основа «раз-

гружается» — практически так же, как это делалось раньше ланд-

шафтоведами  в  целях  прорисовки  «пластики  рельефа»,  т.е.  с  нее 

убирают  всю  тематическую  нагрузку,  не  относящуюся  к  изобра-

жению рельефа и гидрографии. Заметим, что при подготовке век-

торной  подосновы  в  любом  графическом  редакторе  это  делается 

простым отключением «ненужных» в данной операции слоев (раз-

личных  видов  растительности:  «леса»,  «редколесье»,  «кустарни-

ки»,  «луга»,  «пастбища»,  «болота»,  а  также  знаков,  связанных  с 

изображением населенных пунктов: «дома», «кварталы» и т.п.).

Подготовленный  таким  образом  картографический  материал 

служит основой для морфодинамического анализа

Следует иметь в виду, что большая часть находящихся в пользо-

вании крупномасштабных карт серии «Генеральный штаб» состав-

лялись по материалом съемок начала 1960-х годов (реже — сере-

Рис. 6.7. Ручная векторизация изогипс (горизонталей топографической 

карты): расположение точек, передающих кривизну горизонталей, ста-

новится более частым на изгибах линии и разреженным — на относи-

тельно прямых участках 

240

дины  1970-х  годов).  В  дальнейшем  эти  карты  исправлялись  по 

аэрофотоснимкам  и  обследованию  на  местности  в  самом  начале 
1980-х годов. В этой связи их нельзя считать  совершенно актуаль-

ными.  С  одной  стороны,  рельеф  как  наиболее  консервативный 

элемент культурного ландшафта мог остаться и без изменений (за 

исключением  прокладки  новых  дорог,  мелиорации,  разработки 

новых карьеров), с другой стороны, существовавшая техника  ни-

велирования сильно проигрывала возможностям нынешней инст-

рументальной  съемки  тахеометрами.  Поэтому  во  избежание  оши-

бок  целесообразно  в  качестве  разгруженной  подосновы,  с  кото-

рой  будут  сканироваться  горизонтали,  использовать  карты  заве-

домо более крупного масштаба, чем тот, в котором намечено про-

водить морфодинамический анализ. Так, если намечено составить 

ландшафтную  карту  сельской  волости  в  масштабе  1:25  000,  то  в 

качестве базовых для анализа следует использовать листы масшта-

ба 1:10 000.

В  идеале  (пока  по  различным  причинам  недостижимом)  пер-

вичный  массив  данных  для  анализа  («поле  высот»)  может  быть 

получен либо сканированием обычной топокарты с векторизаци-

ей изогипс и последующим преобразованием их в матрицу высот, 

либо  непосредственной  передачей  результатов  полевой  съемки 

(современными  тахеометрами)  в  компьютер  и  преобразованием 

этого  «натурного  поля»  в  поле  с  высотами,  проставленными  в 

узлах  регулярной  решетки  с  квадратными  ячейками.  В  упорядо-

ченном таким образом массиве абсолютная высота каждой точки 

в узле решетки может быть представлена как функция ее плано-

вых координат 

Н (х, у). 

Собственно, уже в таком виде выделяются 

гребне-килевые  (точнее  —  водораздельно-тальвеговые)  линии,  или 

линии  I  типа  по  А.Н.  Ласточкину.  Линии  II  типа  —  лини  макси-

мальных и минимальных уклонов — трассируются на картах моду-

лей  первой  производной,  которая  сама  является  функцией  меня-

ющейся в зависимости от плановых координат — 

И

1

 (х, у). 

Модуль 

первой  производной  —  это  модуль  градиента  топографической 

поверхности.  Вторая  производная  от  высоты 

Н

11

(х, 

у) 

дает  карту 

модулей  градиентов  земной  поверхности  и  позволяет  выделить 

структурные  линии  III  типа  —  линии  выпуклого  и  вогнутого  пе-

региба.

В случае появления прикладной программы, которая бы позво-

ляла обрабатывать значительные массивы, т. е. большие по площа-

ди фрагменты земной поверхности, в результате вычисления значе-

ний первой производной можно было бы получать карты вектор-

ного поля местности, на которых направление вектора совпадало 

бы  с  направлением  переноса  вещества  и  энергии  в  ландшафте,  а 

длина (вектора) — с интенсивностью этого переноса. Карта моду-

лей  первой  производной  (или  карта  градиентов  топографической 

поверхности) обеспечивала бы автоматическую трассировку ли-

241

ний  максимальных  и  минимальных  уклонов.  Вычисление  значе-

ния второй производной от поля высот позволило бы строить карту 

линий III типа — линий выпуклых и вогнутых перегибов рельефа. 

Однако  получение  программного  продукта  подобного  типа  — 

задача,  требующая  тесного  взаимодействия  программистов,  спе-

циалистов  по  геоинформационным  системам,  геоморфологов  и 

ландшафтоведов. Пока же карты структурных линий приходится 

строить вручную.

6.3.2. 

Морфодинамический анализ рельефа 

для выявления и фиксации геотопов

В  общем  случае  весь  процесс  создания  карты  местообитаний 

(геотопов,  экотопов,  физиотопов)  можно  свести  к  нескольким 

процедурам:

•

создание исходной подосновы (обычно на основе имеющейся 

топокарты); 

•

выявление основных структурных линий и характеристиче 

ских точек; 

•

фиксация и классификация полученных элементарных поверх 

ностей; 

•

определение закономерностей взаиморасположения элемен 

тарных поверхностей; 

•

характеристика направления и интенсивности потоков веще 

ства и энергии в ландшафте. 

С  точки  зрения  математики  структурные  лини  —  это  линии 

плановой  корреляции  отличительных  точек,  в  которых  основные 

показатели  земной  поверхности  характеризуются  экстремальны-

ми  значениями  по  отношению  к  соседним,  достаточно  близко 

расположенным  к  ним  точкам,  на  перпендикулярах,  восстанов-

ленных к структурным линиям.

При  морфодинамическом  анализе  линии  тальвегов  и  ребер 

склонов  находятся,  как  и  в  традиционном  способе  пластики  ре-

льефа,  через  совокупность  точек  максимальной  кривизны  в  «за-

ливах»  и  «мысах»  соседних  разновысотных  горизонталей.  Кроме 

того,  согласно  этой  же  методике,  выявляется  ложбинно-лощин-

ная  сеть,  фиксируемая  по  точкам  нулевой  кривизны  соседних 

разновысотных  горизонталей.  Характеристические  точки  выявля-

ются  как  точки  максимума  и  минимума  в  рельефе  на  вершинах 

холмов или на дне западин.

Несколько более сложным и менее однозначным выглядит про-

цесс  выявления  линий  перегибов,  которые  в  условиях  слабохол-

мистого рельефа  севера  и  центра  Русской равнины  выражены  не 

всегда четко. Однако в общем виде линия вогнутого перегиба про-

водится (при движении вниз по склону) на границе перехода кру-

того участка склона в пологий, а линия выпуклого перегиба, на-

242

оборот,  —  при  переходе  пологого  участка  в  крутой  (рис.  6.8).  На 

изолинейной  карте  эти  участки  выявляются  по  изогипсе,  в  обе 

стороны от которой  заложение  горизонталей  сильно  изменяется. 

Как уже отмечалось, в условиях слабохолмистого рельефа линии 

перегибов  фиксируются  зачастую  лишь  локально,  «теряясь»  на 

склонах разной экспозиции одного холма.

Следующим  этапом работы  является  выявление  элементарных 

поверхностей, придерживаясь существующих границ в виде струк-

турных линий и характеристических точек. Рассмотрим эту проце-

дуру  более  подробно  на  примерах  типичных  ландшафтов.  Опыт 

исследования  показал,  что  для  унаследованного  рельефа  пласто-

вых и аккумулятивных поверхностей центра и севера Русской рав-

нины:  моренных,  водно-ледниковых,  озерно-ледниковых  и  флю-

виально-эрозионных  —  реальными,  значимыми  для  ландшафт-

ной дифференциации являются 10— 12 элементарных форм зем-

ной поверхности (табл. 6.4).

Точки  вершин  (максимумы) 

являются  узловыми  точками,  по 

которым  проходят  главные  водоразделы.  Это  своего  рода  «окна 

входа» в ландшафт, узлы центробежнцх векторов переноса веще-

ства  и  энергии.  Определение  точек  вершин  не  представляет  осо-

бой  сложности:  они  маркированы  на  топокартах  как  инструмен-

тально зафиксированные абсолютные высоты и изображены как