Модели в ландшафтоведении

Модели в ландшафтоведении.

Моделирование — мощный инструмент познания природы. Модель подобна оригиналу. Она замещает объект изучения на определенное время. Построение моделей основано на двух прин¬ципах: редукционизма, т. е. разложения сложного объекта на эле¬менты для упрощенного его изучения, интегратизма, объединения этих элементов для синтеза. Это незаменимый способ исследова¬ния таких сложно организованных объектов, как ландшафты. Су¬ществует образное выражение характеристики функций моделей: «Модель — это мост между наблюдением и теорией». Используют следующие классы моделей: вербальные, матричные, графичес¬кие, математические. Математические модели имеют большое значение в решении задач ландшафтоведения. Целесообразно ис¬пользовать все классы моделей.

Вербальные модели. К классу вербальных моделей относятся модели-образы, дефиниции, законы науки, названия типов ланд¬шафтов. Вербальными моделями можно замещать в исследовании изучаемый объект. В моделях-образах создается достаточно про¬стое подобие изучаемого ландшафта. Основная функция моделей-образов — помочь нахождению аналогии (изоморфизма) между ландшафтом и другими хорошо изученными объектами для позна¬ния ландшафтов, подходов и методов исследования.

Дефиниции — понятия, определения, воспринятые в сознании исследователя. Они участвуют в формировании графических, кар¬тографических, математических моделей. Важность дефиниций заключается в мысленной программе исследований, сопряженном анализе внешних факторов изменения ландшафта, оценке взаи¬мосвязи его компонентов.

Законы науки — эмпирические (о связи явления А с явлением В) и теоретические — также выступают в роли моделей. Напри¬мер, общий закон о связи компонентов ландшафта между собой позволил по растительности судить о почвах и о климате.

Географические названия типов ландшафта — горный, дюн¬ный, моренный, пойменный. Основная их функция — «портрет¬ная» — заменить подробное описание моделью, т. е. представле¬нием о типе ландшафта. Названия типов ландшафтов включают в себя:

характеристики свойств компонентов (типы рельефа, почв, ра¬стительности, основные параметры климата, литологический со¬став);

характеристики процессов функционирования (сезонная про¬дуктивность растительности, почв, климата, снежный покров, ре¬жим увлажнения, паводки и т. д.);

характеристики динамики и представления о неритмичных процессах (эрозия, сели, лавины, подтопление, затопление и т.д.);

элементы прогноза будущих состояний ландшафтов.

Матричные модели. Они являются промежуточным звеном меж¬ду вербальными, блоковыми, а иногда и картографическими моде¬лями. В основном их применяют в качестве инструмента типологи¬ческой группировки ландшафтов, где столбец и строка — две груп¬пы признаков типизации, например тепло- и влагообеспеченность. Матричные модели используют для изучения приграничных ланд¬шафтов, объясняя размещение ландшафтов относительно друг дру-га, и для оценки связи: воздействие - изменения - последствия.

Графические модели. В этот класс моделей входят блоковые и картографические. Блоковые модели занимают промежуточное место в ряду: вербальные — блоковые — математические. Они гра¬фически отражают реальную связь между элементами и частями систем и системой в целом, между системой и ее окружением. Они выразительно, явно (в отличие от математических) и нагляд¬но отражают идею и концепцию. Системный подход позволил разработать обобщенные модели ландшафта как системы, состоя¬щей из взаимосвязанных компонентов, и системы взаимосвязан¬ных комплексов низшего ранга. Разрабатывают модели природ¬ных, природно-технических, антропоэкологических, рекреацион¬ных геосистем и процессов их исследования. Язык модели — это не просто сочетание геометрических фигур и стрелок, а графичес¬кая запись знаний, идей, планов, содержание которой передается формой, размером и порядком значков. Под элементами модели (природные, техногенные) подразумевают характеристики компо¬нентов. Связи между компонентами обозначают стрелками, ха¬рактеризующими их направленность. Завершение связи происходит в трансформации моделей компонентов, в модели круговоро¬тов вещества, энергии и информации. Систему обозначают замы¬кающим (охватывающим) элементы и внутренние связи конту¬ром. Его замкнутость символизирует целостность системы, нали¬чие контура, охватывающего элементы, выражает выделенность системы. Часть системы — совокупность элементов, обладающую некоторой общностью, чаще всего функциональной (управляемая часть, биотическая часть и т. п.), выделяют замкнутым пунктир¬ным контуром. Пунктир обозначает меньшую, чем в целом для системы, связность элементов, несамостоятельность частей.

Принятая унификация знаков и порядок их использования яв¬ляются средством коммуникации между пользователями.

Основное содержание моделей ландшафтов отражает состав элементов системы и их активность, характер изменений системы. В состав элементов природы входят: литосфера, гидросфера, био¬сфера, атмосфера, почва. В этой цепочке преобладает вертикаль¬ная составляющая: между литосферой и атмосферой, атмосферой и гидросферой, почвой и биотой. В горизонтальной составляю¬щей основное внимание уделяют пространственной организации ландшафта.

В модели природно-технической геосистемы основные подсис¬темы — природа и технические устройства. Это уже новый объект проектирования — геотехническая система (геотехсистема). При¬родный комплекс здесь рассматривают как ресурсовоспроизводящую систему, которая может ограничивать или ставить под угрозу работу технического устройства. Концепция моделирования гео¬технической системы направлена на проектирование целостной территориальной природно-технической системы, а не только на вписывание и согласование действий технических устройств с природными процессами. При этом проектируют и организуют не только технику, но и природу. Современные блоковые модели разрабатывают как для междисциплинарных, так и отраслевых ус¬ловий. Разрабатываемые в рамках ландшафтоведения блоковые модели природных и природно-технических систем показывают большое разнообразие, широту содержания, высокий уровень аб¬стракции в ходе решения проблем.

Блоковая модель социофункционального анализа ландшафта является моделью отношений общества к природе, которые мож¬но рассматривать или в качестве подсистем одной системы, или как равноправные системы. Модель базируется на представлени¬ях о связях потребностей общества, свойствах ландшафта, дей¬ствий общества по удовлетворению потребностей, изменениях свойств ландшафта, положительных или отрицательных послед¬ствиях, действий общества в оценке последствий, корректировке предшествующих действий. Функциональный анализ модели включает два блока: первый характеризует предмет исследова¬ния — ландшафт и суперсистему (общество) и их элементы; второй — действия аналитика. Основа анализа — отношения ланд¬шафтов и суперсистемы. Ландшафт, его элементы со свойствами определяют возможность выполнения ими требуемых функций: улучшение выполнения своих функций при воздействии мелио¬рации, способность к изменениям; устойчивое выполнение воз¬ложенных функций: возобновимость положительных свойств при нагрузке, средовоспроизводящих функций; сохранение свя¬зей компонентов (линейные, цикличные, ветвящиеся); сохране¬ние природных механизмов самоорганизации и саморегулирова¬ния; сочетание саморегулирования и управления (для природно-технических систем).

Значительное внимание уделяют не просто свойствам, а спо¬собности изменять и воспроизводить состояния. Поэтому рас¬смотрение второго блока содержит действия, связанные с «опере¬жающим отражением действительности», рассматривает то, что может произойти со свойствами исследуемого объекта.

В модели учитывают и элементы субъект-объектных отноше¬ний, которые могут быть идеальными, оптимальными, нормаль¬ными (допустимыми), критическими, катастрофическими. Это оценки последствий выполнения ландшафтами функций при на¬грузке, некотором воздействии. Для рассматриваемых отношений целесообразно охарактеризовать: объем потребностей на единицу времени, соотнесенных с единицей учета «потребления» (человек, единица производства продукции); нагрузку на ландшафт в еди¬ницу времени (на единицу территории). Важны понятия: польза, полезность, возможность выполнения функций, опасность, вред¬ность, затруднение в выполнении функций, надежность.

В задачи социофункционального моделирования входят: ин¬вентаризация полезных качеств, оценивание, слежение за измене¬нием состояния (мониторинг), проектирование, конструирова-ние, прогнозирование, нормирование, экспертирование, регули¬рование. Они имеют свою методологическую и теоретическую базу.

Картографические модели и профили картографической модели ландшафта начинают создавать с ландшафтной карты на этапе по¬левых ландшафтных исследований. Ландшафтная карта и про¬филь позволяют изучить внутреннюю структуру комплексов, уста¬новить взаимосвязь между компонентами ландшафта и между са¬мими ландшафтами, выявить сложность, разнообразие, контраст¬ность, расчлененность границ, взаимную удаленность или соседство. Ландшафтная карта и профиль как своеобразная ин¬формационная система в свернутом виде содержат данные о ком¬понентах природы. Для повышения информационной емкости картографическая модель ландшафта дополняется сопровождаю¬щим карту текстом — легендой, в которой описывают основные признаки природно-территориальных комплексов: геологическое строение, мощность, литологический состав, возраст, генезис, засоленность горизонтов до регионального водоупора, рельеф (кру¬тизна, длина, форма, экспозиция склонов, линий токов, возраст форм рельефа), почвенный покров (его структура, входящие в него генетические разности почв), грунтовые воды (глубина зале¬гания в естественных условиях и при мелиорациях, тип водного питания, тип химизма, степень минерализации, направление бо-кового притока или оттока), поверхностные воды (общая характе¬ристика и их соотношение с грунтовыми водами, водный режим и баланс), растительность (современное состояние и характерные виды, предположительное сообщество, бывшее на месте пашни или выгона). Емкость повышают за счет обогащения контуров ин¬дексами и цифрами, раскрывающими характеристики компонен¬тов в легенде. Ландшафтное картографирование и профилирова¬ние раскрывают природное «содержание» исследуемой террито¬рии. Кроме этого выделяют инфраструктурные контуры, дороги, лесополосы и т. д. Существует направление, способное повысить информативность ландшафтной картографической модели путем перехода от единой карты к серии карт, к сложной картографи¬ческой модели. Контуры ландшафтов в этом случае рассматрива¬ют как операционные территориальные единицы, которые груп¬пируют и типизируют по свойствам или по отношению к челове¬ческой деятельности. Например, формируют модели, состоящие из двух карт: ландшафтной и современной антропогенной.

Аэроснимки и космические снимки. Важ¬ными и ценными знаниями о ландшафтах выступают модели — заместители местности, полученные в результате различного вида дистанционных съемок (фото, тепловой, лазерной, радарной). Эти модели особые, так как разрешающая способность приборов определяет меру замещения местности отделением существенных и несущественных черт. Снимки содержательны, но они выполня¬ют функцию модели-протокола, но не модели-гипотезы или мо¬дели-синтеза, так как занимают определенное место в ряду: местность à блоковая модель à снимок à карта. Работа с подобными моделями находится на начальной стадии.