Методы исследования в ландшафтоведении

Методология науки включает в себя целостную систему подходов и методов познания, структурированную на основе определенных логических принципов и конструктивную для развития самой науки. Подход – это методологическая ориента­ция процессов познания, имеющая стратегическое направление. Метод – это алгоритм действий, приемов и операций, выполне­ние которых необходимо для достижения поставленной цели (Шарыгин, 2007).

Методология ландшафтоведения это комплекс обще­научных подходов, приемов и способов получения эмпириче­ского и теоретического обобщения в целях познания простран­ственно-временной организации ландшафтов и их связей с дру­гими объектами. Комплекс подходов – это не просто их сово­купность, а стройная система взаимосвязанных методов, отра­жающая взаимосвязь изучаемых объектов, их свойств и взаимо­действие географических наук (Голованов, 2005). Все многооб­разие методов и приемов, используемых ландшафтоведением, имеет одну основу – применение пространственно-сравнительного подхода, который может проявляться в словес­ных, блоковых, картографических, математических моделях. Здесь сравнивают элементы, системы, факторы, состояние, организацию, выявляют общее и индивидуальнoe, групповые свойства, ищут изоморфизм (аналогию). Постоянной основой такого подхода является картографирование ландшафтов. Мето­дика ландшафтоведения опирается и на полисистемные модели, отражающие непрерывно дискретное строение географической оболочки.

Сравнительный подход. Объединяет комплекс методов, основой которого служит логический прием сравнения, заклю­чающийся в сопоставлении и выявлении сходства и различия организации, свойств, состояний, процессов двух и более ланд­шафтов. Это могут быть как рядом расположенные или существующие в одно и то же время, так и удаленные в пространстве и во времени ландшафты, находящиеся под влиянием одних и тех же или различных факторов. На основе сопоставления делают выводы о закономерностях развития ландшафтов в пространстве и во времени. Такой подход является базовым на этапе эмпири­ческого и теоретического обобщения при разработке классифи­каций и легенд карт районирования, оценки и прогнозирования. Сравнительный подход усложняется с развитием науки и техни­ки и «привлекает» системный подход и математические методы. Существуют два направления применения сравнительного подхода: для прогнозирования состояний и поведения геосис­тем. Первое предполагает сопоставление слабо изученного объ­екта с хорошо изученным аналогом. Во втором сопоставляют одинаково изученные ландшафтные объекты, находящиеся либо на одной, либо на разных стадиях развития.

Исторический подход. Широко использует логические операции сравнения состояний. Анализирует изменения суще­ственных характеристик либо самого комплекса, либо факторов, его формирующих. Включает большое число методов и опера­ций. Развиваясь, исторический подход трансформируется в бо­лее общий – временный. Современный исторический подход обогащен математическими методами обработки и анализа дан­ных, применяется моделирование для воссоздания разномас­штабных изменений и выявления сущности пространственно-временной организации ландшафтов.

Системный подход. Служит формированию геосистем­ных представлений о ландшафтах и его локальных структурных частях. С его помощью в ландшафтоведение внедряют модели­рование – совокупность процедур построения эмпирических и теоретических моделей. Используя модели в процессе изучения ландшафтов, можно переносить полученные знания с моделей на натуру. Системный подход – система определенно упорядо­ченных процедур.

Картографический подход. Анализ карты в географии служит средством применения пространственно-временного сравнительного подхода. Па картах фиксируют наблюдения, устанавливают по ним морфологическую структуру ландшафта, получая в результате ландшафтную карту, схему ландшафтного районирования. Карты – это знаковая пространственная модель геосистемы, полученная по определенным законам. В этом ка­честве она становиться источником новой информации о свой­ствах ландшафта. Создание и анализ карты представляют ком­плекс циклов: наблюдательных, технических, логических, изме­рительных. Большое значение имеют алгоритмизация и автома­тизация процессов построения и изучения карты на основе ма­тематической теории распознавания образов.

Существует несколько определений географических ин­формационных систем (ГИС), которые всесторонне характери­зуют это понятие. Наиболее распространено определение ГИС как информационной системы, осуществляющей сбор, хране­ние, обработку и отображение пространственно-распределенной информации. ГИС объединяет информацию, содержащуюся на географических картах, с кадастровыми, экологическими и дру­гими данными в зависимости от ее назначения.

Географические информационные системы включают в себя технологию для организации, хранения, представления и анализа (определения взаимоотношения) пространственных данных с помощью компьютера. Применение ГИС разнообраз­но: картография, землеустройство, мелиорация, лесоводство, экология, оценка состояния окружающей среды и др. ГИС по­зволяет интегрировать информацию по рассматриваемой про­блеме, проводить аналогические исследования и служит осно­вой для принятия более обоснованных решений, т. с. ее можно использовать в системах поддержки принятия решений (СППР).

Создание ГИС включает следующие этапы: создание (разработка) цифровых баз пространственных данных, связыва­ние баз данных, визуализация всех видов географически привя­занной информации, выполнение пространственного анализа, составление цифровых карт и отчетов, построение приложений для конкретного пользователя, составление сопроводительного обзора функций и возможностей.

Большая потребность в ГИС и рост популярности таких систем объясняется тем, что пространственные факторы явля­ются составной частью повседневной человеческой жизни, а также тем, что реальный мир состоит из многих географических компонентов, которые могут быть представлены в качестве связанных наборов пространственных данных. ГИС обладают воз­можностью связывать различные наборы данных для рассмат­риваемой территории и выполнять операции над различными слоями данных (объединять, накладывать, создавать новые), гак как в качестве объединяющего принципа они используют про­странственное (географическое) положение всех данных.

Объединение различных данных дает новую информацию для анализа, следовательно, повышает ценность этих данных.

Ландшафтный подход. Направлен на изучение целостно­сти исследуемого объекта, обусловленной взаимоотношениями его элементов и связями со средой. Изучая любой объект или процесс на Земле, важно знать, что он либо входит в одну ландшафтную систему, либо охватывает несколько таких сис­тем. Суть ландшафтного подхода: рассмотрение не только объекта изучения, но и его среды как иерархически сложно сфор­мированного целого. Например, человеческая деятельность мо­жет так изменить свойства ландшафта, что он станет отрица­тельно действовать на самого человека. Результаты ландшафт­ного подхода к разработке и решению проблем взаимодействия общества и природы, проектированию и созданию природно-техничсских геосистем, природоохранной деятельности под­твердили его эффективность в междисциплинарных научно- технических разработках.

Методы районирования и классификации ландшафтов. В середине XX века районирование и классификацию рассматри­вали как основную самостоятельную задачу, как конечный ре­зультат ландшафтного исследования. В настоящее время эти методы являются вспомогательными, так как имеют особое зна­чение в систематизации географической информации.

Объектами классификации и районирования служат не только длительные свойства, но также природные и природно-технические системы. Расширение объектов исследования меня­ет способы получения данных и методы их обработки. Методи­ка районирования включает такие приемы, как визуальный ана­лиз ландшафтной карты, причем большего масштаба, чем пла­нируемое исследование. Также реализуются методы сопряжен­ного анализа компонентов ландшафта и территориальных объ­ектов, отраженных на тематических картах. Для этого проводят выбор признаков, наиболее информативных для конкретных цепей районирования (научных или практических), оценивают надежность и достоверность полученного результата, разрабатывают критерии оценки соподчиненности получаемых границ территории.

Конкретные физико-географические классификации раз­рабатывают на основе многоступенчатого анализа набора при­знаков геосистем и существующих типизаций. В классификации объектов используют деревья логических, фактических и регио­нальных возможностей, объединяющие отдельные разрознен­ные классификации. Формализованные методы анализа инфор­мации позволяют широко использовать методы моделирования и осуществлять классификацию с помощью компьютеров.

Экспедиционные, стационарные, дистанционные методы. Направлены на получение исходной информации. Их развитие связано с совершенствованием системы организации исследова­ний и общей методологии ландшафтоведения. Совершенствова­ние стратегии и технической базы исследований (датчиков, са­мописцев, измерительной и съемочной аппаратуры для аэрокосмичсских съемок, развитие электроники) привело к тому, что исследователь от непосредственного контакта с объектом переходит к дистанционным методам его изучения. В стационарных или камеральных условиях проводят анализ, измерения по топографическим и тематическим картам, аэрокосмическим сним­кам, систематизируют литературные и фондовые данные. С по­мощью экспедиционных методов выясняют признаки исследуе­мого объекта, решая задачи, связанные с выявлением свойств ландшафта, взаимосвязей его компонентов, пространственной структуры ландшафтов. В результате определился новый класс географических задач: исследования формирования, динамики и функционирования геосистем, поведение составных элементов, механизмов массо-энергообмсна в геосистеме, природных ре­жимов. Для этого необходима сеть физико-географических ста­ционаров – экспериментальных баз для проверки рабочих гипотез, накопления сравнимого во времени материала о процессах, отладки отдельных методик.

Стационарам должно отводиться главное место в изуче­нии процессов, механизмов, режимов, смены состояний, движения и времени в ландшафте. Серьезный конкурент этого вида исследований – дистанционное зондирование. Многократные регулярные съемки одних и тех же объектов в различных мас­штабах, в разных спектральных зонах и диапазонах волн откры­вают безграничные возможности в решении проблем создания геоинформационных систем.

Модели в ландшафтоведении. Моделирование – это неза­менимый способ исследования таких сложно организованных моделей, как ландшафты. Используют вербальные, матричные, графические и математические классы моделей.

К вербальным моделям относятся модели-образы, дефи­ниции, законы науки, названия типов ландшафтов. Матричные модели применяют в качестве инструмента типологической группировки ландшафтов, где столбец и строка – две группы признаков типизации, например тепло- и влагообеспеченность. Матричные модели используют для изучения приграничных ландшафтов, объясняя размещение ландшафтов относительно друг друга и для оценки связей: воздействие ↔ изменения → последствия.

В класс графических моделей входят блоковые и карто­графические. Блоковые модели графически отражают реальную связь между элементами и частями систем и системой в целом, между системой и се окружением. Разрабатывают модели при­родных, природно-технических, антропоэкологических, рекреа­ционных геосистем и процессов их исследования.

Картографические модели и профили картографической модели ландшафта начинают создавать с ландшафтной карты на этапе полевых ландшафтных исследований. Ландшафтная кара и профиль позволяют изучить внутреннюю структуру комплек­сов, установить взаимосвязь между компонентами ландшафта и между самими ландшафтами, выявить сложность, разнообразие, контрастность, расчлененность границ, взаимную удаленность или соседство. Ландшафтное картографирование и профилиро­вание раскрывают природное «содержание» исследуемой терри­тории.

Примерная схема ландшафтного исследования. Последо­вательность действий в ландшафтных исследованиях отражает процесс исследования и в зависимости от задач, требующих решения, рассматривается по схемам: предполевые → полевые → завершающие исследования; эмпирическое → теоретическое (отражает уровни познания); постановка проблемы → экспери­ментальная часть → обсуждение результатов; анализ → диагноз → прогноз (от изучения до выработки конкретных представле­ний).

Ландшафтное исследование включает изучение свойств ландшафтов, морфологической структуры, пространственной дифференциации процессов в ландшафте, современной динами­ки и развития. Определяют соотношение природных и техно­генных связей, общественных потребностей, степень выполне­ния ландшафтом заданных ему социально-экономических функ­ций. Ландшафтный прогноз предсказывает и оценивает возмож­ные изменения в ландшафте. Эту схему модернизируют, вклю­чая дополнительные этапы: выбор объекта исследования, по­строение моделей, управление территорией. Она объединяет естественно-исторические, технологические и социально- экономичсские задачи.

К настоящему времени сложилась общая схема ланд­шафтного исследования:

1. Наличие объекта исследования и некоторых знаний о нем.

2. Четкая формулировка цели исследования, выбор средств исследования, разработка программы определяют круг решаемых вопросов.

3. Проведение натурных наблюдений, экспериментов, подбор материалов предшествующих наблюдений.

4. Синтез материалов наблюдения и полученных ранее пиний.

5. Проверка существующих знаний.

6. Внедрение в производство или распространение в общедоступной форме полученных знаний.

На данном этане развития ландшафтоведения выделяют естественноисторические исследования ландшафтов и социо- функциональный анализ ландшафтов.

Цель естественноисторических исследований – выявление нового знания о природных и природно-антропогенных ланд­шафтах как элементах географической оболочки. Социофункциональный анализ – выявление значения ландшафта в жизни общества.

Контрольные вопросы и задания. 1. Сформулируйте определение ландшафтоведения как науки, объекта и предмета его исследования. 2. Охарактеризуйте модели, применяемые в ландшафтоведении. 3. Определите место ландшафтоведения в системе наук о Земле. Какие «пограничные» научные направления стали самостоятельными полновесными науками? 4. Опишите схему ландшафтного исследования. Сформулируйте задачи ландшафтоведения «на перспективу». 5. Перечислите свойства геосистем. 6. Раскройте понятие «иерархия геосистем». Приведите примеры геосистем разного уровня организации.