Лекция 7. Камеральные методы исследования геосистем на глобальном уровне.

Для географов наиболее привычным является представление о разделении методов на полевые (методы эмпирических наблюдений) и камеральные (теоретических обобщений). 

Среди полевых методов выделяют аэрокосмические и наземные. Наземные методы по положению наблюдателя включают экспедиционные, полустационарные и стационарные методы наблюдения. 

Каждому из них соответствует свой класс решения задач, временной интервал, масштабы исследования. Экспедиционные исследования составляют от нескольких дней до нескольких месяцев в году и направлены на изучение малоисследованных ПТК и их состояний. Основным эмпирическим методом является метод детального физико-географического описания точек наблюдения. 

По форме выделяют линейные и площадные методы наблюдения, среди них основными являются: 

· метод профилирования – точки наблюдений закладывают вдоль линий, проложенных вкрест простирания основных форм рельефа, от водоразделов к местным базисам эрозии. Метод очень популярен во всех направлениях ландшафтных исследований; 

· метод произвольных маршрутов - маршрут определяется по особенностям рельефа и растительности. Целесообразно точки комплексных наблюдений закладывать таким образом, чтобы охватить все разнообразие изучаемых ПТК. Метод широко применяется при крупномасштабном ландшафтном картографировании; 

· метод геометрической сетки – точки закладывают в вершинах геометрических фигур, с образованием сплошной сети. Участки заранее размечают по топографической карте или аэрофотоснимкам. Наиболее часто метод применяется при ландшафтно-геохимическом изучении антропогенных комплексов. 

Полустационарные наблюдения проводятся для изучения определенных состояний ПТК с частотой позволяющей охватить все типичные состояния, характерные в течение года. Организация таких исследований проводится уже после экспедиционного этапа, на территории с хорошо изученной горизонтальной структурой ПТК.

Стационарные исследования проводятся на физико-географичес-ких стационарах или на базе других научных учреждений (например, сети заповедников, национальных парков) по специально разработанной программе. Эти исследования отличаются наибольшей детальностью изучения горизонтальной и вертикальной структуры ПТК, изучение состояний и процессов в ПТК проводятся круглогодично и круглосуточно. 

Наиболее распространенным методом стационарных исследований является метод комплексной ординации или сопряженный анализ состояния всех компонентов ПТК. На эмпирическом уровне исследований методы подразделяются на методы наблюдения, нахождения эмпирических зависимостей и предсказания поведения объекта (прогноза). 

Все действия, связанные с наблюдением, т. е. обзором и измерением параметров, приводят к составлению протокола наблюдений. Среди их многочисленных видов в физико-географических исследованиях наиболее распространены бланки, полевые дневники и карты. Анализируя развитие методики наблюдений, В. С. Преображенский отмечает следующие особенности: стремление к переносу многих действий в камеральную обстановку (работа с аэрофотоснимками, анализ отобранных образцов); увеличение полевых измерительных работ, особенно связанных с изучением перемещения потоков вещества и энергии; взаимопроникновение экспедиционных и стационарных методов; усиление жесткости (кондиционности) протоколов наблюдений. 

На современном этапе развития методов наблюдений результаты представляются в виде изображений (снимков, пространственно-временных диаграмм, карт) и баз данных на компьютерных носителях информации, которые вместе с программами обработки входят в состав геоинформационных систем, каталогов, таблиц. 

Географические информационные системы (ГИС) - это средство моделирования и познания природных и социально-экономических систем. Как указывает А. М. Берлянт,  понятие «географические» обозначает в данном случае не «пространственность» или «территориальность», а комплексность и системность исследовательского похода. ГИС применяется для исследования всех тех природных, общественных и природно-общественных объектов и явлений, которые изучают науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки, а также картография, дистанционное зондирование. В технологическом аспекте ГИС (ГИС-технология) предстает как средство сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной географической информации. С производственной точки зрения ГИС является комплексом аппаратных устройств и программных продуктов (ГИС-оболочек), предназначенных для обеспечения управления и принятия решений, важнейший элемент этого комплекса - автоматические картографические системы. ГИС одновременно рассматривается как инструмент научного исследования, технология и продукт ГИС-индустрии. В геоэкологических исследованиях ГИС используются для решения следующих основных задач: рационального использования природных ресурсов; мониторинга геоэкологических ситуаций и опасных природных явлений; оценки техногенных воздействий на среду и их последствий, обеспечения экологической безопасности регионов; а также при проведении экологической экспертизы проектов хозяйственной и иной деятельности; контроля условий жизнедеятельности населения; в научных исследованиях и образовании; геоэкологическом картографировании (комплексном и отраслевом). 

Наиболее полная информация о состоянии окружающей среды получается в результате мониторинговых наблюдений. Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, уровням организации, природным средам за которыми ведутся наблюдения). Система геоэкологического мониторинга накапливает, систематизирует и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, источниках и факторах воздействия, допустимости изменений и нагрузок на среду. Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы: импактном (изучение сильных воздействий в локальном масштабе); региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона); фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность). 

Программы наблюдений формируются по принципу выбора приоритетных (подлежащих первоочередному определению) загрязняющих веществ и интегральных (отражающих группу явлений, процессов или веществ) характеристик. Методы нахождения эмпирических зависимостей характеризуют способ познания объекта. К ним относятся уже рассмотренные общенаучные, междисциплинарные и специфические методы исследования. Наибольшую роль в физико-географических исследованиях играют сравнительный, картографический, исторический и математический методы, взаимодействующие между собой. 

В геоэкологических исследованиях большое значение также имеют геохимический, ландшафтный, системный и экологический подходы. Методы предсказания поведения объекта. Процесс прогнозирования начинается с определения его цели и объекта, так как именно они определяют тип прогноза, содержание и набор методов прогнозирования, его временные и пространственные параметры. Логические методы прогнозирования основаны на применении определенной последовательности мыслительных операций (индукции, дедукции, экспертных оценок, аналогий, системного анализа). Формализованные методы основаны на использовании источников фактографической информации (прогнозной экстраполяции и интерполяции, статистический, аналитический, моделирования и др.). Выбор методов прогнозирования в каждом конкретном случае определяется рядом условий, среди которых наиболее важны: цель и задачи прогноза, величина прогнозируемого периода, специфика прогнозируемого объекта, полнота и достоверность исходной информации. Для геоэкологического прогнозирования необходим также учет масштаба территории, на которую распространяется прогноз. На теоретическом уровне выделяется метод моделирования, разнообразие возможностей которого обусловлено использованием принципов анализа и синтеза элементов и подсистем модели. В ряду вербальные - графические - математические модели, особое место занимают графические блоковые. 

По характеру активности субсистем выделяют класс объектных моделей, традиционных для изучения природных геосистем, и субъект - объектных моделей природно-антропогенных геосистем, включая геотехнические и интегральные «природа - хозяйство - общество». Объектные модели выступают современной теоретической базой стационарных исследований геосистем и наиболее широко используются в ландшафтном картографировании. В субъект - объектных моделях субъект обладает ценностными критериями, способностью преобразовывать объект. Применение этого класса моделей характерно для геоэкологических оценок. 

Возможное многообразие состояний субъекта и связей с объектом создает ряд методических трудностей, обусловленных чрезвычайно большим объемом анализируемой информации и невозможностью передачи множества состояний подобных систем с помощью единой картографической модели. 

По числу субсистем выделяют моносистемные модели, в которых элементами выступают компоненты природы или хозяйства, и полисистемные модели, где акцентируется внимание на взаимосвязях геокомплексов более низкого ранга. На выбор методики исследований существенное влияние оказывает понимание исследователем форм причинности наблюдаемых явлений - однозначной или многозначной, жестко детерминированной или вероятностной. Сфера анализа различия и сочетания проявлений форм причинности в геосистемах относится к важнейшему направлению теоретических исследований. Исходной позицией и некоторым итогом теоретических поисков является система определений научной дисциплины, от качества которой во многом зависит успех дальнейшего развития теории. В связи с этим актуальны методы логического анализа и формализации существующих понятий.

Вещественный состав, границы и основные физические свойства геосфер; система единиц.

Географическая оболочка (геосфера) - материальная система, возникшая на земной поверхности в результате взаимодействия и взаимопроникновения насыщенных организмами литосферы, атмосферы и гидросферы. Географическая оболочка, или глобальная геосфера, состоит из неразрывного комплекса частных геосфер, занятых преимущественно одним компонентом определённого состояния и совместно функционирующих в присутствии биоты (исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи). Литосфера, атмосфера и гидросфера образуют практически непрерывные оболочки. Биосфера как совокупность живых организмов в определённой среде обитания не занимает самостоятельного пространства, а осваивает вышеназванные сферы полностью (гидросферу) или частично (атмосферу и литосферу). В землеведении выделении биосферы в отдельную оболочку не столь необходимо, как, к примеру, в биологии. Специфическое положение занимает криосфера (сфера холода) и педосфера (почвенный покров). Выделяются зонально-провинциальные обособления — ландшафты и геосистемы. Они возникают в результате определённого взаимодействия и интеграции геокомпонентов. Наиболее распространённые вещества: горные породы и минералы, природные воды, лёд, воздух, живое вещество, почва и кора выветривания, технические сооружения. Верхняя граница — 1) уровень наибольшей конденсации озонового слоя (25-28 км); 2) верхняя граница тропосферы (учитывая, что она взаимодействует с земной поверхностью). Нижняя граница - раздел Мохоровича (подошва земной коры). Причина отсутствия единой точки зрения — отсутствие чётко выраженной границы. Система — совокупность элементов, находящихся в определённом соотношении. Всё то, с чем данная система взаимодействует называется средой. Взаимодействует территориально и функционально.

Со временем сложилась определенная система сбора информации, составляющая основу общих методов изучения географической оболочки. По способу получения информации выделяют экспериментальные и теоретические методы, по месту наблюдения — полевые и камеральные, по используемой технике — визуальные и инструментальные, по характеру информации — количественные и качественные. Особое положение занимают лабораторные методы исследования, включающие работу с пробами в стационарных условиях. Получение информации возможно при непосредственном контакте исследователя с объектом в ходе наблюдений и экспериментов. Эксперименты — это измерения, проводимые в контролируемых условиях по заранее составленной программе. Модель — это упрощенное воспроизведение изучаемого объекта в виде физической конструкции, совокупности математических формул, карт, блок-диаграмм и др. Анализ модели позволяет получить новые знания. Модели подразделяются на стационарные и нестационарные. Модели бывают физические и математические.