Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Стаціонарні та напівстаціонари!дослідження ландшафтів
Стаціонарні ландшафтознавчі дослідження - це польові дослідження особливостей функціонування, динаміки і розвитку ландшафтних комплексів в стаціонарних умовах, на протязі тривалого часу і за допомогою технічних приладів. Кількісні характеристики функціонування, динаміки і розвитку ландшафтних комплексів поділяють на характеристики вертикального і горизонтального простягання. Характеристиками вертикального простягання являються характеристики окремих природних компонентів, які формують вертикальну (ярусну) структуру ландшафтних комплексів і відображають процеси вертикального переміщення енергії і речовини. При дослідженні вертикальних енергетичних і речовинних потоків в ландшафтних комплексах вивчають: 1) радіаційний режим атмосфери і земної поверхні; 2) тепловий режим повітря: 3) тепловий режим грунтів; 4) режим вологості повітря; 5) режим вологості грунтів; 6) вітровий режим; 7) режим випадання атмосферних опадів; 8) динаміка хімічного складу грунтів. Радіаційний режим атмосфери і земної поверхні - це часова (добова, річна і багаторічна) зміна кількості сонячної радіації. Він визначається радіаційним балансом. Радіаційний баланс - це сума надходження і витрат радіації, яка поглинається і випромінюється атмосферою і підстилаючої поверхнею. Проходячи через атмосферу, сонячна радіація частково відбивається, а частково поглинається і до земної поверхні надходить у вигляді прямих та розсіяних променів. Пряму сонячну радіацію (І) вимірюють за допомогою актинометра, розсіяну (3) реєструють за допомогою альбедометра. Пряма і розсіяна сонячна радіація разом утворюють сумарну сонячну радіацію ((^). Вона розраховується за формулою: Р «І + 8. Відбиту радіацію характеризує альбедо - відношення відбитої радіації (О) до сумарної радіації (9). Відбита короткохвильова радіація, як і розсіяна, реєструється за допомогою альбедометра. Альбедо розраховується за формулою: А = О/С? і визначається в частках одиниці або у відсотках. Тривалість сонячного сяяння^ визначають геліографом. За добу провадиться 6-8 строків спостережень за загальноприйнятим для метеорологічних станцій єдиним часом - у 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 год. Земна поверхня поглинає сонячну радіацію, перетворює її в теплову і випромінює довгохвильову радіацію. Це випромінювання називають земним (Ез). Атмосфера, поглинаючи радіацію, також нагрівається і випромінює довгохвильову радіацію. Цс випромінювання називають атмосферним (Ед). Різниця між земним і атмосферним випромінюванням становить ефективне випромінювання (Ер.ф). Ефективне випромінювання визначається двома способами: безпосередньо за допомогою піргеометра або за розрахунковою формулою (Епф - Е, - Ед) за метеорологічними спостереженнями. Отже, Земля одночасно одержує сонячну радіацію і віддає Ті у міжпланетний простір. Різниця між прибутком і видатком сонячної радіації складає радіаційний баланс, який розраховується за формулою К = О (І - А) - Е, де О - сумарна радіація. А -альбедо земної поверхні, Е - ефективне випромінювання. В залежності від переважання прибутку або видатку радіаційний баланс може бути додатнім (наприклад, вдень) або від'ємним (вночі). Тепловий режим повітря - це часова зміна температури повітря. Добові і річні (сезонні) коливання температури повітря досліджуються за допомогою метеорологічних термометрів (строкового, максимального і мінімального). Термометри розміщують у психрометричних будках на висоті 2 метри від земної поверхні. Теїі'Ювийрежим грунтів- цс часова зміна температури на поверхні грунтів і на різних глибинах ґрунтового профілю. Температуру на поверхні грунту вимірюють за допомогою строкового, максимального і мінімального метеорологічних термометрів. Температуру верхніх шарів грунту (5-20 см) вимірюють колінчастими термометрами Савінова, а на глибинах понад 20 см - глибинними витяжними термометрами ТМВ-50 і термометрами-щупами АМ-6. Термографи ведуть автоматичні і цілодобові спостереження за температурою повітря і грунтів. Радіаційний і тепловий режими земної поверхні і нижнього шару атмосфери складають тепловий баланс земної поверхні. Він визначається як сума потоків тепла, що приходять на земну поверхню і випромінюються з неї, завжди дорівнює нулю і відображається рівнянням Я + Р + ЬЕ + В = 0, де К. - радіаційний баланс земної поверхні, Р - турбулентний потік тепла від земної поверхні в атмосферу, ЕЕ - затрати тепла на випаровування або на конденсацію водяної пари (утворення роси), Ь - прихована теплота пароутворення, Е - шар води, що випарувався, В -потік тепла від поверхні Землі до нижніх шарів грунту. Для вимірювання випаровування при стаціонарних дослідженнях використовують випаровувачи, роси - росографи. Співвідношення компонентів балансу змінюється у часі в залежності від властивостей підстилаючої поверхні, кліматичних умов, пір року і доби. Характером теплового балансу визначаються особливості і інтенсивність більшості природних процесів.
Режим вологості повітря - це часова зміна вмісту водяної пари у повітрі, що відбувається внаслідок зміни температури повітря і земної поверхні, процесів випаровування і конденсації, а також перенесення вологи. Вона характеризується рядом величин: абсолютною і відносною вологістю, дефіцитом вологості, пружністю водяної пари, точкою роси, питомою вологістю. Добовий хід вологості повітря досліджується за допомогою волосного гігрометра, станційного і аспіраційного психрометрів, гігрографа в ті ж терміни, що і хід температури. Режим вологості грунтів - це часова зміна вмісту вологи в грунті в твердому, рідинному і газоподібному станах. Вологість грунту безперервно змінюється внаслідок переміщення вологи по профілю і її випаровування із грунту. Визначення вологості грунтів провадиться шляхом висушування грунту в термостаті. Вітровий режим - це часова зміна напряму, сили і швидкості вітру. Напрям і силу вітру визначають за допомогою флюгера Вільда, якій розміщується на висоті 8-Ю м над земною поверхнею і має стрілку, яка вказує напрям вітру, і спеціальну дошку, відхилення якої від вертикальної осі вказує силу вітру. Швидкість вітру вимірюється за допомогою анемометра і анемографа. Режим випадіння атмосферних опадів - це часова зміна інтенсивності і кількості опадів, що випадають з хмар. Для визначення кількості дощових опадів, які вимірюються у міліметрах шару води на горизонтальній поверхні, використовують опадомір Третякова, сумарні опадо-міри і плювіографи. Сніговий Покрив характеризується висотою, щільністю і запасом води. Висота снігового покриву вимірюється в сантиметрах за допомогою стаціонарних і переносних снігомірних рейок. Щільність снігу вимірюють об'ємним або ваговим снігомірами і обчислюють за відповідними формулами. Запас води в снігу обчислюють за формулою на підставі даних про висоту і щільність снігового покриву. Дослідження динаміки геохімічних характеристик ландшафтних комплексів провадяться один раз на декаду і включають дослідження кислотності, іонної структури і мінералізації атмосферних опадів і ґрунтового фільтрату (розчину). Фільтрат вловлюють за допомогою циліндричних відповерхневих лізиметрів висотою 10, 20, 25 і 50 см та площею перетину 500 см2. Лізиметри встановлюють на трьох ділянках, які є своєрідними натурними моделями орних угідь, луків і лісів. Орні угіддя відображає ділянка луків, що регулярно прополюється. Ділянка, що знаходяться поруч, але не прополюється і весь час зберігає трав'яний покрив відображає природні луки. Третя ділянка з відповідним технічним обладнанням знаходиться в лісі [74]. За характеристиками простягання горизонтальні речовинні потоки поділяють на: 1) атмосферні (перенос твердої речовини атмосферними потоками); 2) водні (поверхневий і ґрунтовий стік) і 3) гравігенні. Дослідження параметрів цих потоків проводиться на точках спостереження, де встановлені відповідні технічні прилади. Так, на Чорногорському стаціонарі Львівського університету для визначення кількості твердої речовини, що переноситься повітряними потоками, застосовується вишка потокового накопичувача [196]. Для визначення поверхневого і ґрунтового стоку використовуються потокові ями, що являють собою грунтові розрізи з площею стінки 1 м2з фільтром в нижній частині. Дослідження всіх кількісних і якісних ознак функціонування, динаміки і розвитку ландшафтних комплексів провадиться у трьох аспектах: 1) на майданчику спостережень; 2) на полігон-трансектах; 3) на профілях. В першому випадку всі спостереження здійснюються на спеціально обладнаному майданчику, де встановлені всі необхідні прилади. Полігон-трансект - це смуга земної поверхні довжиною 1, 5-3 км. її ширину визначають розміри фацій, які перетинає трансект. Для проведення систематичних і синхронних спостережень на полігон-трансекті розміщують до 50 постів спостережень. Збір інформації проводять 4-8 разів на рік за певним графіком, завдяки чому, крім просторового ряду, створюється і часовий ряд спостережень. Профіль, на відміну від полі-гон-трансекта, являє собою не смугу, а лінію, яка перетинає сполучені фації. Вимірювальна апаратура розміщується по всій довжині профілю в інтервалі від 5 до 10 м. Напівстаціонарні ландшафтознавчі дослідження - це багаторічні, але не систематичні спостерсусєння за кількісними показниками функціонування, динаміки і розвитку ландшафтних комплексів. На відміну від стаціонарних, вони провадяться не щоденно, а за певними сезонними стадіями розвитку ландшафтних комплексів. Лімітуючими умовами напівстаціонарних досліджень є обмеженість досліджуваних кількісних характеристик, необхідність використання складної громіздкої вимірювальної апаратури і використання методів або засобів, які потребують тривалого часу фіксації вимірів. Більш докладно про принципи, методику і конкретні приклади стаціонарних і напівстаціонарних ландшафтознавчих досліджень можна прочитати в роботах [17-23; 71; 73-74; 106-109; 123; 163-164; 195-197; 241; 245-247; 298; 346].
6.3. Дистанційні дослідження ландшафтів Дистанційними методами дослідження ландшафтів називають методи, застосовані на використанні матеріалів зйомок, виконаних з літака, космічного або іншого літального апарату. Одним із таких методів є дешифрування аеро- і космічних фотознімків (АФЗ і КФЗ). Під дешифруванням розуміють метод розпізнавання елементів земної поверхні за їх зображенням на АФЗ і КФЗ. Ландшафтознавче дешифрування - це розпізнавання на АФЗ і КФЗ ландшафтних комплексів або їх окремих елементів, засноване на знанні взаємозалежностей між природними компонентами і елементами, які складають ландшафтні комплекси, і використанні ландшафтних закономірностей як дешифрувальних ознак. Дешифрувальник, опираючись на закони взаємних зв'язків між компонентами ландшафту і знання особливостей їх фотографічного зображення, шляхом логічних побудов приходить до розпізнавання досліджуваного об'єкту або явища. З точки зору розпізнавальних можливостей, всі елементи земної поверхні поділяють на зовнішні - такі, що можна бачити зверху, і внутрішні - невидимі. Видимі на фотознімках елементи місцевості С.В.Вікторов і С.А.Востокова [1963] запропонували називати фізіономічними, а невидимі - деципієнтними. Дешифровальними ознаками фізіономічних елементів є форма, розміри, тон (або колір) і структура елементів фотозображення. Ці ознаки називають прямими. Невидимі на фотознімках елементи земної поверхні пізнають через видимі за допомогою посередніх ознак, грунтуючись на взаємозв'язках між компонентами і елементами ландшафтного комплексу. Прямі і посередні ознаки називають індикаторами, а метод їх використання для розпізнавання елементів земної поверхні - індикацією. До елементів земної поверхні, які підлягають ландшафтному дешифруванню, відносяться природні та антропогенні компоненти ландшафтних комплексів, а також самі комплекси. Природними компонентами ландшафтних комплексів є геологічна будова і літологічний склад порід, рельєф, грунти, водні об'єкти природного походження, природна рослинність; антропогенними компонентами - водні об'єкти антропогенного походження, культурна рослинність, об'єкти промисловості і сільського господарства, населені пункти і дороги тощо. Із елементів літогенної основи ландшафтних комплексів найкращу дешифрованість має фотозображення рельєфу. Дешифровальними ознаками форм рельєфу с об'ємна форма, планова конфігурація, тінь, структура фотозображення, а також особливості розміщення рослинного покриву. За об'ємною формою, планоьою конфігурацією і тінню виявляють мезоформи рельєфу та їх елементи: мри, балки, лощини, карстові лійки тощо. Особливості розміщення рослинності, а також тон і структура її фотозображенпя підкреслюють їхню конфігурацію. Геологічну будову і літологічний склад порід дешифрують за опосередкованими ознаками - формами меіо- і мікрорельєфу, які утворюються на гірських породах різного складу. Так, форми флювіального рельєфу мають підмінні морфомегричні ознаки в залежності від того, якими породами - піщаними чи суглинистими - складені ландшафтні комплекси. Особливості грунтового покриву розпізнаються, як правило, за опосередкованими ознаками -приуроченістю тої чи іншої рослинності, розташуванням ділянки на певних елементах рельєфу і т. п. Ділянки, що контрастують за умовами ґрунтового зволоження (сухі і мокрі днища лощин, сухі і сирі заплави, водозбірні зниження при вершинах балок і т. п.) добре читаються на АФЗ за зміною тональності фотозображення. Сильно впливає на тональність фотозображення і вміст гумусу в грунті; різниця у 2-3% змінює тон настільки, що за АФЗ можна розрізнити ділянки із світло-сірими лісовими грунтами від ділянок із сірими грунтами і т. д. Прямими дешифрувальними ознаками «одних об'єктів с тон і форма їх фотозображення. Водні поверхні поглинають більшу частину світової енергії, яка на них падає, тому дзеркало води на знімках зображується більш темними тонами, ніж суходіл. Річки, озера, ставки розпізнаються також за формою і розмірами їх фотозображення. Розпізнавання річок і струмків, які течуть в лісі і закриті кронами дерев, також проводиться за опосередкованими ознаками. В цьому випадку індикатором можуть слугувати видовий склад і життєві форми рослин, що супроводжують річище: на ділянках більшого зволоження вздовж во-дотоків рослинність має або інший видовий склад, або менші розміри крон і висоту дерев. Прямими дешифрувальними ознаками рослинного покриву слугують тон і структура фотозображення, форма тіні, а також рельєф пологу в лісових угрупуваннях. Для лісових насаджень основними дешифрувальними ознаками є структура і тон фотозображення. Ліси розпізнаються на знімках за відносно темним тоном і зернистою структурою. Так, березовий ліс на знімку має крупнозернисту структуру на відміну від дрібнозернистого малюнку фотозображення ялиново-смерекового лісу. Для лісу, що насаджений, характерна лінійна структура. Регулярне розміщення " зерен" на знімку дозволяє розпізнавати фруктовий сад. | Луки дешифруються за приуроченістю до певних форм рельєфу (вони приурочені головним чином до долин річок і струмків) і тоном фотозо-браження. Суходільні луки відрізняються однорідним рівним світло-сірим тоном. Мокрі луки приурочені до знижених місць і відрізняються темним тоном. Болотні ділянки мають на знімках загальний сірий тон, який сильно варіює в залежності від характеру рослинності і ступеня вологості болота у момент знімання. Для об'єктів, зв'язаних з діяльністю людини (населені пункти, шляхи сполучення, промислові споруди і т. д.), характерна геометрично правильна конфігурація. Регулярне квартальне планування характерне для порівняно великих населених пунктів в рівнинних районах. Нерегулярне квартальне планування характерне для гірських поселень. Для невеликих населених пунктів в рівнинних областях типове рядове планування. Зображення городів та інших сільськогосподарських земель мають на знімках прямолінійні обриси і характерну смугасту структуру - наслідок розміщення культур. Найбільшважливими дешифрувальними ознаками об'єктів транспортної сітки єїх форма, місцеположення і тон фотозображення. Для залізних і шосейних доріг характерна прямолінійність контурів, наявність снігозахисних лісонасаджень вздовж полотна дороги, насипів і виїмок, мостів. Грунтові і польові дороги виглядають світлими помірно звивистими лініями. Межі ландшафтнихкомплексів виділяють, насамперед, за ознаками рельєфу, а потім уточнюють за ознаками рослинності та інших компонентів і елементів природного і антропогенного походження. Так, притерасна заплава розпізнається за більш низьким, по відношенню до тераси, положенням в рельєфі, а також більш темним, ніж у центральної заплави і тераси, тоном фотозображсння, що є індикатором перезволо-ження. Западина виділяється на АФЗ своєю округлою формою і більш темним, ніж у оточення, тоном фотозображення, що вказує на більше зволоження і інший характер рослинності. В западинах, на відміну від плакорних ділянок з культурними посівами, зберігається природна рослинність вологих луків. і Функціонування і динаміку ландшафтів досліджують шляхом використання методу часового зрізу, який дозволяє вивчати стан ПТК на різних стадіях його еволюції. Виконані з різними часовими інтервалами, АФЗ містять значний обсяг інформації про природні та соціально-економічні явища і процеси, що відбуваються на одній і тій же території.Особливе значення це маг при дослідженні наслідків антропогенного впливуна ландшафти. Проводячи дешифрування різночасових знімків, можна простежити часову послідовністьвиникнення і розвиткуантропогенних модифікацій ландшафтіві намітити перспективи оптимі-зації антропогенного вплину на природне середовище. Так, фотограмметрична обробка матеріалів різночасовоїзйомки для детальноговивчення техногенних ландшафтін, нкі ииннклють в результаті видобуваннякорисних копалин, дозволяє отримати морфометричні характеристикитехногенного рельсфу на рі: них стадіях ного формування, про слідкувати етапи природного віднопленн» рослинності на відпраиьова-них ділянках [224]. Більш докладно про лгіидпиціяньГі меіод дешифрування аерофото-Знимків можна прочитані в \6\. Мс-жпингсті практичного використаних космічної інформації відображені ь Атласі дешифрованих знімків території України з космічних апарати-. " Україна з космосу" [176]. На сьогодні зйомку поверхні Землі виконують природно-ресурсні супутники: українські " Січ- 1" та " Океан-О", російський " Ресурс", американський " І.апа'хат", фратіцузі.кмй ЯРОЇ та ін. Вони оснащені багато-спектральною скануючою апаратурою МСУ, М58, ТМ НКУ, МОМЗ та іншими. Вказані сканери налічують до п'яті каналів в оптичному діапазоні з роздільною здатністю від 10 по 360 м та канали в інфрачервоному діапазоні з роздільною 120-1 70 м Інформація, одержана у вигляді сканерних знімків в різних діапазонах спектру (оптичному. 14 та ІІВЧ), після відповідної комп'ютерної обробки дозволяє: вивчення небезпечних природних і техногенних екзогенних процесів і виявлення зон екологічного ризику; дослідження екосистем великих міських агломерацій і промислових регіонів та динаміки їх територіального розпитку; оцінювання стану і класифікації рослинності; оцінювання радіоекологічного стану зони впливу аварії на Чорнобильській АВС; виявлення джерел забруднення і оцінювання якості води водних об'єктів; прогнозування масштабі» повені; визначення вологості грунтів і рівня і рутових вод; пошуки нафтогазонос- 1 них покладів. Ось деякі приклади таких досліджень. На багатоспектральних космічних знімках м. Києва легко простежуються райони багатоповерхової забудови і промислові зони, ліси і парки з різним характером деревних порід, лучна і чагарникова рослинність, сільськогосподарські угіддя і садово-дачні ділянки, водні об'єкти і ділянки намивних пісків під забудову, ділянки з діючими і потенційними зсувами, місця розвитку ерозійних процесів і просадок грунтів, ділянки підтоплення грунтів і перевіювання пісків (176].
На космічних знімках Херсону чітко дешифрується техногенний тип рельєфу: кар'єри по видобутку будівельних матеріалів, насипи, дамби, укріплення, вали, відстійники. Оцінка стану рослинного покриву виконується на основі розрахунку нормалізованого вегетаційного індексу у відповідності з інтенсивністю відбитої сонячної радіації, а індикатором є колір. На космічному знімку центральних і південних районів України ділянки червоного кольору відповідають повній відсутності рослинності. Це піски, кар'єри, багатоповерхова забудова міст. Відтинки зеленого кольору відповідають лісам, лукам, полям сільськогосподарських культур з проективним покриттям земної поверхні понад 70 %. Відтинки рожевого та жовтого кольору відповідають ділянкам з проективним покриттям від 10-15 до 70 %. Цікавим прикладом можливостей дешифрування космічних знімків за допомогою комп'ютерних технологій є виявлення джерел забруднень водних об'єктів в межах м. Києва. На комп'ютерному зображенні, що синтезоване із трьох спектральних каналів одного космічного знімка, піксели зображення у відповідності з рівнем забруднення розбиті на класи, які відрізняються градаціями яскравості. Кожному з них для зручності надані різні кольори, які підібрані таким чином, що найбільшій яскравості зображення, а отже і найбільшій концентрації забруднень, відповідає червоний колір. Подальша зміна забарвлення водної поверхні відбувається у відповідності із зменшенням концентрації забруднень. Більш докладно про принципи, методику і конкретні приклади дистанційних ландшафтознавчих досліджень можна дізнатись з робіт [6; 64; 115-116; 176; 209; 223; 225; 281; 311]. 6.4. Комп'ютеризація ландшафтознавчих досліджень Персональний комп'ютер (ПК) стає невід'ємним атрибутом ландшафтознавчих досліджень. Звичайно, він не може замінити експедиційні або стаціонарні польові дослідження, але в змозі значно полегшити і удосконалити процес дослідження шляхом автоматизації обробки отриманих різними методами матеріалів. Використання ПК для дешифрування аерокосмічної інформації включає: ввід в ПК фотознімків шляхом зчитування скануючими або лазерними приладами; перетворення аналогової інформації на чорно-білих або кольорових знімках в цифрову; обробку відеозображень з виводом результатів на екран кольорового графічного дисплея: підсилення яскравості і контрастності, функціональне перетворення, синтез багатоканальних зображень, кольорове кодування і т. д. [305]. Під час обробки дисплейний процесор визначає ряд статистичних характеристик вихідного або перетвореного зображення, рівень контрастності, середню щільність фототону тестових ділянок, дисперсію, інтеграл яскравості), які дуже зручно використовувати у ролі кількісних ознак дешифрування і критеріїв морфометрічної класифікації виділених контурів. Використання спеціальних пакетів програм, розроблених для автоматизованої обробки відеозображень, наприклад, системи Периколор-2000, дозволяє оконтурювати досліджувані об'єкти або явища на екрані дисплею і, використовуючи кольорові заливки або штрихові маски отримувати готові схеми дешифрування. Це дає можливість швидко отримувати на екрані різні і за вмістом, і за оформленням варіанти карти, будувати трьохмірні зображення, трансформувати отримані зображення. Підсумкові карти в будь-якому варіанті оформлення можуть бути виведені за допомогою кольорового струминного обладнання [308]. За допомогою системи Периколор-2000 можна створювати дисплейний фільм динаміки будь-якого явища. Він являє собою плавну динамічну послідовність зміни карт на екрані, яка відбувається за бажанням дослідника з будь-якою швидкістю і краще, ніж статичні карти, показує просторово-часовий хід природних процесів і явищ. Контрольні запитання: 1.3 яких періодів складаються експедиційні дослідження? 2. Які види робіт виконуються під час підготовчого періоду експедиційних ландшафтознавчих досліджень? 3. Які види робіт виконуються під час польового періоду експедиційних ландшафтознавчих досліджень? 4. Які види робіт виконуються під час післяпольового періоду експедиційних ландшафтознавчих досліджень? 5. Які характеристики фацій підлягають обов'язковому дослідженню і опису у польовому бланку на точці комплексного опису? 6. Які характеристики рельєфу описуються в графі бланку " рельєф"? 7. Як поділяють схили за крутизною, експозицією і формою? Як визначають ці властивості схилів за топографічною картою? 8. Які характеристики грунту описуються в графі бланку " Опис ґрунтового розрізу"? 9. Назвіть основні генетичні горизонти ґрунтового профілю і приведіть індекси, якими вони позначаються. 10. Як визначають колір фунту?
|