Глава XIII

Исследования по картам

13.1. Способи работм с картами

Рассмотренньїе в предьідущей главе технические приемьі исполь­зуют для работьі с отдельньши картами либо с сериями карт и ком­плексними атласами. Исследования по картам вьшолняют для опре­деления размещения и пространственно-временной структури яв­лений и процессов, их взаимньїх соотношений и связей, виявлення тенденций развития и динамики, для получения всевозможннх ко-личественннх характеристик и оценок, проведення районирования и классификации, прогноза изменений во времени и пространстве.

Способи работн с картами подразделяют следующим образом.

Анализ отдельной карти

• Изучение картографического изображения без его преобра-зования, т.е. анализ карти в том виде, в каком она єсть.

• Преобразование картографического изображения с целью приведення его в вид, более удобннй для данного конкрет­ного исследования.

• Разложение картографического изображения на составляю-щие — особнй вид преобразования, применяемнй для внде-ления нормальной и аномальной (фоновой и остаточной) компонент развития и размещения явлений и процессов.

Анализ серий карт

• Сравнение карт разной тематики с целью установлення вза­имосвязей и зависимостей между явленнями.

• Сопоставление разновременньїх карт для изучения динамики и зволюции явлений и процессов, составления прогнозов их развития во времени.

• Изучение карт-аналогов для обнаружения общих закономер-ностей распространения явлений и процессов на разньїх тер-риториях.

Иселедования по картам, как и любьіе другие, включают не­сколько зтапов:

• постановка задачи — формулирование цели, вьіделение под-задач, определение требований к точности;

• подготовка к иселедованию — вьібор картографических ис­точников, методов, технических ередств, алгоритмов и т.п.;

• собственно иселедование — получение предварительньїх, а затем окончательньїх результатов, их оценка, создание но-вьіх карт;

• интерпретация результатов — содержательньїй анализ, фор­мулирование вьіводов и рекомендаций, оценка их надеж-ности.

Иселедования по картам — зто всегда более или менее форма-лизованная процедура. На всех зтапах ей должньї сопутствовать содержательньїй географический анализ получаемьіх результатов, соотнесение их с реальной ситуацией и, если необходимо, кор-ректировка самой процедури иселедования.

13.2. Изучение структури

Изучение по картам структури явлений и процессов — зто вьіявление и анализ их злементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель ис­еледования всегда состоит в познании пространственной органи-зации геосистем, их генезиса, в раскрьітии механизма функцио-нирования.

Один из наиболее информативньїх способов изучения структу­ри — анализ конфигурации картографических образов, т.е. изучение геометрического рисунка изображения. По внешнему облику обьекта часто можно судить о его морфологии, генезисе, о факторах, сфор-мировавших тот или иной обьект. На рис. 13.1 показаньї некоторьіе типичньїе конфигурации географических обьектов, по которьім можно еделать предположения об их генезисе. Так, параллельньїй рисунок гидрографической сети, скорее всего, свидетельствует о системе трещиноватости того же простирания, которой подчине-ньі речньїе долиньї, а радиальное растекание водотоков — о купо-лообразном тектоническом поднятии. Древовидная конфигурация почвенньїх контуров означает их приуроченность к долинам рек, а

в еерньїй рисунок характерен для природньїх обьектов, формиру-ющихся на дельтах, и т.д.

Картографический метод позволяет зффективно виявлять про-странственньїе закономерности и аномалии, т.е. тнпичние, устой-чивьіе, широко распространенньїе структури н отклонения от них. Карти, обладающие большой обзорностью, как би спецнально предназначеньї для виявлення общих закономерностей глобаль­

ного и регионального уровней. В значительной степени зтому спо-собствует и генерализация, освобождающая изображение от мело-чей, деталей и вьіпукло проявляющая главньїе, наиболее суще-ственньїе его чертьі.

Напомним, что именно благодаря обзорности карт бьіли уста-новленьї такие важнейшие закономерности географической струк­тури, как зональность, сеть планетарних линеаментов, єдиная система срединно-океанических хребтов и рифтовнх зон, струк­тура центральних мест и т.п. Глобальнне системи линеаментов можно обнаружить при внимательном анализе карт любого масш­таба. На карте Севера Русской равнинн (рис. 13.2) отчетливо про­явлена система северо-западннх и северо-восточннх линеаментов. Им подчиняются береговне линии морей и озер, направлення водоразделов и речннх долин. Таковн очертания Кольского полу-острова, берега Белого и Печорского морей, витянутне озера Карелии, долини рек Северной Двинн, Онеги, Мезени, Вашки, Сухонн, Внчегди, Печори, Уси, Тиманский кряж, Северннй Урал, хребет Пай-Хой и другие крупнне оро- и гидрографичес-кие злементн. Все зто — отражение системи трещиноватости,

16-4886

о хватьівающей всю планету и обязанной своим происхождением ротационньїм напряжениям, возникающим на земном шаре. Ин-тересно, что аналогичньїе системьі северо-западньїх и северо-вос-точньїх линеаментов можно видеть и на картах других планет зем­ной группьі. Зто общая закономерность планетарного рельефа.

На фоне закономерностей нередко удается подметить анома-лии, и глаз опьітного исследователя сравнительно легко их рас-познает. В качестве иллюстрации на рис. 13.3 показана уникальная для Севера Русской равниньї широтная орографическая аномалия в полосе между 65° и 66° с.ш. Словно глубокая борозда прорезает Тиманский кряж, и в ней расположеньї долин рек Пезьі, Циль-мьі, Печорьі. Она аномальна по отношению к господствующим здесь северо-западньїм линеаментам. Так проявлена в рельєфе глу-бинная Транстиманская тектоническая дислокация.

Изучая структуру явлений, часто стараются вьіявить основньїе и второстепенньїе компонентьі. Отделить аномалии от фона помо-гает операция разложения картографического изображения на со-ставляющие, которую можно вьіполнить с помощью усреднения, аппроксимации или фильтрации. В задаче о разложении принима-ется, что показанное на карте явление г представляет собой ре­зультат совокупного влияния основного, наиболее значительно-го, фонового фактора і , зависящего от причин регионального, а иногда даже глобального масштаба, и дополнительньїх факторов, накладьівающихся на общий фон и усложняющих картину, — их назьівают остаточними і₀ или аномальними

* ⁼ Ч ⁺ *о' ^пР^ичем ^ » £₀-

П римерами могут служить ареальї повьішенного радиационно-го загрязнения на фоне допустимих значений, локальньїе подня-тия и опускання на фоне региональньїх тектонических движеннй, местньїе климатические особенности, накладьівающиеся на зональ-ньіе закономерности, и т.п.

Самьій простой способ разложення — графическое осреднение. Для зтого на исходной карте размещают сетку регулярних точек так, как показано на рис. 13.4, в центре каждой шестиугольной ячейки вьічисляют значение скользящего среднего і_ф как среднего из значений вершин и центра ячейки: і = ^!/₇ 2 і_г На изолинейной карте, построенной по значенням і_ф, отражена осредненная фоно­вая поверхность (рис. 13.4<?), передающая главньїе, наиболее круп-ньіе чертьі структури. Если далее в каждой точке взять разности между фактическим и осредненньїм значеннями і_о = і. — і_ф и про­вести по ним изолинии, то получится остаточная поверхность, показьівающая размещение аномалий, отклонений, второстепен-ньіх деталей (рис. 14.4г).

А налогичньїй зффект разложения на составляющие достигает-ся и при расчете аппроксимирующей поверхности и отклонений от нее фактической исходной поверхности. При зтом предполага-ется, что фоновая составляющая описьівается некоторой неслу-чайной функцией /(х, у), а неучтенньїе отклонения от нее є соот-ветствуют остаточной поверхности. Иначе говоря, членьї аппрок-симирующего уравнения приравниваются к членам уравнения разложения на составляющие

і =/(х,у) +є =і_ф +ї₀.

На рис. 13.5 представлена карта осадков теплого периода года на территории Республики Коми и результати ее разложения на фоновую поверхность 1-го порядка и остаточную поверхность. Карта фоновой поверхности передает общее увеличение количества осад­ков в направлений на юго-восток, что может бьіть связано с трансформацией масс арктического воздуха по мере их продвиже-ния в глубь материка. А карта остаточной поверхности показьівает отклонения от зтой закономерности, в частности резкое увеличе­ние количества осадков на западньїх склонах Урала и в районе Тиманского кряжа.

Углубленное изучение структури явлений нередко требует пре-образования картографического изображения, т.е. трансформиро-вания его с целью создания производньїх карт и получения по ним новой информации. Различают несколько видов преобразования.

В ьтленение, т.е. вьіделение на карте интересующих исследова-теля компонентов сложной геосистемьі и снятие прочих деталей. Вьіделенньїе злементьі предстают в наглядной и удобной для дан-ного иселедования форме, например в виде системьі спрямленньїх злементов рельефа и гидрографии, как на рис. 13.2.

Схематизация — устранение второстепенньїх деталей и пред-ставление картографического изображения в упрощенном виде. Так, при схематизации гипсометрического изображения и снятии дета­лей зрозионного раечленения проявляетея основная первично-тек-тоническая структура рельефа (рис. 13.6).

Детализация — преобразование, противоположное схематиза­ции, оно имеет целью еделать изображение более подробньїм. На­пример, на топографической карте можно детализировать изобра­жение зрозионной сети, проведя по изгибам горизонталей тальве-ги временньїх водотоков.

Континуализация — замена дискретного картографического изображения непрерьівньїм, что обьічно связано с введением по-нятия «географическое поле». Например, карту тектонических тре-щин преобразуют в псевдоизолинейную карту поля трещинова­

тости (рис. 13.7), карту расселения — в карту плотности населе­ння, карту размещения лесов — в карту лесистости и т.п. Такие преобразования дают представление об абстрактном рельєфе явле­ння, на производньїх картах хорошо читаются максимуми и ми-нимумьі распределения, их удобно коррелировать с другими изо-линейньїми картами.

Дискретизацію — обратное преобразование, имеющее целью перевод непрерьівного изображения в дискретную форму. Хоро­шим примером может служить интерполирование по сетке точек при создании цифрових моделей по картам с изолиниями или карто граммам.

Средствами подобннх преобразований часто служат графичес­кие оператори — сетки равномерно или неравномерно располо-женннх точек, геометрических ячеек, в каждой из которнх випол­

няют пересчет исходньїх данньїх и получают производньїе показа­тели. Если ячейки (квадратьі, кружки и др.) перекрьіваются по площади, то их назьівают скользящими операторами. Примерьі наи­более типичньїх операторов показаньї на рис. 13.8.

Преобразования подразделяют на однократньїе и многократ-ньіе. В свою очередь, многократньїе преобразования бьівают парал-лельньши и последовательньїми. При параллельньїх преобразова-ниях по исходной карте А получают сразу несколько производньїх картЛ -> (В, С, ..., Например, по топографической карте строят

картьі расчленения рельефа, уклонов, зкспозиции склонов н др. В других случаях карту А последовательно преобразуют в карту 5, ее, в свою очередь, — в карту С и т.д.: А -» В -> С -> ... -> N. Допустим, по карте рельефа сперва строят карту глубиньї расчле­нения, затем последовательно — производньїе картьі интенсивно-сти смьіва, зрозионной опасности, почвозащитньїх мероприятий и т.п. При изучении структури сложньїх явлений часто применяют древовидньїе преобразования, сочетая параллельньїе и последова-тельньїе вариантьі.

13-3- Изучение взаимосвязей

Анализ и количественная оценка внутренних и внешних свя-зей и взаимозависимостей между геосистемами, их подсистемами и отдельньїми компонентами — одна из центральних задач в на­уках о Земле. В ее решении картографическому методу принадле-жит коронная роль благодаря поистине неисчерпаемому разнооб-разию карт всевозможной тематики. По ним удобно оценивать изменчивость связей в пространстве, вьіделять основнне и второ-степеннне зависимости, а также вьшолнять индикационньїе ис­следования, т.е. предсказнвать размещение одних (индицируемнх) явлений по другим (индикаторам).

Для изучения взаимосвязей используют широкий арсенал тех-нических приемов. Самне простне среди них — визуальннй анализ и описание взаимосвязей. Из графических приемов зффективно совмещение контуров анализируемнх явлений на общей основе— графический оверлей, в результате чего внявляют совпадающие, частично совпадающие и совсем не совпадающие контури. Они трактуются как отражение взаимосвязей различной сили.

Многие зависимости наглядно виднн на комплексних профи-лях и разрезах, совмещенньїх розах-диаграммах (см. рис. 12.6 и 12.7), составленннх по сериям карт, а также нй блок-диаграммах и мета-хронних диаграммах.

Конечно, наилучшие возможности для изучения и количествен-ной оценки взаимосвязей явлений предоставляют аппарат теории корреляции и информационннй анализ: козффициентн корреля­ции, показатели взаимного соответствия и др. (см. разд. 12.7).

Следует иметь в виду одну важную особенность картографи­ческого метода исследования.

а

П ри сравнении карт связь явлений всегда проявляетея через соответствие картографических изображений.

Однако предположение о том, что чем больше степень совпаде-ния контуров или сходство рисунка изолинии, тем сильнее зависи-мость между явленнями, не всегда справедливо. Случается, что про-странственное соответствие можно наблюдать и между явленнями, не зависимьіми или очень слабо зависимьіми друг от друга. Напри­мер, на картах горньїх территории часто бросаетея в глаза согласо-ванность рисунка изолинии самьіх разньїх явлений, например рас­пределения температур и осадков, созревания сельскохозяйствен-ньіх культур, плотности населения и т.п. Формальний раечет козффициента корреляции может привести к парадоксальним ви­водам, например на рис. 13.9 показано внеокое соответствие между плотностью населения и датами зацветания картофеля. Разумеется, при внеокой статистической корреляции причинно-следственная связь между зтими явленнями отсутствует, изолинии на обеих кар­тах лишь повторяют изогипсн рельефа. Зтот пример показьівает, насколько осторожно следует подходить к содержательной интер-претации соответствия картографических образов. Только географи-ческий анализ причинно-следственннх отношений позволяет окон-чательно судить о реальних зависимостях между явленнями.

П ри исследовании геосистем важнейший момент — прослежи-вание изменения взаимосвязей по территории, от места к месту, вьіявление зон, где связи сильньї и где они ослабевают или совсем отсутствуют. Для зтого создают специальньїе карти взаимосвязей, отражающие пространственное варьирование связей. В зависимос­ти от способа построения получают разньїе типьі таких карт:

♦ карти районирования по степени взаимного соответствия,

составляемьіе путем графического оверлея и оконтуривания районов полного и частичного соответствии;

• картограмми взаимосвязей, где показатели корреляции рас-считаньї по единицам территориального деления, обьічно по административньїм районам;

• карти изокоррелят, на которьіх проведеньї изолинии равньїх козффициентов корреляции по данньїм, вьічисленньїм в ячей-ках регулярной или нерегулярной сетки;

• карти знтропии контуров, на которьіх взаимное соответствие явлений оценивается с помощью показателя знтропии для каждого отдельного контура, ареала, ландшафтного вьідела, водосборного бассейна.

Чем подробнее и детальнее показано варьирование взаимосвя­зей от места к месту, тем интереснее карта для пространственного анализа. Например, представленная на рис. 13.10 карта изокорре-лят значительно детальнее, чем картограмма, характеризует вза­имное соответствие густотьі речной сети и годового стока на тер­ритории Азербайджана. Видньї территории, где связь вьісока (гор­ньїе районьї Большого и Малого Кавказа) и где она практически отсутствует (Кура-Араксинская низменность). При рассмотрении любой из зтих двух карт становится ясно, насколько бесполезен с географической точки зрения расчет єдиного козффициента кор­реляции для всей территории Азербайджана: в зтом случае оказа-лись бьі смешаньї вьісокие и низкие корреляции, а их простран-ственная дифференциация осталась нераскрьітой.