Принципы геоэкологического картографирования

В настоящее время экологизация картографии идет двумя основны­ми путями. Во-первых, происходит внутренняя перестройка картографической науки и практики, смена концепций и подходов к объектам и явлениям, отображаемым на традиционных видах карт. Во-вторых, разрабатываются и создаются собственно экологические карты.

Географическая наука и картографическая практика тесно свя­заны между собой. Состояние географии в различные периоды ее истории, происходившие в ней противоборства идей, преобладавшие в разное время взгляды — все это не оставляло в стороне геогра­фическую картографию. Так, господствовавшая в течение ряда де­сятилетий идея «разделенной» географии разъединила и картогра­фию на физико-географическую и экономико-географическую. При этом целые группы карт, например ресурсные, оказались вне ин­тересов географов. Физико-географы истолковывали предмет своих исследований как чисто природную среду, не нарушенную деятель­ностью людей («природа минус человек»). Экономико-географы, ув­леченные своим родством с общественными науками, не слишком жаловали физическую географию, чему в немалой степени способ­ствовала борьба против географического детерминизма. В результа­те получилось: на одних картах природа без людей, на других — люди без природы.

Картографирование отнюдь не бесстрастная, чисто формальная регистрация некоторой ситуации на листе бумаги. В картах отража­ется определенное представление о предмете картографирования, а также система сложившихся взглядов и традиций. К сожалению, раз­деление географии сказывается порой и в настоящее время, мешая экологизации и географии, и картографии. Но дело осложняется еще и тем, что природопользование не может, не должно строиться на антагонизме человека и природной среды. Тем не менее в решении экологических проблем и, следовательно, в тематике и направленно­сти экологического картографирования проявляются два подхода: геоцентрический и антропоцентрический. Обе крайние позиции не способствуют развитию ни геоэкологии, ни экологической картогра­фии. Эгоистическая забота о человеке в ущерб природе так же вредна и нерасчетлива, как и чрезмерная опека природы, игнорирующая ин­тересы и нужды людей.

В картографии эти два подхода проявляются в своеобразной иде­ализации действительности. Так, на социально-экономических кар­тах отсутствуют последствия воздействия промышленности, городов, технических сооружений на природу, да и сам природный фон чаще всего не показывается, а территориальная организация общества увя­зывается лишь с экономическими и социальными отношениями. С другой стороны, на физико-географических картах с природы сняты все нарушения.

Этот принцип отображения содержания устойчиво со­храняется в течение многих лет, и к настоящему времени стал, очевидно, консервативным. Например, речная сеть представлена не по водности рек, а по рангам притоков; леса, растительность и почвен­ный покров тундр, степей, пустынь показываются невредимыми и т.д. В результате изображение на картах иногда полностью не совпадает с контурами на космических снимках. Картографы пытаются исправить положение дел, корректируя изображение на картах по космическим снимкам или имитируя космические фотографии, как, например, на так называемых «орбитальных» картах. Очевидно, что в этом отношении картографам-экологам предстоит еще серьезная работа.

Собственно геоэкологическое картографирование образует новое направление в тематической картографии, главная цель которого -системное отображение взаимоотношений общества и природы. Оно возникло в связи с тем, что территориальная организация общества, планирование использования земель и ресурсов и решение сопутствующих им экологических проблем нуждаются в моделировании и изучении функционирования экосистем и их динамики. Карта выступает как инструмент исследования, который картографы-экологи должны уметь создавать и которым географы-экологи должны уметь пользоваться.

Картографическая деятельность регулируется тремя видами норм, определяющими ее успешность. Это методологические установки, методы работы и технология производства карт.

Методологические установки определяют взгляд на предмет кар­тографирования и научность содержания карты. Строго говоря, на геоэкологических картах должна отражаться в статике, динамике или процессе функционирования структура экосистем. Однако остается неопределенным принцип выделения экосистем.

Общая теория систем, как раздел математики, имеет дело с абстрактными системами, которые могут быть представлены в виде некоторой теории, описывающей особенности поведения системы. При этом во внимание принимается соотношение между элементами, но не их природа. Общая теория вырабатывает общие правила выделения систем. Но для изучения и картографирования конкретных экосистем их недостаточно. Возникают затруднения с выделением систем в природе.

Мы можем только утверждать, что географическая оболочка Земли является большой динамической системой, обладающей сложной структурой, включающей в себя иерархию более мелких систем различного ранга, каждая из которых является системой (средой) для других подсистем.

Географы нередко экосистемы явно или неявно отождествляют с ландшафтами. Такое решение удобно, но не всегда верно. Например, отдельные водоемы могут рассматриваться как экосистемы, но они не являются самостоятельными ландшафтами. Так же не приводит к выделению экосистем районирование территории по какому-нибудь признаку.

Стремясь обойти трудности, возникающие при изучении и картографировании больших и сложных систем, исследователи обычно прибегают к их декомпозиции. Вообще говоря, существует два пути расчленения систем: покомпонентно и посистемно.

Первый способ традиционен и для географии, и для картографии, поскольку он наиболее прост. Но покомпонентная декомпозиция умерщвляет систему. В этом случае теория природных систем заключается, по меткому выражению Д. Харвея, в «сведении воедино тех осколков действительности, на которые ее разбила наука в целях анализа». На самом деле теория экосистем должна возникнуть не как итог покомпонентного изучения геосистем частными научными дисциплинами, а через структурное исследование природных систем, развивающихся по соб­ственным законам и определенным образом реагирующих на измене­ние внешней среды, а также внутренних взаимосвязей с системами, для которых они являются средой.

Стратегия экосистемных исследований может быть различной и зависит от того, анализируем ли мы уже выделенную систему или синтезируем систему из изученных элементов. Поскольку исходные позиции различны, планирование и организация исследований так­же будут разными. Но в любом случае системное исследование практически разбивается на ряд операций, включающих натурные наблюдения. При этом требуется соблюдение ряда условий, нару­шив которые, можно получить несовместимый материал. Эти ос­новные условия включают согласование наблюдений по территории, во времени, по уровню исследований, степени обобщения, масшта­бу и языку. Несоблюдение этих требований сводит нередко систем­ные исследования просто к соседству нескольких ученых, занима­ющихся решением частных задач, относящихся к интересам раз­личных научных дисциплин.

Сказанное в равной степени относится и к экологическому кар­тографированию, и к изучению экосистем по картам. Принцип си­стемности картографы, упрощая задачу, нередко подменяют систе­матичностью. Отображение целостной системы на единой карте они заменяют последовательным изображением ее состояний или эле­ментов на серии карт. Однако собрание карт, даже представленное в виде атласа, не обязательно становится воспроизведением систе­мы с ее собственными и новыми интегративными качествами. Оче­видно, что принципы и способы так называемого «системного» кар­тографирования, которым картографы уделяют сейчас особое вни­мание, не всегда реализуются в полной мере и нуждаются в дальнейшей разработке.

Принципами конкретной творческой деятельности — методиче­скими установками — определяется способ отображения систем на картах: формируются системы понятий, составляющие легенду, и си­стемы условных обозначений, образующие «язык» карты или, вернее, знаки картографического письма, а также формы картографирова­ния. До недавнего времени картографы обходились традиционным набором условных знаков, лишь несколько дополняя и модернизируя их. Но по мере того, как поток экологической информации и коли­чество используемых терминов и понятий увеличивались, а содержа­ние географических карт стало экологически переосмысливаться, воз­никла необходимость в разработке правил построения специальных легенд экологических карт. За основу таких легенд предлагается брать совокупность понятий, составляющих сложную систему, изо­бражаемую в виде разветвляющегося логического «дерева» — графа, разные ярусы которого характеризуют семантические, синтактиче­ские, прагматические и временные стороны картографируемых объ­ектов, явлений, процессов.

Манера, в которой информация подается на карте, и адекватность ее реальному положению дел существенно влияют на то, что читатель вынесет из знакомства с картой. Карты играют громадную роль в фор­мировании нашего представления об окружающем нас мире прежде всего из-за их предельной наглядности. Поэтому нужно, чтобы знаки создавали правильный образ у потребителя карты, а условность кар­тографического письма не заслоняла реальности отображаемой ситу­ации.

В этой же связи следует отметить, что экологизация картографи­рования повлекла за собой повышение интереса создателей карт к новым формам картографических произведений. Например, как ясно из анализа атласов, особенно зарубежных, все большую роль стали играть аксонометрические изображения, часто используется перспек­тивное построение карт. Графический язык становится все более раз­нообразным.

Картографический метод исследования экологических систем предполагает такую последовательность действий: выявление струк­туры и раскрытие основных связей, образующих экосистему; созда­ние пространственной модели системы в наглядной картографиче­ской форме; изучение экосистемы.

Моделироваться могут состав и содержание системы — моделью статичной, движение — моделью динамичной, функционирование — моделью функциональной. Со­временная картография хорошо справляется с первой задачей, сложнее дело обстоит с динамикой и еще труднее отображается функционирование.

Чтобы карты соответствовали своему назначению, содержание их должно быть достоверным, полным и точным. Между тем надежность экологических карт не всегда достаточно высока. Тому есть несколько причин, главные из них две. Первая состоит в ограниченности наших знаний о законах функционирования природных систем.

Полнота картографического описания экосистем, максимально адекватная оригиналу, практически недостижима. Она либо дескриптивная, осу­ществляемая в рамках понятий, соответствующих нашим знаниям об экосистеме, либо прагматическая, определяемая практическими со­ображениями, а также степенью метрического и содержательного обобщения картографического изображения, т. е. зависит от масшта­ба карты.

Сложность состоит также в том, что очень часто мы не в состоянии отделить естественный ход событий в природе от результатов воздей­ствия людей. Неизвестно, например, кто виноват в появлении озоно­вой «дыры» в атмосфере, какова доля антропогенного фактора в из­менении климата, колебаниях уровня вод в водоемах и т. п. Поэтому наши прогнозы малодостоверны, а программы улучшения природных условий приводят к неожиданным отрицательным последствиям.

Вто­рая причина носит социальный характер, она заключается в недо­ступности информации, имеющей экологическое значение, например о захоронении в морях и на суше ядовитых и радиоактивных веществ, а порой — в прямом запрете на ее использование со стороны лиц и организаций, несущих ответственность за порчу природы и вред, на­носимый здоровью людей.

И, наконец, третий тип норм — технология производства карт — не имеет специфических черт, экологические карты созда­ются традиционными способами. Однако из различных технологий выбираются наиболее подходящие для каждого случая. В настоящее время известны следующие основные группы способов создания карт:

1. Непосредственная съемка. При срочном исполнении работ, ког­да требуется немедленная реакция общества на нарушения природы (загрязнение вод, отравление воздушной среды или территории), применяются самые разнообразные по точности инструментальные, полуинструментальные и глазомерные способы составления карт-схем. Первичная съемка может быть и наземной, и воздушной, и кос­мической. Ее ценность заключается в непосредственной констатации возникшей неблагополучной ситуации в природной среде, в высокой скорости исполнения съемок.

2. Преобразование одних карт в другие, нового содержания и фор­мы. Так, топологическими преобразованиями можно изменить гео­метрию карт: ввести или убрать перспективность изображения, изме­нить проекцию карты, перестроить изображение в блок-диаграмму, преобразовать дискретное (точечное) изображение в непрерывное (изолинейное) и наоборот.

Содержание карты можно изменить путем ее фильтрации или преобразования, например вместо высот рельефа рассчитать и показать углы наклона местности. Наконец, сопоставив содержание серии карт, можно получить новые знания о местности, которые и составят содержание производной карты. Такого рода ма­нипуляции — задача картографо-математического моделирования, с помощью которого можно выделить и изобразить на картах экологи­чески значимые сведения, факты.

В последние годы благодаря внедрению в картосоставление ком­пьютерной техники стали распространяться карты-анаморфозы. На таких картах во имя достижения максимальной наглядности умыш­ленно искажены соотношения размеров и форм реальных террито­рий. Новые карты представляют неожиданные возможности эколо­гической картографии, подчеркивая, например, степень нару­шенности природы в пределах района, области, стран, континентов. В то же время поочередное картографирование последовательных состояний природных систем привело к созданию кинокарт, кото­рые наглядно демонстрируют, например, процесс загрязнения территории.

3. Заполнение картографической основы данными. Это самый универсальный и наиболее употребительный прием создания разно­образных тематических карт. При его использовании данные первич­ных съемок и наблюдений, а также полученные из других источников относятся к точкам, линиям, площадям основы и наносятся на нее с требуемой точностью либо по координатам, либо привязкой к конту­рам. Картографическая основа или изготавливается специально, или берется готовая (чаще всего это общегеографическая карта). Например, для экологической карты Ленинградской области в ка­честве основы использовалась обзорная общегеографическая карта; для экологического атласа С.-Петербурга (1992 г.) основы составля­лись специально.

В частных вариантах третьего способа за основу принимаются ге­оморфологические, почвенные или другие тематические карты, ко­торые дополняются экологическими данными. Особого внимания за­служивают ландшафтно-экологические карты. Разработанная А. Г. и Г. А. Исаченко концепция ландшафтно-экологического картографи­рования исходит из того, что любая проблема, связанная с оценкой качества среды обитания человека, должна рассматриваться на фоне природной дифференциации территории, т. е. членения ее на геоком­плексы разного ранга, выполненного на ландшафтной основе. Ланд­шафтно-экологические карты состоят из двух планов. Первый план — экологические группы ландшафтов, на фоне которых вторым планом даются техногенно обусловленные нарушения природной среды.

В более совершенном варианте эта технологическая схема автома­тизирована, данные накапливаются в банке ГИС и по потребности визуализируются в картографической форме на экране кинескопа в со­четании с любой основой или строится карта на графопостроителе.

4. Создание карт по материалам дистанционных съемок. Сущест­вуют две технологические схемы картографирования по снимкам. Первая использует приемы, отработанные в аэрофототопографии. Вторая применяет уже известный способ раздельного картографиро­вания, когда результаты дешифрирования снимков совмещаются с картографической основой. Последняя технология самая распростра­ненная, поскольку она наиболее гибкая и продуктивная.

Решение текущих задач природопользования нуждается в опе­ративном экологическом картографировании, базирующемся на вы­сокопроизводительной технологии, которая использует материалы аэрокосмических съемок и банки картографических данных. Когда возникает надобность в непрерывном наблюдении за состоянием природной среды, оперативное экологическое картографирование становится элементом мониторинга. Задача картографического мо­ниторинга — это представление наблюденных данных в виде кар­тографического изображения, позволяющего контролировать и кор­ректировать воздействие общества на среду.

Итогом анализа карт являются оценка экологической ситуации, прогноз на будущее и разработка мероприятий по локализации или ликвидации опасно­стей для природы и людей. Мони­торинг представляет собой цепь операций: наблюдение (съемка) —картографирование — использование карт — снова наблюдение — исправление карт — использование карт — и снова съемка. Интер­валы между отдельными циклами могут составлять годы, месяцы, недели и даже часы, если зарегистрировано катастрофическое на­рушение природной среды.