§ 3.1. Сущность метода и дефиниции

Начиная с 30-х годов широкая применимость и важ= ное значение метода балансов в физической географии подчер­кивались А. А. Григорьевым (1934, 1966 г.; 1958, 1966 д), в последние годы его жизни — совместно с М. И. Будыко (1965, 1966 В). С 40-х годов метод балансов разрабатывался также мною (1947; 1949 в, стр. 72—74; 1967, стр. 11 —16; 1968, стр. 27—30). Из зарубежных работ, умело использующих ме­тод балансов, можно указать на Дювиньо и Танга (1968), Стоддарта (1971), Вудвелла (1972).

Жизнь ландшафтной сферы протекает в непрерывном дви­жении, изменении, переносе и превращении вещества и энер­гии. Понять и оценить все эти многоплановые течения помогает метод~~~балансов. Поэтому я склонен отвести ему особое место в ряду количественных методов географии. Лорд Кельвин ска­зал «Если вы можете измерять и выражать в числах то, о чем говорите, значит, об этом предмете вы кое-что знаете; если же вы не можете сделать этого, то ваши познания скудны и неудовлетворительны». Метод балансов помогает выразить в числах динамику ландшафтной сферы и, следовательно, сделать наши познания в этой важнейшей области более правильными и точными. В этой связи парадоксально звучит высказывание Ю. Г. Саушкина (1948, стр. 43): «...баланс природы означает ее равновесие, а равновесие — остановку развития».

Составление баланса на каждый природный процесс и-: только возможно в принципе, но и необходимо для его полно­го понимания. Разберем пример. Допустим, что мы изучаем изменения снежного покрова на некотором участке за опреде­ленный период. Мы не можем их проследить, не определив ко­личественно все процессы, на которые он распадается. На уча­стке могут наблюдаться снегопады, дожди с последующим за­мерзанием воды, конденсация паров на поверхности и в порах сне­га, перевевание снега на соседние участки или с них, таяние и испарение снега. Составив баланс этих процессов, мы узнаем, во-первых, его напраТГЯение, что же происходит в конечном сче­те — накопление или убыль снега; во-вторых,^ структуру про­цесса, в результате чего произошло изменение; в-третьих,^соотно­шение между статьями, что влияет сильнее и что слабее. Наше представление станет еще более полным, если мы составим второй баланс — тепловой энергии, обусловливающей таяние, испарение и конденсацию.

Мы поняли очень много. Но надо учитывать также и огра­ниченность познания на этом пути. Например, узнать с по­мощью баланса что-либо о перекристаллизации снежной толщи или об образовании фирна из снега затруднительно. Для этого нам пришлось бы сузить рамки изучаемой системы: взять ба­ланс только рыхлого снега нли только фирна. Вообще, метод балансов помогает понять лишь те явления, которые соверша­ются в масштабах анализируемых потоков вещества и энергии. Более тонкие механизмы, работающие внутри системы, не улав­ливаются и требуют доизучения другими методами, требующи­ми знаний законов гидродинамики, термодинамики, оптики...

Практическое значение метода балансов весьма велико. Ба­ла іісоШёг^тППГГ^-п5йсіоГпі^ воздействия на процесс, способов изменения его в нужном направлении. Имея перед собой рос­пись статей баланса, легко видеть, на какие из них мы можем влиять и на какие стоит влиять, так как роль их в балансе значительна. Так, в приведенном выше примере со снеготая­нием баланс может оказать помощь при решении задачи сне­гозадержания или, наоборот, искусственного ускоренного тая­ния. Таким образом, метод балансов может послужить не толь­ко орудием познания, но и орудием управления природными процессами. '

Основанный на методе балансов ход физико-географического исследования обычно протекает в следующем порядке: 1) со­ставление предварительного списка статей прихода и расхо­да; 2) выяснение ареалов и сроков действующих факторов и нанесение их на карту, профиль, диаграмму и т. п.; 3) коли­чественное измерение каждого фактора и проставление соот­ветствующих величин в каждой статье баланса; 4) подсчет приходной и расходной части и выяснение тенденции изменения системы.

Понятие баланса заимствовано из экономики. Там баланс сом называются два сопоставляемых перечня: ценностей, во­шедших в данную экономическую систему за отчетный период, и ценностей, из нее вышедших. По аналогии в физической гео­графии можно принять следующее определение: балансом называются сопоставляемые перечни всех видов вещества или энергии за период наблюдений: 1) вошедших разными спосо­бами в природный комплекс и 2) вышедших из інего. Разность между приходной и расходной частью баланса называется «сальдо» или «балансовой разностью», в частных случаях — «излишком» или «.недостатком», «остатком» или «перерасходом», «увеличением» или «уменьшением». Здесь воз­никла терминологическая путаница: с легкой ірукіи геофизиков часто «сальдо» называют «балансом». Вместо «баланс имеет от­рицательное сальдо в 100 кг» говорят: «имеет место отрицатель­ный баланс в 100 «г», т. е. вместо разности двух сумм применя­ют название, относящееся ко всему перечню. Употребление слова «баланс» в двух смыслах неудобно и может быть оправдано только привычкой. От него не поздно отказаться.

В экономике различают «активное» и «пассивное» сальдо. Эти термины излишне переносить в физическую географию, так как природные процессы, как приходные, так и расходные, мо­гут быть в равной степени и активными и пассивными.

Вопрос о том, какое сальдо считать положительным и ка­кое отрицательным, неоднократно приводил к недоразумениям. Определения эти условны и не влекут за собой дальнейших ошибок. Однако очень неудобно, когда однонаправленные про­цессы получают у разных авторов разную оценку. Логично при­нять принцип: положительным считается сальдо балан­са, в котором сумма статей (видов вещества или энергии), вошедших в рассматриваемую систему, больше, чем сумма ста­тей, вышедших из нее. Такое определение естественно, так как принимает за положительный баланс, отражающий тенденцию системы к росту, расширению, усилению, за отрицательный — тенденцию к ослаблению. Положительное и отрицательное сальдо объединяются под названием значимого; ему про­тивопоставляется нейтральное сальдо, равное нулю.

Одни балансы могут приводить к нейтральному сальдо только случайно, вследствие совпадения за период наблюдения прихода с расходом. Другие, наоборот, являются принципиаль­но-нейтральными и не могут дать значимого сальдо по само­му принципу своего строения.

Некоторые авторы вместо слова «баланс» говорят «бюд­жет». Это словоупотребление основано на плохом знании рус­ского языка. В Большой Советской Энциклопедии слово «ба­ланс» употребляется как равновесие вообще, как система взаи­моувязанных показателей (БСЭ, III изд., т. 2, стр. 557—566). Термин же «бюджет» относится исключительно к денежному обороту, за одним исключением: «бюджет времени» (БСЭ, III изд., т. 4, стр. 195—204).

Предшественниками балансов, по форме похожими на них, являются инвентарные списки. Особое сходство с балансами онл приобретают, когда в них перечисляется объект по двум при­знакам, например, земли по видам использования и по принад­лежности или леса по породам и по бонитетам. Инвентарь, ра­зумеется, всегда принципиально-нейтрален. Его не следует сме­шивать с истинным балансом, так как он статичен и не решает основную задачу физической географии — изучение ландшафта в динамике. Только повторное проведение инвентаризации на той же территории позволяет уловить динамику процессов.

Истинный динамический баланс тоже может иметь припци- пиально-нейтральное сальдо. Например, многолетний средний тепловой баланс ландшафта (рис. 19), который в общей форме неудобно передать в виде двух перечней, так как часть членов его может быть статьями и прихода и расхода, и лучше за­писать формулой

ІЯІ+ИІ+ІЛ+І^-ОНО, (3.1)

будет принципиально-нейтрален, что подчеркивается перенесе­нием всех значимых членов в левую сторону уравнения и при­равниванием их нулю (Будыко, 1949 а, стр. 6)Действитель­но, все члены уравнения: R — разность поглощенной радиации II эффективного излучения, А — адвективный перенос тепла с ветром, F■—перенос тепла с водой, е—г — испарение минус осадки — могут быть направлены как во вне, так и внутрь ландшафта. L — скрытая теплота испарения или конденсации. Прямые скобки означают, что в уравнение входят модули (аб­солютные значения) величин. В урав­нениях, где только часть членов — мо­дули, прямые скобки можно заменять знаком ±. Если баланс составляется на годичный срок, то при подстановке во івсе статьи средних многолетних зна­чений и при оставлении без внимания возможных малых изменений климата мы всегда будем иметь во взятом объ­еме ландшафта одно и то же количе­ство теплоты, следовательно, приход, равный расходу, т. е. нейтральное саль­до. Мы получим, наоборот, значимое сальдо: 1) если возьмем баланс не за естественный цикл погоды, равный го­ду, а за какой-либо сезон, 2) если под­ставим в уравнение (3.1) ,не средни« многолетние, а годичные данные, учитывающие погодные изменения отдельных лет, и 3) если хотим уловить именно медленные вековые изменения климата и с соответствующей точностью ведем наблюдения метеороло­гических величин. В этих случаях в ландшафте естественно происходит накопление или потеря теплоты, которую мы от­разим в формуле (3.1), включив знаки + или — в символы и паписав ее в виде

/? + Л + /=' + /. (е-г) = Д7. (3.2)

Прирост тепла АТ (положительный или отрицательный) будет обозначать соответственно сезонное накопление (или убыль), или годичные колебания, или вековую тенденцию (тренд) из-

¹ Заимствуя рисунки и формулы у разных авторов, я изменяю часть обо­значений во избежание их повторения. В этой главе прописными латинскими буквами обозначаются энергетические факторы, строчными — вещественные.

менения тепла. Последний случай особенно важен и наиболее часто интересует ландшафтоведа.

Если бы мы могли непосредственно измерить АТ, то имели бы право переписать уравнение (3.2) опять-таки как принци­пиально-нейтральное:

R + A + F + L(e-r) + AT=0. (3.3)

Это может нам понадобиться для определения трудно изме­ряемых элементов баланса.

Назовем полным баланс, в который включены все статьи

АБВГ — балансируемый объем, В.Г. — высший и И.Г. — низший горизонты (виды условно приня­тые), Ф.У. — фактический уровень, М.О. — мерт­вый (неучитываемый) объем

прихода 'И расхода, на­блюдающиеся в іприроде. Но не всегда его можно составить и не всегда это выгодно делать. Бывают случаи, когда измерение какой-либо одной статьи особенно затруднительно. В этом случае составляет­ся частный бдлянс.. т. е. такой, в который входит только часть, обычно все минус один, факторов, участвующих в процессе. Например, при составлении водного баланса іпочвы, состоящего в приходной части — из осадков, в расходной—из испарения, по­верхностного и грунтового тока (стока или притока) и 'измене­ния запаса почвенной влаги, который также может иметь разный знак, убеждаемся, что особенно трудно определять количест­венно грунтовый ток. Тогда, составив уравнение без него и при­равняв левую часть нулю (изменение запаса влаги мы непосред­ственно измерим), мы определяем грунтовый ток как разность положительных и отрицательных статей. При этом сразу узнаем как его знак, так и величину. Не измеряемую, но получаемую вы­числением статью можно назвать остаточным членом_.іхшіи.ііса_.

Можно вывести следующие правила:

1. Полный баланс стационарной системы, составленный за один или несколько естественных циклов, принципиально ней­трален.

2. В полном балансе нестационарной системы знак саль­до указывает на вековую или сезонную тенденцию развития в зависимости от того, взят ли баланс за целое или нецелое число циклов.

3. В частном принципиально-нейтральном балансе остаточ­ный член по знаку и величине равен разности значимых ста­тей.

4. В частном нейтральном балансе сальдо включает в себя и остаточный член, и тренд. При этом, так же как при двух

5. или нескольких остаточных членах, нельзя составить полисе представление о структуре и динамике системы.

Необязательно включать в расчеты весь запас вещества или энергии; это только обременяет исследование большими цифрами. Например, при вычислении водного баланса моря или озера (годового изменения объема воды в нем) или годо­вого прироста леса можно условно принять за нуль весь «мертвый объем» воды или древесины, который остается заве­домо неизменным при наибольших возможных колебаниях, и учитывать только изменения, происходящие выше его уровня (рис. 20).

Затем подлежит решению вопрос, к какому телу или систе­ме относится баланс. Ясно, что потоки будут различны в раз­ных объемах. Поэтому весьма важно указывать точно пределы балансирования, не только боковые, но также нижний и верх­ний. Если баланс составляется для ландшафта, то ограничить его сравнительно просто, если для геосистемы, то это сделать труднее. Границы геосистемы могут быть переменными в зави­симости от флуктаций тех или иных учитываемых в ней по­токов. Однако баланс жестко связан с определенным объемом. Поэтому для целей балансирования приходится отбивать по­стоянные рамки геосистемы, руководствуясь пределами потоков, статистически наиболее часто повторяющихся. Потоки, начи­нающиеся или кончающиеся за пределами отбитой террито­рии, нужно рассматривать как внешние, входящие или выходя­щие из геосистемы. Если геосистема задана не границами, а категориями своих элементов, то баланс следует давать в про­центах от суммы. Например: