книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

К. М. Петров

М Е Т О Д И К А Л А Н Д Ш А Ф Т Н О Г О К А Р Т И Р О В А Н И Я Д Н А М О Р С К И Х М Е Л К О В О Д И Й НА О С Н О В Е

Д Е Ш И Ф Р И Р О В А Н И Я А Э Р О Ф О Т О С Н И М К О В

Основные методические рекомендации по ландшафтному кар­ тированию (на примере ландшафтов суши) содержатся в рабо­ тах А. Г. Исаченко (1961), А. А. Видиной (1962, 1963), Б. В. Ви­ ноградова и др. (1961), Б. В. Виноградова (1961, 1963). Вопросам ландшафтного картирования морского дна посвящены работы Е. Ф. Гурьяновой (1959), Г. У. Линдберга (1959), К. М. Петрова

(1961, 1969), 3. И. Гурьевой и др. (1968, 1973).

Наиболее актуальна задача средне- и крупномасштабного ландшафтного картирования дна морских мелководий. Цель ландшафтной съемки состоит в изучении и картировании морфо­ логических единиц. На карту наносятся все природно-террито­ риальные комплексы, которые можно изобразить в данном мас­ штабе. На крупномасштабных картах, от 1:50 000 и крупнее, могут быть изображены отдельные фации и их сочетания — мо­ заика и ряды фаций; урочища и их части — подурочища. На картах среднего масштаба, от 1:200 000 и крупнее, морфология подводных ландшафтов передается через изображение крупных фаций, урочищ, местностей. На мелкомасштабных картах от 1:500 000 до 1: 1000 000 проводятся границы подводных ланд­ шафтов и региональных единиц более высокого ранга: вертикаль­ ных ярусов и зон, провинций и областей, географических зон. Отображение основных черт морфологического строения ланд­ шафтов достигается в основном показом обобщенных контуров урочищ-доминантов и местностей. Показывается окружающая обстановка —ландшафты пограничной с морем суши.

Известны два способа картографического изображения гео­ графических комплексов: аналитический и синтетический (Иса­ ченко, 1961). Сущность первого способа состоит в том, что со­ держание географического комплекса раскрывается путем одновременного изображения на карте отдельных его компо­ нентов— рельефа, современных осадков, растительности и т. д. Синтетический способ заключается в нанесении на карту границ самих географических комплексов и отображения их типологи­

ческого сходства.

Аналитический способ ландшафтного картирования подвер­ гнут справедливой критике (Исаченко, 1961). При всей техниче­ ской сложности исполнения аналитическая карта все равно не

81

обеспечивает исчерпывающей характеристики всех компонентов географических комплексов, а главное, не передает целостной картины морфологической структуры ландшафта. Аналитический способ раскрытия содержания природных территориальных ком­ плексов не отрицается полностью; его применение целесообразно при решении ряда специальных задач.

Синтетический способ ландшафтного картирования является более перспективным. Он позволяет в условных знаках отдель­ ных контуров передавать синтез природных факторов, свойствен­ ный определенным типам географических комплексов. Аналити­ ческая интерпретация последних переносится в легенду и по­ яснительный текст. Это не исключает нанесения некоторых аналитических показателей на фон синтетической карты. Особое значение этот метод имеет при составлении прикладных ланд­ шафтных карт.

Большую роль в ландшафтном картировании дна морских мелководий играют аэрометоды. Можно без преувеличения ска­ зать, что развитие ландшафтного картирования береговой зоны моря было бы невозможно без материалов аэрофотосъемки. Пла­ новые аэрофотоснимки используются в качестве топоосновы при ландшафтном картировании морского дна; проведенные на аэро­ фотоснимках и фотосхемах контуры легко переносятся на мор­ ские карты.

Материалы аэрофотосъемки морских мелководий позволяют значительно расширить кругозор исследователя. На них отобра­ жаются такие особенности ландшафтного строения морского дна, которые остаются незамеченными для наблюдателя ни на бе­ регу, ни на борту судна, ни под водой. Существует тесная связь рельефа, грунтов, донных биоценозов с физиономическими осо­ бенностями морфологических комплексов.

Значение аэрофотосъемки для ландшафтного картирования береговой зоны моря определяется именно тем, что на них осо­ бенно ярко отображается морфологическое строение подводных ландшафтов. В сущности, основное содержание аэрофотосним­ ков морского дна складывается из изображений различных под­ водных фаций и урочищ. Поэтому аэроснимки представляют не­ заменимую объективную основу для составления ландшафтных карт береговой зоны моря, а вместе с тем для систематизации подводных морфологических комплексов.

Для ландшафтной съемки крупного масштаба рекомендуются

разработку ряда теоретических и методических вопросов, объеди­ няемых в общем понятии «дешифрование аэрофотоснимков».

Д е ш и ф р и р о в а н и е — процесс распознавания объектов ме­

82

стности по фотографическим изображениям, определения качест­ венных и количественных характеристик этих объектов и изучения связей между ними. Различают предметное и логическое дешиф­ рирование. Первое выполняется путем сравнительного анализа аэрофотоизображений с объектами в натуре по прямым дешифровочным признакам. По форме, размеру, тону, рисунку и струк­ туре изображения опознаются и характеризуются объекты, непосредственно изображенные на аэрофотоснимках. Второе основано на использовании закономерных взаимосвязей компо­ нентов ландшафта. Через опознавание к характеристику объектов, непосредственно изображенных на аэрофотоснимках, логическим путем делают заключение о наличии и свойствах объектов и яв­ лений, непосредственно на аэрофотоснимках не отображенных, но связанных с первыми закономерными связями (ландшафтный метод дешифрирования).

Ла н д ша ф т н ы й метод д е ш и ф р и р о в а н и я заклю­ чается в анализе взаимосвязей между компонентами ландшафта, разработке на их основе дешифровочных признаков и использо­ вании этих данных для дешифрирования (Применение аэромето­ дов... 1956; Мирошниченко, '1959; Петрусевич, 1962; Альтер, 1966; Аэрометоды геологических исследований, 1971). Следует подчеркнуть, что разработка ландшафтного метода дешифриро­ вания является прикладной, производной, от собственно ланд­ шафтных исследований. Решение проблемы предполагает углуб­ ленную разработку теории подводного ландшафтоведения как основы для последующего сбора и интерпретации материалов ландшафтных исследований.

Ландшафтный метод дешифрирования аэрофотоснимков мор­ ского дна базируется на следующих предпосылках: 1) аэрофото­ снимки несут не избирательное, а совокупное отображение ком­ понентов природы, составляющих природные территориальные комплексы; 2) наблюдается сложная дифференциация ланд­ шафтной оболочки, в том числе дна морских мелководий, на природно-территориальные комплексы разного порядка; 3) глав­ ные структурные особенности аэрофотоизображения крупного и среднего масштабов обусловлены внутриландшафтными морфо­ логическими единицами: 4) разные типы морфологических ком­ плексов обладают характерной структурой, т. е. определенным набором компонентов, и закономерностями их взаимодействия; 5) от ландшафтной структуры морского дна, от формы ее прояв­ ления в тоновых и геометрических особенностях аэрофотоизобра­ жения, зависит характер ландшафтных индикаторов и дешифро­

вочных признаков морского дна.

Выделяются четыре группы индикаторов: геологические, гео­ морфологические, грунтовые, биологические.

1. Геологические индикаторы — тектоническая структура,

петрографические особенности коренных пород. С их помощью

83

познается геолого-структурное строение дна, закономерности формирования рельефа и распределения современных морских геологических фаций и донных биоценозов.

2. Геоморфологические индикаторы — типы и формы подвод­ ного рельефа. По ним судят о геолого-структурном строении дна, знаке и интенсивности новейших и современных тектонических движений, современных физико-геологических процессах (абра­ зии и аккумуляции). Скульптурные формы указывают на петро­ графические особенности коренных пород; аккумулятивные — на литологию современных осадков. Геоморфологическое строе­ ние— важный индикатор биологической структуры дна.

3. Грунтовые индикаторы — современные морские геологиче­ ские фации. Они отражают сложный комплекс геологических и ландшафтных условий, определяющих источники поступления рыхлого материала, его литодинамику, сортировку и аккумуля­ цию. По характеру покрова современных осадков можно судить о рельефе, геолого-структурном строении дна, распределении дон­ ных биоценозов.

4. Биологические индикаторы — донные биоценозы. Индика­ ционные способности донных биоценозов и отдельных групп орга­ низмов определяются характером их экологических связей. В це­ лом, они являются показателями геоморфологического строения, грунтов и гидрологического режима.

Опыт показал, что наиболее продуктивно дешифрирование дна морских мелководий в том случае, если к интерпретации аэрофотоизображений подходят не аналитически, исходя из инди­ каторных способностей отдельных компонентов природы, а син­ тетически, основываясь на индикаторных способностях подвод­ ных географических комплексов в целом.

При дешифрировании аэрофотоснимков дна морских мелко­ водий м-ба 1:5000—1:10 000 целесообразно использовать в качестве комплексных дешифровочных признаком описания под­ водных морфологических комплексов, относящихся к рангу под­ водных фаций и урочищ. Существует закономерная связь опре­ деленных типов и форм подводного рельефа, петрографических особенностей коренных пород, геолого-структурного строения, со­ временных морских геологических фаций и группировок донных биоценозов с подводными фациями и урочищами разных типов; сведения об отдельных физико-географических компонентах и явлениях могут быть получены в результате специальной интер­ претации опознанных на аэрофотоснимках подводных морфоло­ гических комплексов-индикаторов.

Дешифрирование аэрофотоснимков дна морских мелководий осуществляется по схеме: предварительное дешифрирование —по­ левое дешифрирование —камеральное дешифрирование — поле­ вой контроль. До выезда в поле на фотосхемах разграничиваются основные типы рисунков и создается предварительная контурная

84

основа фоторисунков морского дна. Затем, в поле, в каждом типе рисунка закладываются ключевые участки, на которых изучают соответствующие данному рисунку структурные особенности под­ водного ландшафта. Аэрофотоизображение морского дна на клю­ чевом участке принимается за эталон. Полученные характеристи­ ки используются для установления дешифровочных признаков.

Вкамеральный этап с помощью аэрофотографических эталонов

иразработанных на их примере дешифровочных признаков осу­ ществляется поконтурное дешифрирование однотипных аэрофо­ тоизображений всего исследуемого района. Для проверки резуль­ татов экстраполяции организуются дополнительные полевые ис­ следования с выборочным посещением выделенных контуров. При разработке дешифровочных признаков объектов, отличающихся индивидуальными особенностями строения и аэрофотоизображе­ ния, необходим индивидуальный подход — обязательно посеще­

ние каждого контура, каждого объекта в натуре.

В ходе подготовительных работ (на предполевом этапе) про­ изводится дешифрирование аэрофотоснимков и составляется предварительная ландшафтная карта. Полнота и достоверность этой карты во многом зависит от качества аэрофотоснимков, опы­ та дешифровщиков, имеющихся сведений о природе акватории. Уже на предполевом этапе устанавливаются многие характер­ ные особенности природы береговой зоны, намеченной для ланд­ шафтной съемки: выявляются подводные природно-территориаль­ ные комплексы, связанные с абразионно-скульптурными формами, рельефа на месте выходов коренных пород; с положительными формами аккумулятивного рельефа, созданными под воздей­ ствием волн и течений; с участками дна, природные особенности которых определяются лито-фациальными типами современных осадков — илистых, песчаных, ракушечных, валунно-галечнико- вых или зарослями водорослей и морских трав и т. д.

Наиболее ответственным этапом дешифрирования является полевой. Работы организуются методом изучения ключевых уча­ стков и проведения ландшафтных профилей. Число ключевых участков, отношение занятой ими площади к общей площади съемки, а также число и протяженность ландшафтных профилей служат важным показателем кондиционности ландшафтной съем­

ки (Виноградов, 1963).

С помощью ключей производится выборочное изучение ти­ пичных природно-территориальных комплексов и их характерных сочетаний. На ключевых участках раскрывается структура единиц ландшафтного картирования, выявляются индикаторы морфоло­ гических комплексов и, в первую очередь, наиболее выраженные физиономические признаки. В дальнейшем именно эти призна­ ки— формы рельефа, лито-фациальные разности современных осадков, донные биоценозы — позволяют узнавать однотипные морфологические единицы и экстраполировать на них характе­

85,

ристики, полученные на ключах. Метод ключей основан на типо­ логических свойствах морфологических комплексов. Благодаря ему сокращается объем полевых работ: исследователю нет на­ добности задерживаться на описании каждого контура, если по ряду признаков-индикаторов его можно отнести к уже извест­ ному типу.

Ключевые участки намечаются по материалам аэрофотосъем­ ки м-ба 1:5000—1:10 000 и отдельных увеличенных снимков м-ба 1: 1000 и крупнее. Их площадь охватывает один или не­ сколько сопряженных географических комплексов. Рисунок аэро­ фотоизображения подвергается детальному поконтурному де­ шифрированию, в ходе которого разрабатываются дешифровочные признаки подводных объектов.

Ко мп л е к с н ые профили являются главным методом по­ левой ландшафтной съемки морских мелководий. Работу прово­ дят по маршрутам, приуроченным к линиям сопряженной смены природно-территориальных комплексов; точки наблюдений дол­ жны охватить все разнообразие морфологических единиц, свой­ ственное данному ландшафту, и связать их с особенностями изо­ бражения на аэрофотоснимках (Петров, 1969).

Основу составляет батиметрический профиль (как правило, его направление совпадает с нормалью к береговой линии, вкрест изобат). Различными условными знаками на нем изображаются: геолого-структурное строение, фации современных морских от­ ложений, донные биоценозы. Вертикальными линиями, разделяю­ щими линию профиля на серию отрезков, показываются границы подводных морфологических комплексов. В зависимости от ранга изучаемых подводных морфологических единиц рекомендуется проводить ландшафтные профили следующих типов.

1. Внутрифациальные профили прокладываются для харак­ теристики пестрой структуры подводных фаций. Их длина колеб­ лется от нескольких дециметров до метров. Место и направление профиля выбирается водолазом непосредственно на морском дне.

2.Детальные профили урочищ проводятся для изучения со­ пряженных рядов фаций в пределах сложно устроенных подвод­ ных урочищ, как правило в пределах одной вертикальной ступе­ ни. Длина профилей колеблется от нескольких десятков до сотен метров. Место и направление профиля выбирают сначала по фо­ тосхеме м-ба 1:5000, а затем уточняют с помощью отдельных крупномасштабных аэрофотоснимков, м-ба 1: 1000 и крупнее. Профиль намечается на дне мерным шнуром, вытянутым по за­ данному азимуту, его положение прочерчивается на крупномас­ штабном аэрофотоснимке.

3.Профили урочищ и местностей проводятся для выявления вертикальной дифференциации урочищ, а также для изучения со­ четаний подводных морфологических комплексов в сложно уст­ роенных гетерогенных подводных местностях. Длина профилей

86

достигает 1—2 км. Их место и направление выбирают по фото­ схемам м-ба 1:5000—1: 10000. Начало и конец профиля отме­ чают буями (их положение наносится на фотосхему и морскую карту). Рекомендуется перед началом работ пройти намеченный профиль с эхолотом и затем использовать эхограмму рельефа дна в качестве основы при составлении ландшафтного профиля..

4. Региональные профили проводятся для отображения мор­ фологической структуры целых ландшафтов. Они пересекают бе­ реговую зону моря в наиболее характерном направлении, от ее верхнего до нижнего вертикального рубежа. Длина профилей за­ висит от ширины береговой зоны, в некоторых случаях она дости­ гает десятков километров. Их направление выбирается по фото­ схемам м-ба 1*: 5000—1:25 000 и морским крупномасштабным картам. На море положение профиля устанавливается с помощью береговых и надводных ориентиров. Исследования ведутся с бор­ та экспедиционного судна; .курс судна при движении по профилюконтролируется судовым компасом и систематическими опреде­ лениями места.

Рекомендуется следующая организация работ на профиле. Судно без остановок проходит весь маршрут с включенным эхо­ лотом и геолокатором; по данным эхограмм вычерчивается про­ филь рельефа и геолого-структурного строения морского дна. На характерных перегибах рельефа и в точках, обладающих специ­ фичным аэрофотоизображением, делаются водолазные станции. На отрезках профиля, характеризующихся выравненным рель­ ефом, получающих интегральное тоновое изображение на аэро­ фотоснимках, образцы берутся механическими пробоотборника­ ми (работу механических орудий полезно сопровождать осмот­ ром дна с помощью подводной телевизионной установки), на отдельных точках делаются водолазные спуски. Положение всех станций определяется и наносится на фотосхему, карту и про­ филь.

Контуры подводных географических комплексов между съемочными маршрутами и точками наблюдений проводятся ме­ тодами экстраполяции и интерполяции. Нормы обеспеченности ландшафтной съемки материалами полевых наблюдений устанав­ ливаются в зависимости от сложности ландшафтной структуры морского дна. Как правило, они выше в подводных ландшафтах абразионного и абразионно-аккумулятивного типов; в подводных ландшафтах аккумулятивного типа эти нормы обычно ниже.

Аэ р о фо т о г р а фи ч е с к о е эталонирование . Аэрофо ­ тоизображения ключевых участков и ландшафтных профилей, разработанные на их основе дешифровочные признаки, оформ­ ляются в виде аэрофотографических эталонов. Перед аэрофотографическим эталонированием стоит задача отобразить наиболее существенные черты морфологической структуры подводных ландшафтов. Аннотации к эталонам, раскрывающие дешифро-

87"

вочные признаки, включают словесное описание объектов и осо­ бенностей их фотоизображения, дополнительные иллюстрации в виде схем поконтурного дешифрования, профилей, графиков, подводных фотографий и т. п. Следует учитывать многоцелевую направленность аэрофотографических эталонов; один и тот же эталон может использоваться и для характеристики особенностей фотоизображения, и грунтов, и форм подводного рельефа, и геологического строения, и донных биоценозов. Используются следующие взаимодополняющие формы аэрофотографических эталонов (по Б. В. Виноградову).

1. Элементарные эталоны ключевых участков — вырезки из аэрофотоснимков, характеризующие изображения подводных морфологических комплексов или четко выделяющихся физикогеографических компонентов, изученных на ключевых участках. Они систематизируются в виде тематических таблиц и могут рас­ полагаться в порядке, отражающем классификационные подраз­ деления морфологических единиц ландшафта, литолого-страти- графических комплексов, типов и форм подводного рельефа, сов­ ременных морских геологических фаций, группировок бентоса и т. п. Элементарные эталоны подводных морфологических комп­ лексов могут оформляться в виде легенды и прикладываться

кматериалам аэрофотосъемки морского дна.

2.Эталонный профиль представляет полоску аэрофотоизобра­

жения, на которой отобразилось характерное сочетание сопря­ женных подводных морфологических комплексов. Ей сопутствует детальный ландшафтный профиль урочища или местности.

3. Составные эталонные профили комбинируются из фрагмен­ тов аэрофотоснимков дна морских мелководий, расположенных по линии регионального ландшафтного профиля, пересекающего береговую зону моря в направлении характерного изменения морфологической структуры ландшафта. Фрагменты снимков приближаются по форме к элементарным аэрофотографическим эталонам. В отличие от непрерывного эталонного профиля, они отображают лишь дискретные наиболее существенные изменения аэрофотоизображения в выбранном направлении.

4. Эталонные аэрофотоснимки. Это отдельные снимки или фрагменты фотосхем, отображающие особенности ландшафтной структуры ключевого участка. Эталонные снимки сопровождают­ ся составленными на их основе ландшафтными картами.

Разработка дешифровочных признаков ведет к накоплению огромного, постоянного растущего массива аэрофотографических эталонов. До сих пор наиболее употребительны традиционные формы систематизации дешифровочных признаков в виде моно­ графий или тематических альбомов. Новым методом, стоящим на уровне современных требований научной организации труда, яв­ ляется использование перфокарт ручной сортировки для система­ тизации аэрофотографических эталонов. Достоинства перфокарт-

88

ного метода: большой объем информации, содержащейся на од­ ной карточке, возможность быстрого поиска документа в храни­ лище одновременно по целому ряду признаков («Перфокартный метод...», 1967).

Значение аэрофотографических эталонов состоит в том, что с их помощью осуществляется камеральное дешифрирование ма­ териалов аэрофотосъемки новых ^посещенных акваторий мето­ дом экстраполяции дешифровочных признаков, которая основана на типологических свойствах подводных географических ком­ плексов. Ее достоверность определяется контрольными полевыми проверками. Возможны три вида экстраполяции (по Б. В. Вино­ градову).

1. Внутриконтурная экстраполяция осуществляется в преде­ лах одного контура аэрофотоизображения. Размер ключевого участка меньше площади всего контура. Ареал экстраполяции ограничивается площадью одного морфологического комплекса. Этот вид экстраполяции применяется для дешифрирования от­ дельных подводных урочищ и крупных фаций.

2. Внутриландшафтная экстраполяция осуществляется путем переноса дешифровочных признаков с изученного контура на кон­ туры однотипных аэрофотоизображений, расположенных в раз­ ных местах. Для этого выбирается один наиболее характерный контур, в пределах которого закладывается ключевой участок и разрабатываются дешифровочные признаки. Экстраполяция осу­ ществляется преимущественно по контурам однотипных подвод­ ных урочищ. Ареал экстраполяции ограничивается границами одного подводного ландшафта.

3. Межландшафтная экстраполяция осуществляется путем изучения ландшафтов-аналогов и переноса установленных де­ шифровочных признаков на территории непосещенных ландшаф­ тов,*однотипных с изученными. Ареал межландшафтной экстра­ поляции связан с рубежами физико-географического райониро­ вания. Достоверность экстраполяции тем выше, чем ближе в классификационной системе и в сетке районирования лежат ландшафты-аналоги.

Методика ландшафтной съемки ‘береговой зоны моря исполь­ зует различные приемы выделения границ природных террито­ риальных комплексов. Рубежи, обусловленные геологическими структурами, петрографическими разностями коренных пород, лито-фациальными типами современных осадков, формами рель­ ефа, донными биоценозами, обычно совпадают. Это не механиче­ ское наложение, а результат естественной взаимообусловленно­ сти, лежащей в основе географических комплексов. Отсюда сле­ дует, что границы морфологических единиц могут проводиться по индикаторам —компонентам природы, обладающим наибо­ лее выразительными внешними особенностями.

Дешифрирование аэрофотоснимков занимает центральное

89