Ландшафтная индикация

     1. Использование ландшафтно-индикационных  методов в изучении  экологического состояния  окружающей среды 

1.1 Сущность ландшафтной индикации

     Ландшафтная (природная) индикация - совокупность методов оценки состояния природных территориальных комплексов, отдельных их гео-компонентов и протекающих в них процессах по легко доступным для непосредственного наблюдениям геокомпонентам или аэро- космофотоснимкам. Методы природной индикации основаны на пространственно-временных корреляционных связях природных компонентов и комплексов, и позволяет определить тенденции их развития и изменения. «Индикация это вспомогательный практический прием, убыстряющий и облегчающий прямые наблюдения. Если индикационные исследования по трудоемкости и продолжительности приближаются к методам непосредственного изучения объекта или они настолько специфичны и сложны, что под силу лишь немногим высококвалифицированным ученым, то индикация теряет свой смысл.

     Особенности метода ландшафтной индикации:

     1) метод достаточно прост, не требует высокой квалификации кадров, технических приборов;

     2) не трудоемок, не требует высоких экономических затрат;

     3) могут использоваться аэро- и  космофотоснимки, топографические  и тематические карты;

     4) наибольший эффект метод дает при использовании таких чувствительных индикаторов как снег, торф, вода, лишайники, мхи, кольца годичного древостоя.

     Преимущество  методов природной индикации  над инструментальными методами состоит в следующем:

     1) индикация более дешевый способ  получения информации;

     2) индикация позволяет получать пространственные данные по большой площади, сопоставлять данные исследования, отражать в виде индикационных карт;

     3) индикация работает в любых  климатических условиях, а технические  приборы требуют калибровки, корректировки  и обслуживания.

     Основными понятиями природной индикации являются индикат, индикатор, эктоярус, эндоярук, физиономические и деципиентные геокомпонеты.

     Индикат - объект индикации. Им могут быть различные  природные тела и геокомпоненты (горные породы, почвы, подземные воды, растительность, антропогенные объекты и процессы и т. д.) и их свойства.

     Индикатор (от лат. indicator - указатель) - показатель, по которому индицируются, распознаются индикаты (формы рельефа, растительные сообщества, почвы, следы деятельности человека). Индикаторы по характеру связи с индикатом делятся на две группы:

     1) прямые - те которые имеют непосредственную связь с индикатом (форма и рисунок, тон и цвет изображения);

     2) косвенные - те которые связаны  с индикатом через промежуточное  звено (тень, расположение объекта, сезон года, геокомпоненты, следы антропогенного воздействия).

     Важной  характеристикой любого индикатора является достоверность. Обычно достоверность  индикатора определяется путем оценки сопряженности (совместной встречаемости индикатора и индиката).

     В индикационных исследованиях различают две группы компонентов ландшафта:

     1. Физиономические - компоненты доступные  непосредственному визуальному наблюдению и аэрофотографированию. Существуют следующие генетические группы физиономичности компонентов ландшафта:

     а) орофизиономичные индикаторы - высокогорья, каменистые пустыни, бендленд и т. д.;

     б) фитофизиономичные индикаторы - залесенные и заболоченные равнины, тропические леса и т. д.;

     в) педофизиономичные индикаторы - солончаковая пустыня, речная пойма и т. д.;

     г) гидрофизиономичные индикаторы озера, реки, болота, водохранилища и т. д.;

     д) комплексные индикаторы.

     2. Деципиентные - труднонаблюдаемые,  скрытые компоненты, требующие для исследования различных инструментальных или специальных технических средств). К ним относят индикаты (геологическое строение, уровень грунтовых вод, почвенные горизонты, грунты, антропогенные нарушения, не определяемые визуально и т. д.).

     При природной индикации любой ландшафт рассматривается как ярусная система. Верхний ярус его - эктоярус - представлен совокупностью физиономических геокомпоиентов, участками открытой почвы, поверхностью водоемов, растительными сообществами, следами деятельности человека. Эктоярус может быть беспрепятственно наблюдаем при маршрутных исследованиях и хорошо распознается на аэрофотоснимках.

     Нижний  ярус - эндоярус - образован деципиентными геокомпонентами. Цель природной индикации - использование эктояруса для познания различных деципиентных компонентов. 
 
 
 
 

     1.2 Ландшафтно-индикационный метод 

     Дешифрирование  снимков – процесс выявления, распознавания и определения характерных объектов, изображённых на снимках.

     Дешифрирование  производится по прямым и косвенным  признакам. К прямым признакам относятся:

     Форма – результативный прямой признак при визуальном дешифрировании. Именно в форме контура заключается основная часть информации об объекте. Антропогенные объекты имеют геометрически правильную, стандартную форму – по прямоугольной форме выделяют сельскохозяйственные поля (рисунок 1), по перекрещивающимся полосам опознают аэродромы. Объемная форма позволяет распознавать объекты стереоскопически. 

     

     Рисунок 1 – Изображение на космическом снимке сельскохозяйственных полей []

     Размер – признак, используемый главным образом при работе с крупномасштабными снимками. По размеру различают здания разного функционального назначения (рисунок 2), разделяют поля зерновых и кормовых севооборотов. Оценку размеров в процессе дешифрирования обычно производят путем визуального сравнения с размером известного объекта. Имеют значение как абсолютные размеры, так и их соотношения. 

     

     Рисунок 2 – [] 

     Тон (степень почернения) изображения, определяемый яркостью объекта и спектральной зоной съемки, помогает разделить основные типы поверхности: снег, открытый грунт, растительность. Пятно солнечного блика на снимке нередко указывает на родные объекты. Однако тон – не стабильный признак. Даже при одинаковом освещении один и тот же объект может изобразиться в разных частях снимка разным тоном, и наоборот. Значительно стабильнее соотношение тонов – тоновые контрасты. На многозональном снимке тон одного и того же объекта, воспроизводимого на серии зональных снимков, будет различным. Коррелируя с кривой спектральной яркости, он трансформируется в сложный прямой признак – спектральный образ объекта.

     Цвет – более информативный и надежный признак, чем тон черно-белого снимка. По цвету хорошо выделяются водные объекты, леса, луга, распаханные поля (рисунок 3). Используя снимки с целенаправленно искаженной цветопередачей, разделяют различные типы растительности, горных пород и т.д. 

     

     Рисунок 3 – Изображение на космическом снимке леса, луга, распаханных полей [] 

     Тень можно отнести как к прямым, так и к косвенным дешифровочным признакам. На фотографических и сканерных снимках она подразделяется на собственную и падающую. Тень на детальных снимках отражает силуэт заснятого объекта и позволяет оценить его высоту (рисунок 4). Поскольку тень всегда имеет относительный контраст, значительно больший, чем сам объект, то часто только падающая тень позволяет обнаружить на снимках малоразмерные в плане, но высокие объекты, например заводские трубы.

     

     Рисунок 4 – Дешифровочный признак – тень [] 

     Рисунок изображения – устойчивый комплексный дешифровочный признак, обеспечивающий безошибочное опознавание не только таких объектов, как сельскохозяйственные поля, населенные пункты, но и разных типов геосистем. Существуют несколько классификаций рисунков аэрокосмического изображения, в которых их подразделяют, используя термины с одним -двумя прилагательными: зернистые, мозаичные, радиально-струйчатые и т.д. Каждому природно-территориальному комплексу свойствен определенный рисунок на снимке, который отражает его морфологическую структуру (рисунок 5). В рисунке изображения различают текстуру – форму рисункообразуюших элементов и структуру – пространственное расположение элементов текстуры. Иногда рисунок изображения характеризуют количественными показателями, что служит основой морфометрического дешифрирования.

     

     Рисунок 5 – Эрозионное расчленение территории [] 

     Не  все компоненты природной среды  можно дешифрировать по прямым признакам. Многие объекты дешифрируются с помощью ландшафтно-индикационного метода, который выражает взаимосвязь геологических объектов с составными частями ландшафта. Прямые дешифровочные признаки позволяют распознать объекты, изобразившиеся на снимке, однако по ним не всегда удается интерпретировать их, т.е. определить их свойства. Более того, с помощью снимков изучают и картографируют объекты, изображения которых на них нет, а также процессы и явления. Для этого используют косвенные дешифровочные признаки. Методологической основой дешифрирования по косвенным признакам служит наличие взаимосвязей и взаимообусловленности всех природных и антропогенных свойств территории.

     В качестве косвенных обычно выступают прямые дешифровочные признаки других объектов, называемых индикаторами. Косвенные признаки можно условно разделить на три группы индикаторов:

     1. объектов;

     2. свойств объектов;

     3. движения или изменений.

     В первом случае выявляются объекты, не изобразившиеся на снимке. Так, отсутствие изображения дороги на пересечении с рекой предполагает наличие моста или брода. Индикатором государственной границы могут служить различие в нарезке сельскохозяйственных полей, структуре организации территории, в пустынных районах – более темный тон не сбитой скотом растительности на полосе отчуждения и т.п. Колодцы в пустынных и полупустынных районах определяются на аэроснимках по сети сходящихся к ним троп и пятну выбитой скотом растительности. На космических снимках они изображаются светлыми пятнами диаметром на местности до нескольких километров, соответствующим растительному покрову с измененным в результате воздействия видовым составом.

     По  косвенным признакам определяют скрытые свойства отчетливо читающихся на снимке объектов. Чаще это относится к объектам хозяйственной деятельности. Функциональный тип населенных пунктов характеризуется наличием промышленных предприятий, железнодорожной станции и т.д. Относительно крупные, вытянутой формы здания, расположенные на окраине или вблизи сельского населенного пункта, со сбитой растительностью вокруг них и сетью расходящихся от них прогонов, служат косвенным признаком животноводческой фермы. Индикатором горно-обогатительных предприятий оказываются отстойники – водоемы, имеющие в плане близкую к правильной конфигурацию.

     Объекты-индикаторы динамики позволяют выявить наличие движения или временных изменений по материалам одной съемки. В некоторых случаях возможно установить не только наличие движения, но и выявить его особенности. Примером могут служить формы эолового рельефа – индикаторы направления ветра.

     Роль  косвенных дешифровочных признаков  тем больше, чем мельче масштаб снимков и больше охват территории.

     Дешифрирование  происходит по схеме: фотоизображение → опознаваемый индикатор → объект. Так, например, на крупно- масштабных спектрозональных аэроснимках можно выявить изменение состава почв по смене растительности и величины фитомассы, которая определяется спектрометрированием. Индикатором понижения уровня грунтовых вод является осветление фототона, ослабление контрастности рисунка, изменение его структуры.