Методы неогеографии в ландшафтных исследованиях Пензенской области

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

УДК 911

К. С. Агапова, С. Н. Артемова

МЕТОДЫ НЕОГЕОГРАФИИ В ЛАНДШАФТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация. Представлены результаты анализа возможностей современных программных продуктов компании Google, считающихся на сегодняшний день «эталонами неогеографии» - Google Earth и Google Maps, а также ГИС-системы ARCVIEW. Приведены результаты использования данных программных продуктов на одном из ключевых участков (бассейн реки Сердоба) в рамках создания базы данных для электронной ландшафтной карты Пензенской области. Методы неогеографии лишь упрощают и ускоряют ландшафтно-экологические исследования, но не заменяют традиционные методы географии (сравнительно-географический, полевой и др.).

Ключевые слова: неогеография, ГИС-технологии, ландшафтные исследования, экологический каркас.

Современная география переживает важный этап перехода на новый качественный уровень развития в связи с внедрением современных методов работы с пространственной информацией. Наука география с момента ее зарождения изучала пространство и деление его на качественно различные области. Карта до сих пор является «языком» географии. С началом цифровой эры бумажные карты стали вытесняться электронными. Развитие геоинформатики, соединяющей в себе достижения картографии и информатики, привело к появлению большого числа программных продуктов, в частности геоинформационных систем (ГИС) и ГИС-технологий. Электронные карты, выполненные с использованием ГИС, стали «векторными» - по названию технологии, используемой для представления линий и границ между областями. Затем появились новые способы предоставления пространственных данных - растровые. Принципиальные отличия предоставления структуры векторных и растровых данных в следующем. Векторные данные - это представление пространственных объектов в виде набора координатных пар (векторов), описывающих геометрию объектов (точка, линия, полигон), а растровые -это представления данных в виде двухмерной сетки, каждая ячейка которой содержит только одно значение. Это значение характеризует объект растра на местности или на изображении. В качестве такой характеристики может быть код объекта (лес, луг и т.д.), высота или оптическая плотность. Точность растровых данных ограничивается размером ячейки. Растровую структуру предоставляют данные дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли (космические, аэро- и другие изображения, данные лазерного сканирования, телевизионной съемки и т.д.), а также отсканированные или сфотографированные бумажные карты. Качество информации, представленной в растровой структуре, зависит от разрешающей способности аппаратуры, с помощью которой она получена [1]. Для хра-

нения растровой информации необходим большой объем памяти компьютера, векторная же информация занимает мало места. Использование растровых изображений позволяет гораздо лучше увидеть «зыбкость» и изменчивость географических объектов в реальной природе - границ водоемов и береговой линии, болот, лесов и др.

Растровые и векторные структуры данных о пространстве являются удобным средством анализа и визуализации разного рода информации, что приводит к естественному пересмотру принципов работы с географической информацией вообще. С развитием компьютерных технологий появилась техническая возможность трехмерной визуализации (эБ-отображения). Невозможность хранить весь объем растровой информации для всего земного шара на отдельно взятом компьютере логично привела к появлению геопорталов - продуктов, позволяющих получать по сети доступ к данным на любую произвольную область земного шара. Это повлекло за собой появление ранее неизвестных информационных продуктов и сред, которые стали принципиально новым шагом в развитии методов географии. Возник новый термин - «неогеография». Впервые он был введен в научный оборот специалистом в области ГИС Эндрю Тернером (Andrew Turner) в книге «Введение в неогеографию» (Introduction to Neogeography) в 2006 г. [2].

Неогеография представляет собой совокупность методов картографии, ДДЗ Земли и ГИС, позволяющих повысить эффективность работы с пространственными данными. Можно выделить два основных характерных отличия подхода неогеографии от подхода ГИС: преимущественное использование не векторного, а растрового представления; применение гипертекстовых форматов хранения данных.

«Эталонами неогеографии» на сегодняшний день являются Google Earth и Google Maps. Продукты такого рода пока не получили устойчивого обозначения; обычно используется термин «геопорталы» или «геоинтерфейсы». Появившись в июне 2005 г., они уже через два года обогнали по популярности все «классические» ГИС вместе взятые. Успех Google Earth и Google Maps активно изучается во всем мире. Создаются, в том числе и у нас в стране, новые, так или иначе аналогичные им по функциональным возможностям продукты.

Google Earth - это виртуальный глобус, карта и географическая информационная программа, один из бесплатных сервисов компании GoogleInc. (США). Особенностью и главным отличием ее является хранение данных на сервере «Google», а также отображение и обработка данных «налету», где любое действие сопровождается немедленным результатом. Большая скорость отображения достигается за счет показа данных на разных уровнях обобщения и постепенной прорисовки их более детально по мере загрузки данных из Интернет. В последнее время геопортал Google Earth расширяет возможности пользователей, создает много новых приложений. Так, наряду с ранней версией, позволяющей пользователю просматривать космические снимки, строить рельефные изображения, вести поиск объектов по координатам, географическим названиям и адресам, измерять расстояния, работать с инструментами и др., широко используется приложение KML2. Оно позволяет проводить конверсию геометрических типов, делать построение трехмерных поверхностей и изолиний, полей различной природы, рассчитывать для рельефа уклоны и экспозиции и т.д. [3, 4].

В научных географических кругах термин «неогеография» не нашел широкого отклика и является неустоявшимся, но однозначно признается необходимость скорейшего освоения географами новой методологии работы с геопространственной и меняющейся во времени информацией. Неогеография открывает широкие возможности для географических исследований, уменьшая трудоемкость и увеличивая полноту, достоверность информации о географических объектах и процессах. На региональном уровне наиболее востребованы и актуальны географические исследования, посвященные геоэкологическим проблемам (изменения природных геосистем, деструктивные природные процессы, гео-

экологическая оценка территории с целью устойчивого развития и ландшафтного планирования и др.).

В рамках программы устойчивого развития Пензенской области на кафедре «География» ПГУ ведется создание электронной базы данных о состоянии природно-хозяйственных систем. Центральным звеном привязки пространственной информации является общегеографическая электронная ландшафтная карта Пензенской области, созданная ранее группой ученых ПГУ г. Пенза и МГУ им. Н. П. Огарева г. Саранска под руководством доктора географических наук, профессора А. А. Ямашкина [5]. Формирующаяся база данных включает следующие информационные блоки: природа; население; хозяйство. Информация хранится в текстовом, табличном и картографическом видах. Исходными данными являются космофотоснимки, фондовые материалы по геологическому строению Пензенской области, архивные материалы, литературные и картографические источники, результаты полевых исследований на ключевых участках [6]. Электронная база данных позволит провести функциональное зонирование и обосновать выделение зон экологического равновесия, т.е. экологический каркас региона - совокупность естественных и искусственных геосистем, выполняющих функцию защиты окружающей среды и «мягкого» управления ландшафтом. Экологический каркас предназначен для поддержания оптимального функционирования, динамической устойчивости ландшафта и создания в нем благоприятной среды обитания.

Для создания базы данных необходимы крупномасштабные ландшафтные исследования на ключевых участках. Одним из таких ключевых участков является окрестность города Сердобска. Выбор данного участка объясняется тем, что границы природных и хозяйственных систем в этом районе не совпадают, что влечет за собой развитие деструктивных процессов.

Целью исследований является изучение современных геоэкологических процессов и выделение зон экологического равновесия (экологического каркаса) на данном ключевом участке. Исследования проводились с использованием геопортала Google Earth, с помощью которого создается проект электронной ландшафтной карты Пензенской области (рис. 1).

Рис. 1. Фрагмент проекта ландшафтной карты Пензенской области

На данном фрагменте отражены ландшафты вторично моренных равнин низкого плато Приволжской возвышенности, которые неоднородны в структурно-генетическом отношении. Они делятся на водораздельные, склоновые и долинные типы местностей, границы которых показаны тонкими линиями (1 на рис. 1), тогда как границы физико-географических районов обозначены толстыми линиями (2 на рис. 1). Территория города Сердобска лежит в двух разных типах местностей и разных физико-географических районах: долина реки Сердобы и склон водораздела, в пределах которых протекают разные ландшафтоформирующие процессы. Создав с помощью программы Google Earth профиль рельефа местности, мы можем увидеть, что крутизна правобережного склона долины Сердобы, на котором расположена часть городской застройки, составляет более 15°, перепад высот - более 80 м. На юго-восточной окраине города Сердобска, на склоне долины реки на поверхность выходят коренные породы. Это так называемая Лысая гора, в народе - «Лысуха». Лысая гора с юга подмывается рекой, образуя крутой обрывистый склон. Коренные породы безводны, не имеют растительного покрова и не используются человеком, хотя на том же склоне рядом произрастает лес.

Дешифрирование космических снимков позволило выявить особенность геоморфологических процессов, протекающих на склоне и в долине реки Сердобы. Преобладающими являются эрозионные и суффозионно-карстовые ландшафтоформирующие процессы (рис. 2). Крутые склоны Лысой горы, размытые водными потоками, образуют своеобразные промоины, но глубоких оврагов не обнаруживается. В пойме реки отчетливо видны округлые и овальные западины, заполненные водой или засоленные. Особенности этих процессов связаны с литогенной основой ландшафтов. Согласно описанию из геологического атласа Пензенской области, в данном районе (долина реки Сердоба) выходит на поверхность Иссинская толща маастрихского яруса верхнемеловых пород. Они представлены карбонатными глинами, которые вблизи юго-восточного окончания Ке-ренско-Чембарского вала сменяются песками и алевритами. С физико-химическими свойствами этих пород и связаны процессы растворения и вымывания мелких частиц.

Рис. 2. Эрозионные и суффозионно-карстовые процессы

Кроме того, для этого района характерны процессы засоления, связанные с близким залеганием грунтовых вод в некоторых районах, что в сочетании с недостаточным увлажнением способствует образованию солонцов. Особенно много солонцов было обнаружено в Малосердобинском районе - например, около с. Круглое, где, по словам местных жителей, десять лет назад было пшеничное поле, а сегодня произрастают лишь га-

лофиты. Процессы засоления на космических снимках дешифрируются по темному цвету близко залегающих грунтовых вод.

Изучение ландшафтной организации данной территории необходимо проводить в динамике. Для этого следует использовать как традиционные методы физической географии (сравнительно-географический, картографический, метод исторического ланд-шафтоведения), так и современные методы неогеографии. Особенно актуально проводить мониторинг геоморфологических процессов (карстово-суффозионных, эрозионных) и процессов засоления, используя возможности геопортала Google Earth. Здесь можно просматривать снимки прошлых лет, начиная с 2005 г.; они обновляются ежедневно.

Исследования на ключевых точках ландшафтной карты Пензенской области создают возможность ее детализации и пополняют базу данных. Следующим этапом ландшафтных исследований является создание крупномасштабной ландшафтной карты, где будут отражены типы урочищ. Границы природных геосистем, описание особенностей их строения и протекающих процессов позволят скорректировать хозяйственную деятельность в их пределах и сохранить их природно-ресурсный потенциал.

В рамках данного исследования были изучены современные методы работы с пространственной информацией, использованы возможности неогеографии для ландшафтных исследований на ключевой точке ландшафтной карты (Сердобский район), сделаны выводы об интенсивных геоморфологических процессах и необходимости их мониторинга. Вторым этапом работы планируется проведение полевых ландшафтных исследований на данной ключевой точке и создание ландшафтной характеристики на фациальном уровне.

В заключение стоит отметить, что новые принципы представления географической информации и технологии работы с ней способны не только кардинально изменить характер хозяйствования, но и сказаться на особенностях восприятия человечеством окружающего мира.

1. Геоинформатика : учеб. для студ. высш. учеб. заведений : в 2 кн. Кн. 2 / под ред. В. С. Тикунова. -М. : Академия, 2008. - 384 с.

2. Turner, A. Introduction to Neogeography / A. Turner. - O'Reilly Media, 2006. - 56 p.

3. Еремченко, Е. Н. Неогеография: особенности и возможности / Е. Н. Еремченко // Неогеография XXI - 2008 : материалы конф. IX Междунар. форума «Высокие технологии XXI века» (Москва, 22-25 апреля 2008 г.). - М., 2008. - С. 170.

4. Лепский, В. Е. На пути от неогеографии к ноогеографии - от навигации в природной среде к навигации в ноосфере / В. Е. Лепский // Геоконтекст: научный мультимедийный альманах. -Дрезден ; М., 2015. - Вып. 3. - 60 с.

5. Ландшафтная карта и пространственные закономерности природной дифференциации Пензенской области / А. А. Ямашкин, С. Н. Артемова, Л. А. Новикова, Н. А. Леонова, Н. С. Алексеева // Проблемы региональной экологии. - 2011. - № 1. - С. 49-57.

6. Леонова, Н. А. Широколиственные леса юга Пензенской области / Н. А. Леонова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. - 2015. - № 4 (12). -

Список литературы

С. 38-46.

Агапова Ксения Сергеевна

студентка,

Пензенский государственный университет E-mail: Agapova.Xenya@yandex.ru

Agapova Kseniya Sergeevna

student,

Penza State University

Артемова Серафима Николаевна

кандидат географических наук, доцент, кафедра географии,

Пензенский государственный университет E-mail: art-serafima@yandex.ru

Artemova Serafima Nikolaevna

candidate of geographical sciences, associate professor, sub-department of geography, Penza State University

УДК 911 Агапова, К. С.

Методы неогеографии в ландшафтных исследованиях Пензенской области / К. С. Агапова, С. Н. Артемова // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. - № 2 (14). - С. 74-79.