2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................... 5
ГЛАВА 1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ В 10
ГЕОСИСТЕМАХ
1.1. I еосистемы с позиций физико-математического естествознания.......... 10
1.1.1. Типологический и функциональный подходы в физической географии 10
1.1.2. Соотношение принципов классической физики с геосистемным анализом 12
1.2. Пространственно-временные масштабы: проблемы моделирования и исследования геосистем (биогеоценозов)...................................... 23
1.2.1. Соотношение методов экспериментального и математического моделирования 23
1.2.2. Пространственно временные соотношения при моделировании процессов в геосистемах................................................................ 26
1.2.3. Структурообразующие процессы и интерпретация пространственно-временных структур....................................................... 28
1.2.4. Соотношении методов измерений и иерархии объектов-моделей............ 34
1.2.5. Выводы ............................................................. 40
1.3. Формализация пространственной структуры и выделение элементарных геосистем (биогеоценозов)............................................... 40
1.3.1. Методологическое значение 1 ИС-техиологий для объективизации выделения геоструктур.......................................................... 40
1.3.2.Краткий обзор применения методов морфометрии в исследованиях ландшафтов 41
1.3.3. Постановка задачи (физическое приближение)........................... 46
1.3.4. Методика обработки реальных данных................................... 55
1.3.5. Обсуждение полученных результатов.................................... 56
1.3.6. Выводы............................................................... 66
1.4. Выводы по Главе 1.................................................... 66
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ И АГРОЛЕСНЫХ ГЕОСИСТЕМАХ.
2.1. Динамика разновозрастного многовидового древостоя.................... 69
2.1.1. Обоснование выбора модели............................................ 69
2.1.2. Основные принципы построения модели развития древостоя, как множества взаимодействующих популяций................................................ 70
2.1.3. Математическая постановка задачи..................................... 73
2.1.4. Пространственно-временные масштабы................................... 75
2.1.5. Биоценотические характеристики древостоя............................. 76
2.1.6. Краткое описание работы модели....................................... 76
2.1.7. Заключение........................................................... 80
2.2. Радиальные биогсоценотические процессы в бореальных геосистемах...... 82
2.2.1. Модели процессов водной миграции химических веществ в бореальных геосистемах............................................................. 82
2.2.2. Исследование трансформации дождевых осадков пологом леса.............100
2.2.3. Моделирование перехвата осадков пологом леса.........................115
2.2.4. Влагоперенос в дерново-подзолистых почвах........................... 124
2.2.5. Исследование переноса удобрений в дерново-подзолистых почвах.........127
2.3. Латеральные процессы водной миграции в бореальных ландшафтах.........155
2.3.1. Исследование формирования дождевого стока на комбинированном поле-лес склоне.................................................................... 155
2.3.2. Загрязнение поверхностных вод агрохимикатами и влияние лесных насаждений на их очистку......................................................... 163
2.3.3. Эрозия почв и кольматация взвесей лесным ^насаждениями.............. 181
2.3.4. Проблемы моделирования взвесенесушего поверхностного стока и его химического состава............................................................. 184
2.3.5. Вынос удобрений весенним талым стоком и роль лесных биогеоценозов в его очистке на комбинированных водосборах................................. 191
2.3.6. Низинные болота - ландшафтно-геохимические барьеры па пути миграции загрязняющих веществ с поверхностным и грунтовым стоком...........199
2.4. Выводы по Главе 2......................................................208
ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕСНЫМ хозяйством
3.1. Устойчивое управление лесами и географические информационные системы для лесного хозяйства России.................................................
3.2. Проблемы создания ГИС для лесного хозяйства.............................
3.2.1. Зачем нужны ГИС в лесном хозяйстве....................................
3.2.2. Основные принципы создания ГИС для лесного хозяйства..................
3.2.3. Функциональное предназначение и требования к ГИС различных уровней управления лесным хозяйством.................................................
3.3. Технология создания и опыт использования ГИС в лесном хозяйстве.........
3.3.1. Информационные системы производственного уровня (лесхоз, лесничество)...
3.3.2. Использование ГИС начального уровня для создания цифровой топоосновы картографической базы данных лесхоза.........................................
3.3.3. Связь карто1рафической и таксационной баз данных в программе УЕ-Е.....
3.3.4. Некоторые возможности прикладного использования Г’ИС-выоера лесхоза...
3.3.5. Анализ состояния лесов с применением модулей локальной информационной системы лесхоза..............................................................
3.4. Информационные системы регионального уровня...........................256
3.4.1. Разработка базового ресурсного модуля локальной информационной системы управления лесами субъекта федерации..................................256
3.4.2. Совмещенная информационная система управления лесами полесхозного уровня агрегации......................................................257
3.4.3. Интеллектуальная информационно-аналитическая система по лесному фонду -базовый модуль локальной информационной системы регионального (федерального) уровня......................................................258
3.4.4. Совмещенная информационная система управления лесами поквартального уровня агрегации......................................................270
3.5. Информационное обеспечение управления лесным хозяйством федерального
. уровня............................................................... 274
3.5.1. Агрегированная совмещенная система федерального уровня...............274
3.5.2. Геоірафическая информационно - справочная система для органов управления лесным хозяйством (лесхозная агрегация)...............................276
3.5.3. Формирование цифровой топоосновы ГИС федерального уровня............. 277
3.6. Выводы по Главе 3.....................................................280
ГЛАВА 4. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ДОЛГОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЛЕСНОГО ФОНДА ЛЕСХОЗА
4.1. Структура прогнозно-аналитической системы для разработки проекта устой-
чивого управления лесным хозяйством..................................... 284
4.2. Модуль “Лесной массив” -моделирование пространственной динамики разновозрастного многопородного древостоя............................................287
4.2.1. Задачи, выбор программных средств и модельного объекта...................287
4.2.2. Структура модуля и взаимодействие отдельных блоков...................... 288
213
215
215
217
223
229
230
233
240
245
40
ных и автомобильных, так и разновысотных аэро-профилирований, они обладают производительностью и оперативностью, не достижимой другими методами.
В настоящее время с помощью СВЧ РМ может производиться дистанционное площадное измерение толщины льда, запасов влаги в снеге и атмосфере, плотности и объемной влажности почв, температуры и интенсивности волнения моря с самолетов. Возможно применение СВЧ РМ для измерения уровня грунтовых вод (УГВ) неглубокого залегания (до 1,0-1,5 м), степени минерализации и контроля загрязнения пресных открытых водоемов, а также объемов биомассы [Шутко, 1986, Арманд и др., 1987].
Радиолокатор подповерхностного зондирования С-023, основанный на излучении сверхширокопояосных наносекундных импульсов метрового диапазона, позволяет производить профилирование минерального дна торфяной залежи глубиной до 7 м, а также дифференцировать слои торфа разного состава; а песчаных отложениях изучение лито логической структуры и определение УГВ возможно в диапазоне 1,5-10 м; такие же характеристики получены при исследовании мерзлых пород, а также глубин и отложений пресных водоемов [Финкельштейн и др., 1986].
Даже небольшое количество приведенных примеров показывает, насколько эффективным может оказаться применение комплекса методов прикладной геофизики для выявления иерархичности структуры, выявления границ различного порядка, исследования физических свойств и различных процессов в геосистемах и биогеосистемах.
1.2.5. Выводы
Объективно существующая взаимосвязанная пространственно-временная иерархия природных систем требует однозначного определения объектов исследования, системообразующих процессов, выбора основных переменных состояния и параметров геосистем данного иерархического уровня. Такое определение возможно лишь на основе физико-математических моделей природных процессов.
На основе предложенных принципов анализа пространственно-временных соотношений в геосистемах составлен перечень основных радиальных структурообразующих биогеоценотических процессов и их характерных времен.
Сохранение единого пространственно-временного масштаба как в моделях, так в натурных и экспериментальных исследованиях диктуется необходимостью строгого соответствия приборно измеряемых параметров параметрам теоретических моделей. Для успешного решения проблем прогнозирования состояния окружающей среды постоянно действующая система математических моделей должна функционировать совместно с автоматизированными сетевыми комплексами, обеспечивающими соответствующий пространственно-временной шаг при сборе, передаче и регистрации параметров геосистем исследуемого масштаба. Совершенствование и разработка новых методов исследований и приборной базы, ориентированных на обеспечение информацией теоретических систем, является в настоящее время актуальной задачей.
1.3. Формализация пространственной структуры и выделение элементарных геосистем
1.3.1. Методологическое значение геоннформацнонных технологий для объективизации выделения гсоструктур
В последние десятилетия интенсивное развитие получили методы построения и трехмерного анализа цифровой модели местности (Digital Terrain Model - DTM) в геоин-формациониых системах (ГИС) при
41
РОССИЙСКАЯ
ГОСУДА*»СТВ£НК
ВИБЛИЭГеКА
проектировании на местности различных сооружений и коммуникаций. Бурное развитие этого направления привело к тому, что развитые современные ГИС имеют блоки построения и некоторого анализа цифровых моделей рельефа (Digital Elevation Model - DEM). Цифровая модель рельефа может быть построена по топографической карте или по аэрокосмоснимкам при их стереофотограмметрическом дешифрировании. Использование DEM в ГИС-технологиях позволяет не только геодезически точно привязывать объекты к местности, но теоретически описывать формы поверхности, представлять анализ в различных проекциях и срезах, а также расчитывать объемы земляных работ, проводить анализ воздействия на объекты различных природных и антропогенных факторов, проводить экологическую экспертизу воздействия объектов на окружающую среду и т.д. Естественно, что без появление геоинфор-мационных систем в широкоиспользуемых программно-аппаратных системах, был бы не возможн столь быстрый прогресс в теоретическом описании земной поверхности. Методы DEM и DTM становятся серьезным инструментом при проектировании различных территориальных мероприятий.
1.3.2. Краткий обзор применения методов морфометрии в исследованиях
ландшафтов
В традиционной морфометрии используется всего три морфометрические величины: высота, крутизна и ориентация склонов. В современной морфометрии введение новых величин обычно производится в контексте некоторых процессов или потоков, относительно которых принимается, что они реальны в ландшафте [Martz, de Jong, 1988]. A.R.Aandahl [Aandahl, 1948] обычно цитируется как один из первых исследователей, осознавших влияние плановой и профильной кривизн на свойства почв. Предложенная R.V.Ruhe [Ruhe, 1960] качественная классификация склонов на вершины, выступы, вогнутости, подножия и низины, основанная в сущности лишь на профильной кривизне [Pennock, Zebarth, de Jong, 1987], нашла широкое применение в ландшафтоведении многих стран (США, Канада, Австралия, Великобритания и др.): в почвоведении [Wilding, Smeck, Hall, 1983], в геоморфологии [Dalrimple, Blong, Conacher, 1968, Conacher, Dalrymple, 1977, Hall, 1983], в гидрологии [Hugget, 1975] и т.д. Влияние этой неколичественной классификации трудно переоценить - прямо или косвенно она вошла в тысячи работ (см. обзоры, цитированные выше). Однако, как указал R.G.Hugget [Hugget, 1975] , двумерный подход к классификации склонов справедлив только, когда значимая плановая кривизна отсутствует. Плановая форма склона может сильно влиять на латеральное распределение геоморфологических, гидрологических и педологических процессов, а следовательно на почвы, которые возникают из взаимодействия этих процессов [Pennock, Zebarth, de Jong, 1987], и на растительность.
П.К.Соболевский [Соболевский, 1932] одним из первых осознал значение плановой кривизны и ввел в рассмотрение области конвергенции и дивергенции. V.Kvietkauskas [Kvietkauskas, 1964] разработал метод составления четырехцветных карт, количественно описывающих характеристики топографической поверхности: высоту, крутизну и профильную кривизну. Оба этих автора использовали для определения кривизн понятия радиуса кривизны без указания процедуры его определения. F.R.Troeh [Troeh, 1964] инициировал количественную оценку плановой и профильной кривизн аппроксимацией участков земной поверхности параболоидом вращения. Он нашел существенную корреляцию между этими морфометрическими величинами (а также крутизной) и распределением почв, что связывал с влиянием формы поверхности на гидрологический статус почв.
D.Zaslavsky, A.S.Rogowski [Zaslavsky, Rogowski, 1969] постулировали, что линии направления инфильтрации воды в почву дивергируют (расходятся) на выпуклых элементах рельефа и конвергируют на вогнутых. Эти авторы предположили, что по-
- Киев+380960830922