авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Пространственно-временная самоорганизация геосистем юга средней сибири

-- [ Страница 2 ] --

1 – дискретный, в котором элементы и подсистемы слабо взаимосвязаны между собой – экотоны и «молодые» системы; 2 – жесткие – серийные факторальные и «старые» системы; 3 – гармоничная согласованность разнообразных подсистем. А - Д – условные символы обозначения элементов системы. Стрелки - направления связей.

Для восстановления своих взаимосвязей геосистеме требуется больше энергии, чем было до «срыва», при этом энергия в ней накапливается только в виде порядка – увеличения разнообразия элементов и гармонизации их взаимосвязей. Этот процесс совершается под воздействием геосистем более высокого иерархического уровня. Например, в пределах среднетаежных лиственничных с примесью ели ерниковых травяно-моховых групп фаций юга Средней Сибири (пологие склоны северо-восточной экспозиции среднего течения р. Поймыги), развитых на кембрийских песчаниках с близким к поверхности уровнем многолетней мерзлоты с солифлюкционными формами микрорельефа произошли существенные изменения, связанные с пожаром. Почва обогатилась зольными веществами, ее тепловой режим в результате прогревания грунта улучшился, уровень мерзлоты снизился, вследствие чего на их месте возник сосняк достаточной сомкнутости с хорошо развитым травяным покровом. Постепенно температурный режим и мерзлотность почвы приближаются к исходному, в составе древостоя появляется лиственница, возобновляются солифлюкционные процессы, которые воздействуют на регенерацию почвообразовательных процессов. Саморегуляция геосистемы завершается восстановлением структуры исходных среднетаежных лиственничных мерзлотных групп фаций под влиянием вещественно-энергетических потоков, свойственных подгруппе геомов.

Геосистемы, как открытые динамические системы, органически связаны со своим окружением и включены в структуру самоорганизации среды. В этой связи важно понять различия и взаимосвязь между геосистемой и ее средой. Существует множество определений поня­тий системы и окружающей ее среды. К примеру, «система есть совокупность выделенных из среды элементов, объе­диненных взаимодействием» [Геодакян, 1970, с. 39]; «среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате пове­дения системы» [Холл, Фейджин, 1969, с.258]. В этих определениях отражается взаимосвязь геосистемы и среды: изменение среды влияет на систему, поведение системы изменяет среду.

Приняв за основу тот факт, что система обладает большей целостностью, чем среда, т.е. «средой гомогенной системы является гетерогенная, в пределах которой она находится» [Сочава, 1978, с. 298], мы признаем, что она активнее среды. Тогда, если геосистема зависит от изменений среды, можно констатировать, что возникло противоречие, и она была выделена не должным образом. В этом случае ее необходимо переопределить, включив в нее элементы, от которых система была ранее зависимой. Однако если исходить из того, что «..средами геосистем разных рангов являются более высокого разряда геосистемы» [Сочава, 1978, с. 298], получается, что среда определяет характер изменчивости системы. В этом случае, пока рассматриваемая система удовлетворяет критериям качества более крупной - среды, она является целостным образованием.

По-видимому, целесообразно рассматривать среду как иную геосистему, которая взаимосвязана с исходной. В этом случае анализируется более сложная система, в которой функционируют взаимосвязанные подсистемы «исходная геосистема + среда». Этот подход представляется более конструктивным, т.к. позволяет исследовать различные аспекты взаимодействия двух систем – среды и геосистемы с позиций методологии самоорганизации геосистем [Коновалова, 2002]. Границы между геосистемами разных рангов и их средой в одних случаях дискретны, в других – постепенны. Тогда целесообразно установление экотона – переходной полосы между геосистемой и ее средой.

Среда, как и геосистема испытывает постоянные изменения. Для обеспечения своего существования в условиях нестацио­нарной среды геосистема должна получать информацию об ее состоянии. Сообщение, получаемое и исполь­зуемое ею для синтеза решений, делится на два потока: «из прошлого» и «из настоящего». Информация «из прошлого» характеризует факторы, действовавшие на доста­точно большом отрезке времени, к которым приспособилась геосистема в процессе своего существования. Она составляет содержание ее «постоянной памяти». Сведения «из настоящего», как правило, характеризуют временно действующие фак­торы среды. Они определяют содержание «оперативной памяти» геосистемы и могут быть скорректированы новыми воздействиями среды. Последняя, накапливаясь до определенного предела, формирует способность геосистемы перерабатывать информацию, идущую от внешней среды. Очевидно, что это различие выработано природой, чтобы сохранить для геосистемы ценную информацию о прежнем генетическом опыте адаптации (через систему-хранителя, т.е. геомер) при одновременном получении информации о современном опыте (через систему с оперативной памятью, т.е. геохору).

Таким образом, выявление инварианто-групповых композиций посредством трехрядного синтеза географических явлений, в которых пространство и время взаимосвязаны в узловых геосистемах и содержат информацию о прошлом и последующих тенденциях их развития, позволяет установить эволюционные спектры самоорганизации геосистем, пронизывающих пространство регионов.

Основным условием процесса развития является накопление негэнтропии. Если она превышает по величине энтропию, то происходит накопление вещества и энергии в геосистеме. Это обусловливает усиление ее самоорганизации, т.е. увеличение числа ее элементов и гармонизацию внутренних взаимосвязей и, тем самым, появ­ление новых свойств. Происходящие изменения геосистемы отражаются на ее взаимоотношении с внешней средой. Таким образом, сложные переплетения внешних и внутренних взаимоотношений являются базисом изменения самоорганизации геосистемы, усиливающие произошедшие преобразования. Конец одного этапа сменяется началом другого, формирующегося на базе результатов развития предыдущего, что обеспечивает постоянный поступательный характер этого процесса.

К примеру, установлено семь циклов развития процессов аридизации в регионе, каждый из которых оставил свой след в самоорганизации геосистем региона. Одним из результатов этого является дифференциация степных геосистем юга Средней Сибири на два различных типа – северо-азиатские луговые и центрально-азиатские сухостепные. Начиная с плиоцена, на юге региона развивалась целостная система луговых степей и травяных светлохвойных, преимущественно сосновых групп фаций. Их экологические оптимумы довольно близки и различаются только увлажнением, которое в настоящее время благоприятно для развития степных типов геосистем.

Напротив, в юго-восточной части региона в замкнутых по­нижениям подгорных местоположений с олигоцена сохраняются сухостепные группы фаций центрально-азиатского типа с реликтовыми элементами древней средиземноморской флоры. Они древнее тайги. Им свойственна опустыненность, характерная для степей Забайкалья, чему способствуют особые метеоэнергетические условия, создающиеся в замкнутых по­нижениях подгорных местоположений. Здесь отмечается развитие солончаков, обусловленное как характером геологического строения местности и гидротермическим режимом почв, глубоко промерзающих во время малоснежной зимы, так и климатическими условиями с малым количеством осадков и преобладанием испаряемости над поступлением влаги. Для этих степей характерно незначительное количество составляющих элементов и жесткие взаимосвязи между ними, когда трансформация одного из них может привести к изменению процессов самоорганизации. Все это, в конечном итоге, определяет развитие в этих геосистемах процессов опустынивания.

Резонанс процессов. Сохранение и изменение самоорганизации геосистем зависит от согласованности процессов, изменения которых совершаются в определенном интервале максимальных и минимальных значений (степени свободы), определяемых физико-географическими условиями узловых геосистем. Переработка геосистемой энергии и вещества в неравновесных условиях адаптации к воздействиям внешних и внутренних источников возмущения носит колебательный характер. Взаимодействие колебаний может достигать критических значений степеней свободы (рис. 2).

Для юга Средней Сибири, расположенного во внутриконтинентальном секторе внетропического пояса, основные динамические проявления обусловлены распределением тепла и влаги. Наиболее опасно совпадение периодов усиления процессов аридизации с однонаправленным эффектом антропогенного воздействия.

Рис. 2. Иллюстрация возможностей качественных изменений системы

степени свободы; - процессы; - экстремальные отклонения от нормы

Так, в течение последних столетий на юге Средней Сибири в результате пожаров и в целом антропогенного воздействия значительно усилилось господство светлохвойных и мелколиственных типов леса. Встречаются участки, где экологические условия видоизменились настолько, что мелколиственные, кустарниковые и травяные типы геосистем переходят в разряд устойчиво-длительно-производных. Такая динамичность определяется в значительной мере региональным своеобразием гидротермического режима геосистем, в том числе свойственных ему периодов засушливости воздуха, делающих тайгу огнеопасной в районах хозяйственного освоения.

Наряду с продолжительными по времени внешними воздействиями на геосистему наблюдаются и серии многократно повторяющихся с относительно малым промежутком времени между ними. Они переводят геосистему из одного состояния в другое, сохраняя при этом ее основные внутренние взаимосвязи. В результате самоорганизация геосистемы «остается постоянной, но в противоположность обычному равновесию это постоянство сохраняется в процессе непрерывного обмена и движения составляющего его вещества» - так называемого текущего равновесия [Берталанфи, 1969, c. 41]. Многообразие таких состояний не противоречит сохранению инварианта, т.к. их модификация происходит в пределах допустимого диапазона. «Таким образом, приходится признать, что, несмотря на небольшую долговечность, эти серийные геомеры как тип геомеров имеют значительный возраст..» [Сочава, 1978, с. 108]. Это способ сохранения основного генетического качества геосистемы, достигнутого на данном этапе истории географической оболочки, который отличен от коренного типа разнообразием своих переменных состояний.

В свою очередь, устойчивость коренного типа геосистем поддерживается за счет многообразия составляющих подсистем и элементов, уменьшающегося с размерностью геосистем. Фация в один и тот же момент времени может вместить наименьшее число компонентов, необходимых для независимого функционирования геосистемы. Это значительно ослабляет ее автономность к среде по сравнению с геосистемами других уровней. Очевидно, что при этом серийные геосистемы топологической размерности будут отличаться большей стабильностью, получая при этом дополнительный приток вещества и энергии. Например, в флювиально-субгидроморфных местоположениях Верхнеего Приангарья темнохвойно-таежные геосистемы за счет дополнительной проточной влаги функционируют в более благоприятных экологических условиях, по сравнению с остальными таежными типами. Она способствует быстрому появлению мощных зарослей влаголюбивого крупнотравья, кустарников и усиливает гумусонакопление в почве. Дополнительное увлажнение почвы увеличивает скорость роста и продуктивность древостоев. В свою очередь, коренные фации таежных и подтаежных типов геосистем региона наиболее чувствительны к изменениям климата [Коновалова, 2008].

Самоорганизация геосистемы эволюционирует, неизбежно изменяя себя, но при этом для нее характерно поддержание достигнутого уровня в пределах определенного времени за счет устойчивости. Устойчивость геосистем регионального уровня иерархии [Коновалова, 2001] - качественная категория, инвариантная современному состоянию природной среды региона, которая проявляется в системной совокупности свойств, отражающих их внутреннюю целостность и отношения с внешней средой. Основными критериями ее оценки являются: своеобразие, разнообразие, характер внутренних взаимосвязей, видоизменения, возраст геосистем. Согласно им геосистемы юга Средней Сибири дифференцируются на 5 категорий (рис. 3).

 Устойчивость геосистем юга Средней Сибири Категории устойчивости: очень-1

Рис. 3. Устойчивость геосистем юга Средней Сибири

Категории устойчивости:

очень высокая;

высокая;

средняя;

низкая;

очень низкая

Очень высокая категория устойчивости - горно-таежные кедровые с елью, лиственницей и сосной геосистемы, развитые на возвышенных участках Енисейского, Ковинского, Ангарского кряжей, Ленно - Ангарского плато, лугово-степные северо - азиатские. Высокая - южно-сибирские таежные сосновые и сосново-лиственничные возвышенно-равнинные геосистемы. Средняя - горно-таежные светлохвойные, преимущественно лиственничные с елью и кедром высокого сводообразного Лено-Ангарского плато. Низкая – средне-таежные лиственничные с кедром и елью плоских низких междуречий, геосистемы буферных зон, светлохвойные травяные подтаежные. Очень низкая категория устойчивости - подгорно-долинные гидроаккумулятивные геосистемы, сухо-степные центрально-азиатского типа, светлохвойно-еловые редкостойные ерниковые геосистемы речных долин и макропонижений с широким развитием мерзлотных процессов и заболачивания в пределах южнотаежных и среднетаежных геосистем.

2. Исследование пространственно-временной самоорганизации геосистем по данным дистанционного зондирования Земли из космоса - логическая операция, по­средством которой синтезируются требования к получе­нию нужного блока информации из набора материалов многочисленных съемок Земли из космоса.

Основное содержание блока дистанционных исследований геосистем состав­ляет представление о космическом снимке (КС) как о наиболее универсальной форме регист­рации из­лучения, несущего географическую информацию об исследуемых объектах. При этом основной методоло­гический принцип дис­танционных исследований сводится к замеще­нию выяв­ленных по КС объектов природы обоб­щенным представлением о пространственно-временной самоорганизации геосистем регионов. Это логическая операция, по­средством которой объекты, обнаруженные в процессе дешифриро­вания, вклю­чаются в систему соответствующих теоретических представ­лений [Коновалова, 2002; Снытко, Коновалова, 2005]. Достоверность дистанционных исследований самоорганизации геосистем зависит от учета следующих факторов: 1) КС фиксирует в определенном пространстве и вре­мени фотогеничную часть объектов, специфичную для их состояния и опреде­ленных условий съемки; комбинации структур космического изо­бражения по­могают создать образ явления как целого, по которому можно устанавливать его сущность и оценивать свойства целостности геосистем; 2) место и время съемок определяют наличие объектов и особенности их ото­бражения на КС; 3) изображение, отражающее некоторый класс объектов, чаще всего встреча­ется в определенном пространственном сочетании с другими. Контура их ло­кализации служат индикатором вероятно­сти нахождения данного типа объектов в конкретной тональной и тек­стурной части изображе­ния КС; 4) принадлежность объекта к территориальной единице большей раз­мерности определяется посредством дешифрирования традицион­ными мето­дами по прямым дешифровочным признакам разномасштаб­ных КС; 5) мелко­масштабные съемки позволяют интерпретировать региональную самоорганизацию геосистем и подразделять территорию по фотографи­чески однородным облас­тям снимка, которые затем исследуются при помощи КС более крупного масштаба. При этом можно предполагать одинаковую индикационную значимость прямых признаков изображения. В этом случае реализуется свойство "сквозной системности" - аксиоме о функ­циональном подобии и единстве пространственных связей; 6) получение дифференциальных характеристик земной поверхно­сти основывается на избирательности многозональных диапазонов КС. Выбор спектральных диапазонов снимков при изучении самоорганизации геосистем обу­словлен физи­ческими аспектами дистанционного зондирования Земли - усилением спектральной яркости объектов в опреде­ленных зонах электромаг­нитного спектра.

Исследование самоорганизации геосистем базируется на рассмотрении факторов, объединенных в четыре блока [Коновалова, Трофимова, 2008] (рис.4).

Рис.4. Принципы систематизации данных космических съемок Земли для исследования самоорганизации геосистем

Первый блок соединяет в себе характеристики вещественно-энергетического обмена и взаимосвязей элементов и геосистем, которые проявляются в ряде подблоков. Так иерархичность обусловливает порядок самоорганизации геосистем на основе макрогеографических закономерностей, предполагая рассмотрение геосистемы как подсистемы большей. Принадлежность объекта к территориальной единице большей раз­мерности определяется на основе дешифрирования разномасштаб­ных КС посредством их соотнесения к текстуре объекта вышестоящей таксономической категории. Для разделения уровней генерализации применяются таксономические категории исследуемых геосистем.

КС через характерные текстуры изображения воспроизводит типичные пространственные закономерности дифференциации геосистем в их естественных и переходных модификациях. На нем хорошо выявля­ются изме­нения природных режимов в зависимости от условий местооби­таний. Процесс исследования осуществляется на основе анализа систем дешифровочных признаков: яркостных, геометрических, текстурных и косвенных. Спектральный и временной диапазон космических съемок выступает критерием дифференциации качественно различных объектов, а анализ текстуры изобра­жения КС дает возможность выявлять определенную базу данных, которая затем переводится в теоретиче­ский блок знаний. При ее анализе появляется возможность исследования сложности геосистемы, которая оценивается по числу составляющих элементов и характеру взаимосвязей. Это, в свою очередь, служит косвенным фактором оценки объема вещества и энергии, поступающего в геосистему.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.