Глава XIII

Исследования по картам

13.1. Способы работы с картами

Рассмотренные в предыдущей главе технические приемы исполь­зуют для работы с отдельными картами либо с сериями карт и ком­плексными атласами. Исследования по картам выполняют для опре­деления размещения и пространственно-временной структуры яв­лений и процессов, их взаимных соотношений и связей, выявления тенденций развития и динамики, для получения всевозможных ко­личественных характеристик и оценок, проведения районирования и классификаций, прогноза изменений во времени и пространстве.

Способы работы с картами подразделяют следующим образом.

Анализ отдельной карты

• Изучение картографического изображения без его преобра­зования, т.е. анализ карты в том виде, в каком она есть.

• Преобразование картографического изображения с целью приведения его в вид, более удобный для данного конкрет­ного исследования.

• Разложение картографического изображения на составляю­щие — особый вид преобразования, применяемый для выде­ления нормальной и аномальной (фоновой и остаточной) компонент развития и размещения явлений и процессов.

Анализ серий карт

• Сравнение карт разной тематики с целью установления вза­имосвязей и зависимостей между явлениями.

• Сопоставление разновременных карт для изучения динамики и эволюции явлений и процессов, составления прогнозов их развития во времени.

• Изучение карт-аналогов для обнаружения общих закономер­ностей распространения явлений и процессов на разных тер­риториях.

Исследования по картам, как и любые другие, включают не­сколько этапов:

• постановка задачи — формулирование цели, выделение под­задач, определение требований к точности;

• подготовка к исследованию — выбор картографических ис­точников, методов, технических средств, алгоритмов и т.п.;

• собственно исследование — получение предварительных, а затем окончательных результатов, их оценка, создание но­вых карт;

• интерпретация результатов — содержательный анализ, фор­мулирование выводов и рекомендаций, оценка их надеж­ности.

Исследования по картам — это всегда более или менее форма­лизованная процедура. На всех этапах ей должны сопутствовать содержательный географический анализ получаемых результатов, соотнесение их с реальной ситуацией и, если необходимо, кор­ректировка самой процедуры исследования.

13.2. Изучение структуры

Изучение по картам структуры явлений и процессов — это выявление и анализ их элементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель ис­следования всегда состоит в познании пространственной органи­зации геосистем, их генезиса, в раскрытии механизма функцио­нирования.

Один из наиболее информативных способов изучения структу­ры — анализ конфигурации картографических образов, т.е. изучение геометрического рисунка изображения. По внешнему облику объекта часто можно судить о его морфологии, генезисе, о факторах, сфор­мировавших тот или иной объект. На рис. 13.1 показаны некоторые типичные конфигурации географических объектов, по которым можно сделать предположения об их генезисе. Так, параллельный рисунок гидрографической сети, скорее всего, свидетельствует о системе трещиноватости того же простирания, которой подчине­ны речные долины, а радиальное растекание водотоков — о купо­лообразном тектоническом поднятии. Древовидная конфигурация почвенных контуров означает их приуроченность к долинам рек, а

240 Глава XIII. Исследования по картам

Изучение структуры 241

Рис. 13.1. Типичные конфигурации объектов на тематических картах при­роды.

а — параллельный рисунок (гидросеть Приобского плато); 6 — древовидный рисунок (почвенные ареалы в долине р. Игрит); в — решетчатый рисунок (разломы в Предбайкалье); г — веерный рисунок (разрывные нарушения в Восточном Саяне); д — веерный рисунок (дельта р. Селенги); е — радиаль­ный рисунок (речная сеть на Путоранском сводовом поднятии); ж — дугооб­разный рисунок (пойменные гривы в излучине р. Вилюй); з — кольцевой рисунок (тектонические структуры в Казахстане); и — пятнистый рисунок (пятна талых и мерзлых пород в Якутии).

веерный рисунок характерен для природных объектов, формиру­ющихся на дельтах, и т.д.

Картографический метод позволяет эффективно выявлять про­странственные закономерности и аномалии, т.е. типичные, устой­чивые, широко распространенные структуры и отклонения от них. Карты, обладающие большой обзорностью, как бы специально предназначены для выявления общих закономерностей глобаль-

Рис. 13.2. Основные линеаменты северо-западного и северо-восточного простираний, выявляемые по физической карте Севера Русской рав­нины.

ного и регионального уровней. В значительной степени этому спо­собствует и генерализация, освобождающая изображение от мело­чей, деталей и выпукло проявляющая главные, наиболее суще­ственные его черты.

Напомним, что именно благодаря обзорности карт были уста­новлены такие важнейшие закономерности географической струк­туры, как зональность, сеть планетарных линеаментов, единая система срединно-океанических хребтов и рифтовых зон, струк­тура центральных мест и т.п. Глобальные системы линеаментов можно обнаружить при внимательном анализе карт любого масш­таба. На карте Севера Русской равнины (рис. 13.2) отчетливо про­явлена система северо-западных и северо-восточных линеаментов. Им подчиняются береговые линии морей и озер, направления водоразделов и речных долин. Таковы очертания Кольского полу­острова, берега Белого и Печорского морей, вытянутые озера Карелии, долины рек Северной Двины, Онеги, Мезени, Вашки, Сухоны, Вычегды, Печоры, Усы, Тиманский кряж, Северный Урал, хребет Пай-Хой и другие крупные оро- и гидрографичес­кие элементы. Все это — отражение системы трещиноватости,

16-4886

Рис. 13.3. Речная сеть в районе Транстиманской дислокации. Точечным пунктиром показано простирание дислокации.

охватывающей всю планету и обязанной своим происхождением ротационным напряжениям, возникающим на земном шаре. Ин­тересно, что аналогичные системы северо-западных и северо-вос­точных линеаментов можно видеть и на картах других планет зем­ной группы. Это общая закономерность планетарного рельефа.

На фоне закономерностей нередко удается подметить анома­лии, и глаз опытного исследователя сравнительно легко их рас­познает. В качестве иллюстрации на рис. 13.3 показана уникальная для Севера Русской равнины широтная орографическая аномалия в полосе между 65° и 66° с.ш. Словно глубокая борозда прорезает Тиманский кряж, и в ней расположены долин рек Пезы, Циль-мы, Печоры. Она аномальна по отношению к господствующим здесь северо-западным линеаментам. Так проявлена в рельефе глу­бинная Транстиманская тектоническая дислокация.

Изучая структуру явлений, часто стараются выявить основные и второстепенные компоненты. Отделить аномалии от фона помо­гает операция разложения картографического изображения на со­ставляющие, которую можно выполнить с помощью усреднения, аппроксимации или фильтрации. В задаче о разложении принима­ется, что показанное на карте явление г представляет собой ре­зультат совокупного влияния основного, наиболее значительно­го, фонового фактора г_ф, зависящего от причин регионального, а иногда даже глобального масштаба, и дополнительных факторов, накладывающихся на общий фон и усложняющих картину, — их называют остаточными г_о или аномальными

* = ^ + г₀, причем 1_ф» 1_о.

Рис. 13.4. Графическое разложение поверхности на составляющие.

а — гексагональная сетка, по которой осуществляется усреднение; б — ис­ходная поверхность с отметками высот; в — усредненная фоновая поверх­ность с осредненными значениями высот; г — остаточная поверхность с ве­личинами отклонений исходной поверхности от фоновой.

Примерами могут служить ареалы повышенного радиационно­го загрязнения на фоне допустимых значений, локальные подня­тия и опускания на фоне региональных тектонических движений, местные климатические особенности, накладывающиеся на зональ­ные закономерности, и т.п.

Самый простой способ разложения — графическое осреднение. Для этого на исходной карте размещают сетку регулярных точек так, как показано на рис. 13.4, в центре каждой шестиугольной ячейки вычисляют значение скользящего среднего г, как среднего из значений вершин и центра ячейки: г_ф = '/₇ 2 г.. На изолинейной карте, построенной по значениям г_ф, отражена осредненная фоно­вая поверхность (рис. 13.4в), передающая главные, наиболее круп­ные черты структуры. Если далее в каждой точке взять разности между фактическим и осредненным значениями т.₀ = I, — г_ф и про­вести по ним изолинии, то получится остаточная поверхность, показывающая размещение аномалий, отклонений, второстепен­ных деталей (рис. 14.4г).

16*

Рис. 13.5. Карта осадков теплого периода (в мм) на территории Республи­ки Коми (а) и карты фоновой(б) и остаточной (в) поверхностей, полученные в результате аппроксимации уравнением 1-го проядка.

Аналогичный эффект разложения на составляющие достигает­ся и при расчете аппроксимирующей поверхности и отклонений от нее фактической исходной поверхности. При этом предполага­ется, что фоновая составляющая описывается некоторой неслу­чайной функцией /(х, у), а неучтенные отклонения от нее е соот­ветствуют остаточной поверхности. Иначе говоря, члены аппрок­симирующего уравнения приравниваются к членам уравнения разложения на составляющие

На рис. 13.5 представлена карта осадков теплого периода года на территории Республики Коми и результаты ее разложения на фоновую поверхность 1-го порядка и остаточную поверхность. Карта фоновой поверхности передает общее увеличение количества осад­ков в направлении на юго-восток, что может быть связано с трансформацией масс арктического воздуха по мере их продвиже­ния в глубь материка. А карта остаточной поверхности показывает отклонения от этой закономерности, в частности резкое увеличе­ние количества осадков на западных склонах Урала и в районе Тиманского кряжа.

Углубленное изучение структуры явлений нередко требует пре­образования картографического изображения, т.е. трансформиро­вания его с целью создания производных карт и получения по ним новой информации. Различают несколько видов преобразования.

Рис. 13.6. Схематизация. Преобразование карты современного рельефа в карту морфоизогипс:а — современный рельеф;б — восстановлен­ный «первичный» рельеф; точечным пунктиром показано обобще­ние некоторых горизонталей.

Вычленение, т.е. выделение на карте интересующих исследова­теля компонентов сложной геосистемы и снятие прочих деталей. Выделенные элементы предстают в наглядной и удобной для дан­ного исследования форме, например в виде системы спрямленных элементов рельефа и гидрографии, как на рис. 13.2.

Схематизация — устранение второстепенных деталей и пред­ставление картографического изображения в упрощенном виде. Так, при схематизации гипсометрического изображения и снятии дета­лей эрозионного расчленения проявляется основная первично-тек­тоническая структура рельефа (рис. 13.6).

Детализация — преобразование, противоположное схематиза­ции, оно имеет целью сделать изображение более подробным. На­пример, на топографической карте можно детализировать изобра­жение эрозионной сети, проведя по изгибам горизонталей тальве­ги временных водотоков.

Континуализация — замена дискретного картографического изображения непрерывным, что обычно связано с введением по­нятия «географическое поле». Например, карту тектонических тре­щин преобразуют в псевдоизолинейную карту поля трещинова-

246 Глава XIII. Исследования по картам

Изучение структуры 247

Рис. 13.7. Континуализация.

а — преобразование карты трещин широтного простирания в карту поля трещиноватости (км/км²); б — преобразование карты размещения тетереви­ных птиц в карту их плотности; значками показано число птиц, а на изоли-нейной карте — их плотность на 1 км².

тости (рис. 13.7), карту расселения — в карту плотности населе­ния, карту размещения лесов — в карту лесистости и т.п. Такие преобразования дают представление об абстрактном рельефе явле­ния, на производных картах хорошо читаются максимумы и ми­нимумы распределения, их удобно коррелировать с другими изо-линейными картами.

Дискретизация — обратное преобразование, имеющее целью перевод непрерывного изображения в дискретную форму. Хоро­шим примером может служить интерполирование по сетке точек при создании цифровых моделей по картам с изолиниями или картограммам.

Средствами подобных преобразований часто служат графичес­кие операторы— сетки равномерно или неравномерно располо­женных точек, геометрических ячеек, в каждой из которых выпол-

Рис. 13.8. Операторы (сетки и палетки), применяемые для преобразова­ния картографического изображения.

а — регулярные неперекрывающиеся операторы: 1 — квадратная сетка; 2 — гексагональная сетка; 3 — радиально-концентрическая палетка; б — регуляр­ные перекрывающиеся (скользящие) операторы: 4 — скользящие кружки; 5 — перекрывающиеся шестиугольники; в — нерегулярные операторы: 6 — случайно выбранные квадраты; 7 — избирательно взятые кружки.

няют пересчет исходных данных и получают производные показа­тели. Если ячейки (квадраты, кружки и др.) перекрываются по площади, то их называют скользящими операторами. Примеры наи­более типичных операторов показаны на рис. 13.8.

Преобразования подразделяют на однократные и многократ­ные. В свою очередь, многократные преобразования бывают парал­лельными и последовательными. При параллельных преобразова­ниях по исходной карте А получают сразу несколько производных карт Л —> (В, С,..., Ы). Например, по топографической карте строят

248 Глава XIII. Исследования по картам

Изучение взаимосвязей 249

карты расчленения рельефа, уклонов, экспозиции склонов и др. В других случаях карту А последовательно преобразуют в карту В, ее, в свою очередь, — в карту С и т.д.: А —> В —> С -> ... —> N. Допустим, по карте рельефа сперва строят карту глубины расчле­нения, затем последовательно — производные карты интенсивно­сти смыва, эрозионной опасности, почвозащитных мероприятий и т.п. При изучении структуры сложных явлений часто применяют древовидные преобразования, сочетая параллельные и последова­тельные варианты.

13-3- Изучение взаимосвязей

Анализ и количественная оценка внутренних и внешних свя­зей и взаимозависимостей между геосистемами, их подсистемами и отдельными компонентами — одна из центральных задач в на­уках о Земле. В ее решении картографическому методу принадле­жит коронная роль благодаря поистине неисчерпаемому разнооб­разию карт всевозможной тематики. По ним удобно оценивать изменчивость связей в пространстве, выделять основные и второ­степенные зависимости, а также выполнять индикационные ис­следования, т.е. предсказывать размещение одних (индицируемых) явлений по другим (индикаторам).

Для изучения взаимосвязей используют широкий арсенал тех­нических приемов. Самые простые среди них — визуальный анализ и описание взаимосвязей. Из графических приемов эффективно совмещение контуров анализируемых явлений на общей основе— графический оверлей, в результате чего выявляют совпадающие, частично совпадающие и совсем не совпадающие контуры. Они трактуются как отражение взаимосвязей различной силы.

Многие зависимости наглядно видны на комплексных профи­лях и разрезах, совмещенных розах-диаграммах (см. рис. 12.6 и 12.7), составленных по сериям карт, а также на блок-диаграммах и мета-хронных диаграммах.

Конечно, наилучшие возможности для изучения и количествен­ной оценки взаимосвязей явлений предоставляют аппарат теории корреляции и информационный анализ: коэффициенты корреля­ции, показатели взаимного соответствия и др. (см. разд. 12.7).

Следует иметь в виду одну важную особенность картографи­ческого метода исследования.

Рис. 13.9. Сходство картографических изображений при отсутствии при­чинной связи между явлениями (Южная Армения).

а — плотность сельского населения; 6 — цветение картофеля.

При сравнении карт связь явлений всегда проявляется через соответствие картографических изображений.

Однако предположение о том, что чем больше степень совпаде­ния контуров или сходство рисунка изолиний, тем сильнее зависи­мость между явлениями, не всегда справедливо. Случается, что про­странственное соответствие можно наблюдать и между явлениями, не зависимыми или очень слабо зависимыми друг от друга. Напри­мер, на картах горных территорий часто бросается в глаза согласо­ванность рисунка изолиний самых разных явлений, например рас­пределения температур и осадков, созревания сельскохозяйствен­ных культур, плотности населения и т.п. Формальный расчет коэффициента корреляции может привести к парадоксальным вы­водам, например на рис. 13.9 показано высокое соответствие между плотностью населения и датами зацветания картофеля. Разумеется, при высокой статистической корреляции причинно-следственная связь между этими явлениями отсутствует, изолинии на обеих кар­тах лишь повторяют изогипсы рельефа. Этот пример показывает, насколько осторожно следует подходить к содержательной интер­претации соответствия картографических образов. Только географи­ческий анализ причинно-следственных отношений позволяет окон­чательно судить о реальных зависимостях между явлениями.

250