Проблемы типологии и формализации в морфологии ландшафта
Морфологические единицы разных порядков, образуя более или менее сложные территориальные сочетания, создают внутренний узор, или рисунок, ландшафта, который фиксируется на карте в виде многообразных комбинаций различных контуров. Для многих ландшафтов характерно регулярное чередование (повторение) одних и тех же морфологических элементов, ориентированных в определенном направлении. Примерами могут служить упоминавшийся ландшафт Грядового Побужья, сельгово-ложбинные ландшафты карельской тайги, гривисто-ложбинные ландшафты западносибирской лесостепи, ландшафты пустынь с грядовыми песками. Известны ландшафты, в которых морфологические подразделения последовательно сменяются в одном направлении, обычно в соответствии с общим уклоном поверхности (например, на наклонных подгорных равнинах, террасированных аллювиальных, озерных или морских равнинах). Для равнинных ландшафтов зоны избыточного увлажнения характерна, как уже отмечалось, закономерная смена урочищ в направлении от естественной дренажной сети к центру междуречий (рис. 37, А). Сходная закономерность наблюдается в ландшафтах эрозионных возвышенностей, хотя в основе ее лежат иные факторы (рис. 37, Б). Во многих случаях взаимное расположение локальных геосистем не обнаруживает какой-либо видимой закономерности и морфологический «узор» выглядит беспорядочно-пятнистым — с прихотливым чередованием разнотипных контуров
1 См.: Миллер г. П. Ландшафтные исследования горных и предгорных территорий. Львов, 1974. С. 34 — 35. 156
(рис. 37, В) или с отдельными пятнами второстепенных урочищ, разбросанными по фону урочища-доминанта (см. рис. 34, 37, Г). Предпринимались попытки систематизировать разнообразие морфологических узоров ландшафтов, т.е. свести их к некоторому количеству типов, причем последние устанавливаются на основе подбора качественных геометрических моделей, в какой-то мере передающих характер внутриландшафтной мозаики. Выделяются, например, следующие типы: полосчатый, поясной, диффузный, дендритовидный, мозаичный. Можно, конечно, подобрать еще ряд более или менее подходящих геометрических выражений (например, решетчатый, веерообразный, концентрический и т.п.), но вряд ли найдется достаточное количество их, чтобы адекватно передать все возможные ситуации. Геометрические термины дают лишь очень приближенное представление о действительной форме морфологических подразделений и их соотношениях, а во многих случаях они просто неприменимы и географ вынужден прибегать к термину «неопределенный», который ни о чем не говорит. Сложность проблемы усугубляется тем, что внутренний морфологический рисунок ландшафта многомерен: морфологические единицы первого порядка (например, местности) со своими специфическими очертаниями и пространственными соотношениями сами слагаются единицами второго порядка (урочищами), образующими уже как бы вторичный узор; каждое урочище, в свою очередь, обладает характерной фациальной структурой, создающей рисунок третьего порядка. По характеру размещения и форме урочищ в холмистоморенных ландшафтах мы могли бы назвать их морфологию «беспорядочно-округло-пятнистой», но размещение фаций на моренных холмах характеризуется рисунком, близким к концентрическому. Размещение водораздельных болотных урочищ во многих ландшафтах (например, на флювиогляциальных или моренных таежных равнинах) не обнаруживает какой-либо упорядоченности; они разбросаны округлыми контурами — разобщенными или сливающимися в сложные системы. Однако фациальная структура самих грядовомочажинных болот строго упорядочена и имеет концентрический рисунок.
Следует подчеркнуть, что за внешним сходством морфологического рисунка, если бы даже нам удалось найти для него удачную геометрическую модель, часто скрываются принципиальные генетические и структурно- функциональные различия (достаточно напомнить о нескольких примерах «полосчатых» структур, которые приводились ранее). Заметим также, что геометрический рисунок — это следствие генезиса системы, его внешнее проявление. Поэтому мало смысла в поисках соответствующих геометрических терминов; целесообразнее классифицировать
морфологические типы ландшафтов и именовать их по генетическим признакам. Говоря, например, об эрозионном, холмисто-моренном, суффозионно-просадочном, криогенном, пролювиальном и тому подобных типах морфологии, мы
157
Рис. 37
158
даем представление о факторах или причинах, создавших внутреннее морфологическое разнообразие ландшафта, и о его внешнем виде, ибо хорошо известно, что эрозионное расчленение выражается в характерном дендритовидном узоре, суффозионно-просадочноев «диффузном» рисунке округлых западни и т.д.
Параллельно с опытом качественной классификации морфологических ландшафтных структур возникло иное направление, связанное с поиском количественных характеристик морфологии ландшафта и попытками ее формализации. К настоящему времени предложены десятки количественных показателей, которые должны дать разностороннюю характеристику формы, размеров, взаимного расположения морфологических единиц и степени морфологической сложности ландшафта.
Простейшие количественные показатели — число составляющих, т.е. типологических категорий единиц данного ранга (например, урочищ) в ландшафте, число отдельных контуров, площади составляющих — по типам и отдельным контурам, их линейные размеры, протяженность границ и т.п. — могут быть сняты непосредственно с ландшафтной карты (визуально или с помощью элементарных картометрических приемов) . На основе этих первичных данных легко получить такие показатели, как средняя площадь контура, процентное соотношение площадей разных таксонов и числа контуров, которыми они представлены в ландшафте.
В свою очередь первичные материалы картометрических измерений служат источником для получения многочисленных математических характеристик различных сторон морфологии ландшафта— сложности рисунка контуров (степени их расчлененности), степени сложности или неоднородности («раздробленности») морфологического строения ландшафта в целом, а также характера взаимного расположения (соседства) контуров. Среди предложенных характеристик есть относительно простые показатели и сложные коэффициенты, расчет которых по специальным формулам требует трудоемких подготовительных работ и применения ЭВМ.
Для простейшей оценки степени расчлененности контуров (КР) можно сопоставить длину границы контура (5) с длиной окружности круга, равного по площади (А) данному контуру: ЯР = 8/3,14А.
Л. И. Ивашутина и В. А. Николаев разработали серию математических показателей: коэффициенты раздробленности, неоднородно-
Рис. 37. Примеры морфологического строения некоторых ландшафтов:
А — южнотаежная озерно-аллювиальяая равнина: 1 — речные поймы, 2 — приречные урочища с темнохвойными лесами, 3 — заболоченные урочища со сфагновыми сосняками, 4— системы водораздельных сфагновых болот. Б — лесостепная лёссовая эрозионная возвышенность: 1 — речные поймы, 2 — балки и овраги, 3 — приречные и прибалочные склоны водоразделов со смытыми серыми лесными почвами, 4 — плакоры с серыми лесными почвами. В— южнотаежная холмисто-моренная возвышенность: 1 — моренные холмы с еловыми лесами, 2 — заболоченные котловины, 3 — озера. Г — тундровая озерно-аллювиальная равнина: 1— плакоры с мохово-лишайниково-кустарничковым покровом, 2 — хасыреи (заболоченные днища спущенных озер), 3 — термокарстовые озера
1 54
сти, контрастности, соседства. Правда, они предназначены для характеристики ландшафтной структуры региональных систем более высокого ранга, чем ландшафт, и рассматриваются в главе 6, посвященной физико-географическому районированию.
К. И. Геренчук с сотрудниками использовали для анализа морфологического строения ландшафтов структурные (морфологические) схемы в виде графа и матрицы, гистограмму распределения местностей по площадям, коэффициент сложности, учитывающий число морфологических единиц и их площади. Авторы пытались найти совокупную меру сложности морфологического строения, которая учитывала бы число морфологических единиц, число видов морфологических единиц, соотношения их размеров и рисунок морфологического расчленения '. Наиболее подходящей для этой цели они считают вероятностную информационную меру разнообразия (иначе называемую энтропийной мерой неопределенности) К. Шеннона:
где />, — вероятность каждой морфологической единицы, которую можно задать в виде отношения ее площади (81) к общей площади ландшафта (8о): р{ = 81/8о.
Таким образом, сумма вероятностей равна 1,0. Структура, представленная одним элементом, будет иметь нулевую меру разнообразия, а представленная двумя равновеликими элементами — единичную меру (1 бит). С увеличением числа составных частей и изменением их соотношения Н соответственно изменяется.
Расчеты производятся раздельно для видового и индивидуального разнообразия (т.е. по типологическим единицам того или иного ранга и по конкретным выделам) . Естественно, для каждого иерархического уровня информационная мера сложности будет разной (например, разнообразие местностей по ландшафтам, урочищпо местностям, урочищ — по ландшафтам и т.д.), так что единой, «интегральной» меры морфологической сложности ландшафта не получается. Притом, как отмечают сами авторы, информационным мерам присуща определенная ограниченность, поскольку они не учитывают абсолютных размеров морфологических частей и различий рисунка морфологического расчленения.
Очевидно, невозможно дать полное математическое описание морфологии ландшафта. К существующим формулам, по-видимому, будут добавлены новые, и можно спорить об их относительных достоинствах и недостатках, но пока трудно оценить теоретическую или практическую значимость предложенных способов. Оценивая результаты любых расчетов, следует помнить, что они зависят от