Ландшафтно-экологические методы исследований

• 1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ
• 1.1 Основные задачи физической географии. Этапы научного познания
• Основные задачи.
• Этапы научного познания.
• 1.2 Развитие методов в физической географии
• Традиционные методы.
• Картографический метод
• Исторический метод
• Методы исследований, используемые с 30 — 50-х гг. XX в.
• Методы исследований, применяемые с 60 — 80-х гг. XX в.
• 2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ
• 2.1 Географическая оболочка и природные территориальные комплексы
• 2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистемс глобальными факторами
• 2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований
• 3. ПОЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
• 3.1 Постановка задачи, изучение литературных и фондовых материалов
• 3.2 Работа с топографическими, аэрофото-, космическими и другими материалами для предварительного выделения ПТК
• Работа с топографическими картами.
• Краткое содержание метода поконтурного изображения рельефа.
• Работа с аэрофотои космическими материалами и отраслевыми картами.
• 3.3 Полевая документация
• 3.4 Рекогносцировка и выбор участков для детальных исследований
• 3.5 Точки наблюдений, ключевые участки, пробные площади, учетные площадки, почвенные шурфы
• 3.6 Комплексное физико-географическое описание
• Фиксация режима миграции вещества, увлажнения.
• Описание растительности.
• Описание травянистой растительности.
• Описание леса
• Описание почв.
• Типы почвенных структур
• 3.7 Прочие дополнительные наблюдения
• Геологические наблюдения
• Специальные геоморфологические наблюдения
• Микроклиматические наблюдения
• Гидрологические наблюдения
• Дендрохронологические исследования.
• 3.8 Сбор образцов и других натурных экспонатов
• Гербарий и образцы растений.
• 3.9 Ландшафтное профилирование
• 3.10 Полевое ландшафтное картографирование

В последней четверти XX столетия резко усилилось воздействие человека на природу. В этих условиях односторонний и недостаточно комплексный подход к решению вопросов, связанных с природопользованием, приводит к большим, часто невосполнимым потерям, к возникновению конфликтных ситуаций и экологических проблем, обусловленных тем, что нагрузка на природу стала превышать допустимые пределы. Это породило проблемы взаимоотношений человека и природы, достигшие планетарного масштаба. Из них наибольшее беспокойство вызывают такие, как исчерпаемость ресурсов продовольствия, сырья для промышленности, загрязненность воды и воздуха, истощение земель, возникновение локальных и региональных экологических проблем, общее ухудшение экологической обстановки, создающее угрозу существованию человечества.

С целью поддержания экологического равновесия на планете Земля на пороге третьего тысячелетия была выработана международная концепция устойчивого развития. Россия входит в число стран, поддержавших эту концепцию. Экологическая доктрина Российской Федерации была одобрена распоряжением Правительства РФ от 31 августа 2002 г. (№ 1225-р). В соответствии с этой доктриной природопользование, опирающееся на принципы устойчивого развития, должно обеспечить не только охрану природы и качества окружающей среды, но и сохранение ландшафтного потенциала России (приказ министра природных ресурсов № 711 от 23 октября 2002 г.). Одной из важнейших задач сохранения ландшафтного потенциала России должно быть построение территориальной организации жизни общества, адекватной целям сохранения и использования ландшафтного потенциала.

Все виды деятельности человека приурочены к определенным территориям, иными словами, являются территориально организованными. Характер этой организации зависит от того, какими ресурсами обладает территория и каковы условия жизни и деятельности человека на ней (экологические условия). А они, в свою очередь, обусловлены свойствами тех природных территориальных комплексов (ПТК), из которых состоит данная территория. Особенности строения и функционирования тех ПТК, на которые направлено воздействие человека, определяют реакцию природы на данное воздействие и возможности воспроизводства ресурсов. Поэтому организация охраны ландшафтов и рационального природопользования должна опираться на знания о ПТК, о взаимосвязях между слагающими их компонентами, о ресурсах, которыми они обладают, об их устойчивости к разнообразным воздействиям человека. Для выбора оптимального варианта природопользования на любой территории надо хорошо знать природу во всем ее многообразии и сложном переплетении взаимосвязей, знать законы ее естественного развития и уметь предвидеть, будет ли сохраняться в процессе природопользования экологическое равновесие, будет ли исправно и плодотворно действовать вновь создаваемая природно-техническая система, или неизбежны потери, возможно ли их предотвратить или уменьшить их размеры. Поэтому комплексные физико-географические исследования, направленные на изучение природных территориальных комплексов, должны стать строгой научной основой проектирования любого воздействия на природу во всех сферах хозяйственной деятельности.

Общенаучные физико-географические исследования, помимо непосредственного вклада в познание материального мира, создают надежный фундамент для всевозможного вида прикладных исследований. Востребованность подобных исследований возрастает. Недаром в ряде европейских стран (Германия, Франция, Великобритания, Нидерланды, Австрия, Испания, Скандинавские страны) все большее развитие получает ландшафтное планирование как инструмент подготовки базовой информации для учета экологических аспектов в различных видах территориального планирования. Правда, в разных странах оно имеет различные названия и содержательные аспекты.

Возрождается потребность в прикладных физико-географических исследованиях и в нашей стране, о чем свидетельствуют результаты немецко-российского сотрудничества в области ландшафтного планирования в Байкальском регионе и интерес к ним, проявляемый в других регионах России. В основе ландшафтного планирования должны лежать общенаучные комплексные физико-географические исследования.

Выпускники географических факультетов университетов должны быть готовы к решению сложных проблем взаимодействия человека и природы, природы и общества, они должны овладеть теорией и методами науки. Наша цель — раскрыть содержание методов комплексных физико-географических исследований как неотъемлемой части общегеографических исследований, включающих тесно взаимосвязанную триаду — природу, население, хозяйство.

ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ Физической географии

1.1 Основные задачи физической географии. Этапы научного познания

Основные задачи

Главная цель физико-географических исследований — познание ландшафтной сферы Земли и ее структурных частей. Задачи исследований весьма разнообразны. Они могут быть чисто научными: изучение процессов (флювиальных, оползневых, климатообразования, почвообразования и др.) и явлений (мерзлоты, заболоченности и т. д.), отдельных компонентов природы (рельефа, климата, почв, растительности и др.), их характерных черт, изменений в пространстве и во времени, взаимосвязи и взаимообусловленности с другими компонентами; установление особенностей тех или иных компонентов, процессов и явлений на конкретной территории. Исследования могут быть направлены на изучение природы Земли как среды обитания человеческого общества (природные условия) и источника природных ресурсов, влияния природы различных регионов на возможности тех или иных видов хозяйственной деятельности и обратного влияния хозяйственной деятельности на природу, а также на изучение антропогенных изменений природы. Это — уже прикладные задачи.

Особое место в современной физической географии занимают комплексные физико-географические исследования, цель которых — изучение целостных природных образований — природных территориальных комплексов разного ранга и разной степени сложности, созданных в результате взаимосвязи и взаимодействия различных компонентов природы на определенной территории. Комплексные исследования обеспечивают возможность изучения совокупного влияния природы на человека и ответных реакций природы на вмешательство человека в ход природных процессов и исторически сложившиеся природные взаимосвязи. Эти исследования приобретают все большее значение в связи с резко возросшим воздействием человека на природную среду и возникновением угрозы экологической катастрофы.

На повестку дня наряду со ставшими уже традиционными прикладными исследованиями встают такие направления, как оценка ресурсного потенциала, возможностей и ограничений хозяйственного использования ПТК; ландшафтно-экологическая оценка их состояния и прогноз развития; проектирование культурного ландшафта и т. д.

В данном курсе, посвященном комплексным физико-географическим исследованиям, рассматриваются как общенаучные, так и некоторые виды прикладных исследований. Необходимо отметить, что разделение исследований на общенаучные (фундаментальные) и прикладные довольно условно. Вся история развития нашей науки связана с решением определенных практических задач, будь то открытие новых земель, изучение рельефа, источников питания рек или выявление закономерностей размещения пушных зверей. Все прикладные исследования, образно говоря, являются надстройкой над чисто научным изучением особенностей природы того или иного региона, так как именно они определяют возможности и целесообразность развития определенного вида деятельности человека на конкретной территории и особенности его обитания. По сути дела, общенаучные и прикладные исследования — это различные стадии (этапы) изучения региона или проблемы. По Б. М. Кедрову, любая наука состоит из взаимосвязанных элементов, рассматриваемых в трех аспектах: предметном (что познается?), методологическом (как познается?) и субъективно-целевом (для чего познается?). В процессе развития она проходит стадии фундаментальных и прикладных исследований. В этом смысле физическая география не является исключением: развитие прикладных исследований, расширяющих поле деятельности географов, является закономерным.

Этапы научного познания

Философы различают два уровня познания — эмпирический и теоретический. К первому относятся:

Наблюдение и составление протоколов наблюдения.

Анализ протоколов наблюдения и нахождение эмпирических

зависимостей (алгоритмов поведения).

Нахождение по начальным данным и эмпирическим зависимостям поведения изучаемого объекта, т. е. предсказание.

Ко второму уровню относятся:

Выработка основных идей и нахождение основных соотношений, лежащих в основе объяснения, т. е. формирование теории.

Развертывание сформированной теории.

Нахождение по эмпирическим зависимостям соответствующих утверждений теории, т. е. объяснение; в частном случае — нахождение по алгоритму поведения механизма системы, реализующей данный алгоритм.

Процесс, обратный предыдущему, т. е. нахождение по теоретическим утверждениям эмпирических зависимостей, в частном случае — нахождение по схеме системы алгоритма ее поведения.

Отметим некоторые особенности двух выделенных уровней познания в современной физической географии.

Наблюдение и составление протоколов наблюдений и сейчас еще во многом традиционны. Н. М. Пржевальский вел полевой дневник; ведем его и мы, и, наверное, не лучше, чем это делалось во времена его путешествий по Центральной Азии. Не лучше, но иначе. Теория дала нам представление о природных территориальных комплексах, физическая география обрела в них объект исследования. Значит, и программы современных исследований строятся на этом теоретическом базисе, и в дневник надо записывать не все подряд, а то, что имеет отношение к распознаванию объекта исследований в сложном переплетении природных и антропогенных явлений, к его характеристике как целостного образования, подвижного (развивающегося), со сложной структурой и сложной системой внутренних и внешних связей. Дневника при этом оказалось недостаточно. Появились бланки с множеством обязательных для заполнения граф, ужесточились формы фиксации картографического материала.

Недостаточно оказалось и самого экспедиционного поля. Потребовались стационары. Наземные наблюдения дополнились дистанционными. Поток добываемой информации многократно возрос, и это заставило обратиться для ее обработки к счетно-вычислительным устройствам, а затем и к компьютерам. И все это присутствует уже на эмпирическом уровне, который сам до неузнаваемости изменился.

Создание классификаций, научно обоснованного районирования, выявление наиболее общих закономерностей, присущих природным единствам, прогнозирование их естественного развития или направленного человеком преобразования — все это вопросы более высокого теоретического уровня познания по сравнению с непосредственным изучением и картографированием ПТК и первичным выявлением природных взаимосвязей, свойственных эмпирическому уровню.

Теоретическое осмысление результатов комплексных физико-географических исследований в настоящее время сильно возросло, и это не случайно, это требование времени, связанное с научно-технической революцией и усилившимися коллизиями во взаимоотношениях между обществом и природой.

Имеет ли физическая география свою развернутую теорию? Такой вопрос, в частности, поднимал В. С. Преображенский. Безусловно, да. Докучаевское учение о зонах природы; понятие об иерархичности природных комплексов; учение о географическом ландшафте и о глобальном, региональном и топологическом (локальном) уровнях физико-географической дифференциации; представление о Мировом океане как о природном аквальном комплексе высшего ранга; понятие о природно-техногенных системах или, еще шире, о взаимодействии природы и общества — все это и многое другое есть составные части физико-географической теории.

Появились опыты теоретической разработки и моделирования процесса сложных междисциплинарных исследований взаимодействия общества и природы. Географы уже берутся за решение задач, связанных с прогнозированием поведения природных и природно-технических систем. Физическая география, по-новому осознавшая объект своего исследования, получила широкие возможности для своего дальнейшего развития, для формирования новых теоретических построений и выработки новых методов исследования, для все более широкого и многогранного развития прикладных физико-географических исследований.

1.2 Развитие методов в физической географии

Метод науки — это «общий способ достижения адекватного и всестороннего отражения предмета исследования, раскрытия его сущности, познания его законов». В каждой науке методы исследования формируются в процессе ее развития в зависимости от предмета и цели исследования, уровня развития теории, и в то же время сами способствуют дальнейшему развитию теории.

Множественность методов, используемых при научных исследованиях, требует определенной их систематизации. Б. М. Кедров все научные методы в естествознании делит на три основных группы: общие, особенные и частные.

Общие методы используются всеми естественными науками при изучении любого из их объектов. Наиболее общим методом исследования природы является диалектический, который конкретизируется в двух различных формах: в виде сравнительного метода, с помощью которого раскрывается всеобщая связь явлений, и исторического, служащего для раскрытия и обоснования принципа развития в природе.

Особенные методы тоже находят применение во всем естествознании и не ограничиваются рамками одной какой-либо формы движения материи. Однако они касаются не всего исследуемого объекта в целом, а лишь одной определенной его стороны (явления, количественной стороны и т. д.) или же определенных приемов исследования, таких как наблюдение, эксперимент, измерение, индукция и дедукция, анализ и синтез, формализация, моделирование и т. д.

Частные методы — это специальные методы, связанные со специфическим характером той или иной формы движения материи (химические, физические, биологические, геологические). Одни из них применяются только в пределах отдельных естественных наук, другие используются при изучении объектов в смежных науках, но на уровне определенной формы движения материи.

Таким образом, в основу классификации методов Б. М. Кедров положил степень их универсализации. В согласии с этим принципом мы можем предложить для методов комплексных физико-географических исследований следующую классификацию:

общие, представляющие собой конкретизацию диалектического метода, — сравнительно-географический и историко-географический (исторический);

особенные, используемые во всех географических науках, — картографический, математический, моделирования, прогнозирования, районирования, эксперимента;

частные, применяемые во всех естественно-географических (физико-географических) науках, — геохимический, геофизический, палеогеографический, аэрометоды, космические методы.

Для экономико-географических наук характерен иной набор частных методов.

Рангами ниже являются специфические и конкретные методы (или простые методы и методические приемы). Они существуют как бы внутри общих, особенных и частных методов.

Специфические методы формируются в процессе решения определенных научных задач и в последующем применяются для решения задач данного класса. В комплексной физической географии это методы: ландшафтный, комплексной ординации, физико-географического районирования и т. д. Некоторые из специфических методов комплексной физической географии могут использоваться и в других науках, но уже в виде определенных модификаций. Например, ландшафтный метод в виде ландшафтно-индикационного находит все более широкое применение в геологии, географии почв, мерзлотоведении, гидрогеологии и т. д.

Конкретные методы — это составные части специфического метода, простые методы и приемы решения частных задач. Например, метод сбора образцов для ландшафтно-геохимических или других видов исследований, конкретные методы фиксации материалов наблюдений или их обработки и т. д.

Множественность методов исследования порождает попытки их классификаций (Д.Л.Арманд, В. С. Преображенский, и др.). К. К. Марков особо выделял так называемые «сквозные» методы — сравнительно-описательный, геофизический, геохимический, палеогеографический, картографический и математический, применяемые во всех физико-географических науках.

Представляет известный интерес и его классификация методов физической географии по истории их становления. Различают методы: традиционные (сравнительно-географический, историко-географический, картографический), зародившиеся на заре человеческой культуры; новые (геофизические, геохимические, аэрометоды), применяемые в физико-географических исследованиях с 30 — 50-х гг. XX в.; и новейшие (космические, математического моделирования, геоинформационные и др.), появившиеся в физической географии в 60 — 80-х гг. XX в.

Методы исследований динамичны. Каждый из них со временем приобретает новые черты. Набор применяемых методов существенно меняется на разных уровнях исследования — глобальном, региональном и локальном. Меняется он и при решении конкретных задач физико-географических исследований.

Традиционные методы

Едва ли не самым древним и широко распространенным методом географических исследований является сравнительно-географический. Основы его были заложены еще античными учеными (Геродотом, Аристотелем), однако в Средние века в связи с общим застоем науки методы исследований, применявшиеся учеными античного мира, были забыты. Основоположником современного сравнительно-географического метода считают А. Гумбольдта, применившего его первоначально для изучения связей между климатом и растительностью. Географ и путешественник, член Берлинской Академии наук и почетный член Петербургской Академии наук, Гумбольдт посетил в 1829 г. Россию (Урал, Алтай, Прикаспий). В России были опубликованы его монументальный пятитомный труд «Космос» и трехтомник «Центральная Азия».

«Исходя из общих принципов и применяя сравнительный метод, Гумбольдт создавал физическую географию, призванную выяснять закономерности на земной поверхности в ее твердой, жидкой и воздушной оболочках».

Широко использовал сравнительный метод в географии и К. Риттер. Его наиболее известные труды — «Землеведение в отношении к природе и к истории человека, или Всеобщая сравнительная география», «Идеи о сравнительном землеведении».

В настоящее время сравнение как специфический логический прием пронизывает все методы географических исследований, но вместе с тем оно давно выделилось в качестве самостоятельного метода научных исследований — сравнительно-географического, который приобрел особенно большое значение в географии и биологии.

Природа Земли столь разнообразна, что только сравнение различных природных комплексов позволяет выявить их особенности, их наиболее характерные, а потому и наиболее существенные черты. «Сравнение способствует выделению из потока географической информации особенного и потому главного». Выявление сходства и различия ПТК позволяет судить о причинной обусловленности сходства и генетических связях объектов. Сравнительно-географический метод лежит в основе любой классификации ПТК и других объектов и явлений природы. На нем базируются различного рода оценочные работы, в процессе которых свойства ПТК сопоставляются с требованиями к ним, предъявляемыми тем или иным видом хозяйственного использования территории.

На первых этапах своего применения сравнительный метод исчерпывался зрительным сопоставлением объектов и явлений, затем стали анализироваться словесные и картографические образы. В обоих случаях сравнивались преимущественно формы объектов, их внешние признаки, т. е. сравнение было морфологическим. В дальнейшем, с развитием геохимического, геофизического и аэрокосмических методов, появилась возможность и необходимость использования сравнительного метода для характеристики процессов и их интенсивности, для изучения взаимосвязей между различными объектами природы, т. е. для изучения сущности ПТК. Возможности и надежность сравнительного метода, глубина и полнота получаемых с его помощью характеристик, точность и достоверность результатов постоянно возрастают. Массовость географической информации заставляет ужесточать требования к ее однородности. Достигается это путем строгой фиксации наблюдений в специальных бланках и таблицах. На непродолжительном этапе (в 60 — 70-х гг. XX в.) для анализа большого количества материалов использовались перфокарты. В настоящее время сравнительный метод неразрывно связан с математическим и с использованием компьютерной техники.

Особенно велика роль сравнительного метода на этапе нахождения эмпирических зависимостей, но фактически он присутствует на всех уровнях научных исследований.

Различают два основных аспекта применения сравнительно-географического метода. Первый аспект связан с использованием умозаключений по аналогии (метод аналогий). Он заключается в сопоставлении слабо изученного или неизвестного объекта с хорошо изученным. Например, в ландшафтном картографировании еще в камеральный период и в процессе рекогносцировочного ознакомления с территорией выделяются группы сходных по своему характеру ПТК. Из них детально обследуются лишь немногие, на остальных объем полевых работ весьма сокращенный, некоторые вовсе не посещаются, а их характеристика в легенде карты дается на основании материалов хорошо изученных ПТК.

Второй аспект состоит в исследовании одинаково изученных объектов. Возможны два пути сравнения таких объектов. Можно сравнивать объекты, находящиеся на одинаковой стадии развития, что позволяет установить их сходство и различие, искать и находить факторы и причины, обусловливающие их сходство. Это позволит сгруппировать объекты по сходству, а затем применить характеристики однотипных объектов для рекомендаций по их использованию, прогнозированию их дальнейшего развития и т. д. Другой путь заключается в сравнении объектов, существующих одновременно, одинаково изученных, но находящихся на разной стадии развития. Этот путь дает возможность раскрыть стадии развития близких по генезису объектов. Такое сравнение лежит в основе эргодического принципа Больцмана, позволяющего по изменениям ПТК в пространстве проследить их историю во времени. Например, развитие эрозионных форм рельефа от промоины до балки и долины ручья. Этим путем сравнительный метод логически и закономерно привел географию к историческому методу исследования.

Картографический метод познания действительности столь же широко распространенный и такой же (или почти такой же) древний, как и сравнительно-географический. Прародителями современных карт были наскальные рисунки древнего человека, рисунки на коже, резьба по дереву или кости, позже — первые примитивные «карты» для мореплавания и т. д. Первым осознал значение картографического метода и ввел его в обиход еще Птолемей. Картографический метод продолжал интенсивно развиваться даже в Средние века. Достаточно вспомнить фламандского картографа Меркатора, который создал цилиндрическую равноугольную проекцию карты мира, до сих пор используемую в морской картографии.

Особенно большое значение и развитие картографический метод приобрел в эпоху Великих географических открытий. Первоначально карты использовались исключительно для изображения взаимного размещения и сочетания различных географических объектов, сопоставления их размеров, с целью ориентирования, оценки расстояний. Тематические карты для научных исследований появились лишь в XIX в. А. Гумбольдт был одним из первых создателей карт, на которых изображались абстрактные понятия. В частности, он ввел в науку новый термин «изотермы» — линии, позволяющие изобразить на карте распределение на территории тепла (невидимого на местности). В. В. Докучаев в почвенном картографировании также не только изображал пространственное размещение почв, но и строил легенды карт с учетом генетического принципа и факторов почвообразования. А. Г. Исаченко писал, что с помощью карт может изучаться не только состав и структура географических комплексов, но и элементы их динамики, развития.

Постепенно картографический метод стал неотъемлемой частью самых разнообразных географических исследований. Л. С. Берг отмечал, что карта является началом и концом географического изучения, описания и выделения ландшафта. Н. Н. Баранский также утверждал, что «карта есть „альфа и омега“ (т.е. начало и конец) географии. От карты всякое географическое исследование исходит и к карте приходит, с карты начинается и картой кончается». «Карта… способствует выявлению географических закономерностей». «Карта является как бы вторым языком географии…».

По К. А. Салищеву, картографический метод исследования заключается в использовании разнообразных карт для описания, анализа и познания явлений, для получения новых знаний и характеристик, изучения процессов развития, установления взаимосвязей и прогноза явлений.

На начальных этапах познания картографический метод — метод картографирования — используется как метод отображения объективной реальности. Карта служит специфической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранения географической информации.

Своеобразным протоколом полевых наблюдений является карта фактического материала, дальнейший анализ которой позволяет создать первичную тематическую (специальную) карту. Легенда к карте представляет собой результат классификации изображенных на ней объектов. Таким образом, в создании тематической карты используется не только картографический, но и сравнительный метод, применение которого позволяет провести классификацию фактических данных, выявить определенные закономерности и на их основе выполнить генерализацию, т. е. перейти от конкретного к абстрактному, к формированию новых научных понятий.

На основе карты фактического материала может быть составлен целый ряд специальных карт, главной из которых служит ландшафтно-типологическая карта — итог полевого ландшафтного картографирования.

Ландшафтная карта, представляющая собой уменьшенное генерализованное изображение ПТК на плоскости, — это, прежде всего, пространственная знаковая модель природных территориальных комплексов, полученная по определенным математическим законам. И как всякая модель она сама служит источником новой информации о ПТК. Картографический метод исследования как раз и направлен на получение и анализ этой информации с целью более глубокого познания объектов и явлений.

Источником информации в этом случае служит не сама объективная реальность, а ее картографическая модель. Результаты таких опосредованных наблюдений в виде разнообразных качественных или количественных данных фиксируются в виде словесного описания, таблиц, матриц, графиков и т. д. и служат материалом для выявления эмпирических закономерностей с помощью сравнительного, исторического, математических и логических методов.

Еще более широкие перспективы для изучения взаимосвязей и зависимостей между объектами, установления основных факторов их формирования и причин наблюдаемого размещения открываются при сопряженном изучении нескольких карт различного содержания. Сопоставляться могут карты одинакового содержания, но составленные и изданные в разное время, либо карты, составленные одновременно, но фиксирующие разные моменты времени (например, серия карт среднемесячных температур, серия палеогеографических карт и т. д.). Главная цель сравнения разновременных карт — изучение динамики и развития изображенных на них объектов и явлений. При этом большое значение имеют точность и достоверность сравниваемых карт.

Совершенствуются не только картографические методы и составляемые карты, но и методы их анализа. В недалеком прошлом основным и едва ли не единственным приемом анализа карт был визуальный анализ. Его результат — качественное описание объектов с некоторыми количественными характеристиками, которые могли быть прочтены с карты или оценены глазомерно и представлены в виде отдельных показателей, таблиц, графиков. Важно при этом не ограничиваться простым изложением фактов, а постараться вскрывать связи и причины, давать оценку изучаемым объектам. Затем появился и стал широко применяться графический анализ, который заключается в составлении по данным, полученным с карт, различных профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и т. д. и дальнейшем их изучении. Графоаналитические приемы анализа карт заключаются в измерении по картам количественных пространственных характеристик объектов: длин линий, площадей, углов и направлений. На основании результатов измерений рассчитываются разнообразные морфоаналитические показатели. Графоаналитические приемы часто называют картометрией, или картометрическим анализом.

Картографический метод исследования особенно широко используется на начальных этапах познания (при сборе и фиксации результатов наблюдений в природе и их систематизации), а также для отражения выявленных в процессе изучения эмпирических закономерностей и получения с готовых карт новой информации, переработка которой с помощью других методов позволяет не только получать новые эмпирические закономерности, но и формировать теорию науки. Картографирование результатов исследований — неотъемлемая часть комплексных физико-географических исследований.

Исторический методпознания природы также один из традиционных методов географических исследований, хотя он сформировался значительно позднее сравнительного и картографического методов и в значительной мере опирается на них.

Возникновение исторического метода стало возможным лишь в XVIII столетии, когда распространилось представление об изменчивости природы поверхности Земли. Основоположниками его были немецкий ученый И. Кант, создавший небулярную космогоническую гипотезу, и наш великий соотечественник М. В. Ломоносов. Всем известно замечательное высказывание Ломоносова в его труде «О слоях земных»: «И, во-первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начал от создания, как ныне находим; но великие происходили в нем перемены, что показывают История и древняя География, с нынешнею снесенная…».

Признание изменчивости природы Земли требовало ее изучения. Попытки использовать для решения этой проблемы уже существовавшие методы привели к их трансформации в связи с появлением новых аспектов их применения, решением новых задач и использованием новых приемов, в результате чего и сформировался исторический метод.

Современный исторический метод базируется на положении диалектического материализма о непрерывном движении и развитии материи. Исторический метод играет решающую роль во всех случаях, когда исследуемые объекты и процессы требуют своего рассмотрения в развитии и становлении, поэтому он является одним из основных методов комплексной физической географии. Еще в 1902 г. Д. Н. Анучин писал, что «представление об эволюции, о ходе развития, о процессах и силах, которыми это развитие вызывалось и обусловливалось», необходимо иметь «для более осмысленного понимания настоящего». Исторический метод позволяет «познать настоящее в его развитии», является ключом к пониманию современных закономерностей природы и помогает дать прогноз ее развития в будущем.

Задача исторического анализа в комплексных физико-географических исследованиях — проследить становление современных черт природы Земли, установить исходное состояние того или иного ПТК и ряд его конкретных переходных состояний (стадий развития), изучить современное состояние как результат произошедших изменений, выявить движущие силы и условия процесса развития. Однако при историческом анализе чаще всего используются не сами состояния природных комплексов, а разнообразные «следы» когда-то существовавших состояний. Ретроспективный анализ, основанный на изучении «следов состояний» ПТК, дает возможность познать взаимосвязи между различными компонентами и комплексами в историческом аспекте, т. е. создать пространственно-временную характеристику ПТК.

В.А.Николаев обращает внимание на то, что при комплексных физико-географических исследованиях и ретроспективный анализ должен быть достаточно комплексным, т. е. должен включать не только литогенные, но и биогенные компоненты, которые фиксируют наиболее поздние этапы становления ПТК и поэтому дают ценный материал для установления тенденций дальнейшего развития комплексов. Насколько глубоко такой анализ может проникнуть в прошлое ПТК и насколько достоверен и детален он будет, зависит от возраста, обилия и разнообразия таких «следов состояний».

Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ПТК для палеогеографических реконструкций используется ряд других методов: спорово-пыльцевой, карпологический, палинологический, фаунистические анализы, изучение погребенных почв и коры выветривания, археологический, радиоуглеродный, стратиграфический, минералогический, гранулометрический и т. д.

Глубина палеогеографического анализа в очень большой степени зависит от ранга изучаемого природного комплекса. Чем крупнее комплекс, чем он устойчивее, тем более длительный отрезок времени требуется проанализировать при изучении процессов его становления. Чем мельче комплекс, чем он моложе, тем он мобильнее и тем короче временной отрезок его формирования. Чаще всего палеогеографический анализ применяется для изучения четвертичной (антропогеновой) истории, но может применяться и для более отдаленных периодов.

В настоящее время все чаще «сравнение состояний во времени», т. е. исторический метод, используется в сочетании с геофизическим и геохимическим методами для исследования наиболее простых и динамичных комплексов, для изучения самих комплексов и факторов, формирующих или формировавших их в недалеком прошлом. Такое изучение базируется на непосредственных наблюдениях, преимущественно на стационарах, за современными процессами, протекающими в ПТК, либо на анализе картографических и аэрофотоматериалов. В. С. Преображенский выделяет этот аспект применения исторического метода в качестве самостоятельной составной его части — динамического метода.

Стоит упомянуть также возможность проведения анализа на основе изучения исторических документов. Такой анализ может быть назван собственно историческим.

Таким образом, с развитием науки расширяются рамки применения исторического метода, постоянно совершенствуются технические приемы сбора данных и способы обработки информации, позволяющие в настоящее время получать не только качественную характеристику, но и точные количественные показатели.

В современной физической географии мы можем выделить три основных аспекта исторического метода: палеогеографический, основанный на изучении самых разнообразных «следов» бывших состояний ПТК; собственно исторический, базирующийся на изучении исторических документов о бывших состояниях ПТК (в том числе и отраженных в географических названиях и терминах), и динамический, изучающий современные изменения состояний, фиксируемые преимущественно в процессе стационарных исследований. Из этих трех аспектов самым ранним был, очевидно, собственно исторический, позже появился и активно развивался палеогеографический. Совсем недавно, с появлением комплексных физико-географических стационаров (60-е гг. XX в.), зародился и успешно развивается динамический аспект.

Таким образом, кратко рассмотрев современное состояние традиционных методов географических исследований, мы видим, что они находят широкое и разнообразное применение в комплексной физической географии.

Методы исследований, используемые с 30 — 50-х гг. XX в.

Из этих методов особенно большую популярность получили аэрометоды — исследование территории с помощью летательных аппаратов. Они подразделяются на аэровизуальные и различные виды съемок, из которых в физико-географических исследованиях находит применение аэрофотосъемка.

Аэровизуальные наблюдения представляют собой обзор местности с самолета или вертолета с целью изучения природных особенностей территории и степени изменения ее человеком. Они применяются для рекогносцировки (особенно в труднодоступных районах), для картографирования и дешифрирования аэрофотоснимков. В последнем случае аэровизуальные наблюдения сочетаются с наземными на ключевых участках. Весьма эффективны аэровизуальные наблюдения для изучения сезонных изменений природы в пространстве.

Аэрофотосъемка — это фотографирование местности с летательных аппаратов. Результат съемки — аэрофотоматериалы, представленные в виде снимков, репродукций накидного монтажа, фотосхем и фотопланов. Первые аэрофотосъемки для производственных целей (лесоустройства, землеустройства, дорожного строительства) были проведены в нашей стране в 1924 г. В 30-х гг. XX в. аэросъемкой уже были покрыты огромные пространства, ее материалы использовались для топографических целей, изучения Арктики и лесов. Имелись первые опыты применения их для изучения рельефа, болот, рек. Все более очевидной становилась большая научная ценность аэрофотосъемки, однако до окончания Великой Отечественной войны продолжался период широкого, но недостаточно глубокого использования материалов аэрофотосъемки. Изучались лишь те объекты, которые находили непосредственное отображение на аэрофотоматериалах.

Лишь в послевоенные годы повысился интерес к методам дешифрирования аэрофотоизображения. Географы увидели в аэрофотометодах новый многообещающий способ быстрого сбора информации на большой территории. Аэрофотометоды стали использовать во всех географических науках и в ряде смежных наук. Этому способствовало появление новых видов аэрофотосъемки: черно-белой спектрозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совершенствование методов дешифрирования аэрофотоизображения.

Советские географы выработали свой, весьма эффективный метод дешифрирования аэрофотоснимков — ландшафтный. Сущность его заключается в том, что «путем анализа фотоизображения того или иного географического комплекса в целом устанавливается та его составная часть, которая непосредственно на аэрофотоснимках не отобразилась». Ландшафтный метод постепенно становится основным при различных территориальных исследованиях с применением аэрофотоматериалов.

Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифровочных признаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, а также отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут быть отдешифрированы лишь компоненты, непосредственно изображенные на снимках (растительность, рельеф на безлесных участках, водные объекты, незадернованные горные породы), однако и для них эти признаки позволяют получать весьма скудные данные.

Значительно возрастает объем информации, получаемой с аэрофотоснимков, при использовании косвенных дешифровочных признаков. Такими признаками являются взаимосвязи объектов и явлений в пространстве и во времени.

Косвенные признаки разнообразны, и большинство из них имеет местное значение, поэтому выявление их требует знания природных условий исследуемого района, внимательного изучения взаимосвязей между отдельными компонентами ПТК. Косвенные признаки обычно выявляются путем наземного дешифрирования аэрофотоснимков на ключевых участках, а затем используются при камеральном дешифрировании снимков на остальную территорию. Например, растительный покров служит для определения глубины залегания грунтовых вод в пустыне, а в лесной зоне переход от пойменных лугов и черноольшаников к сосновым лесам свидетельствует о смене поймы террасой и т. д.

Сочетание методов качественного анализа аэрофотоматериалов с количественными (фотометрическим, фотограмметрическим, стереограмметрическим) является наилучшим вариантом применения аэрофотометода, позволяющим полностью использовать богатое содержание аэрофотоснимков.

Аэрометод — это метод исключительно первого этапа познания — сбора фактического материала и получения информации о природных комплексах. Последующая обработка собранных данных производится уже с применением других методов: математических, сравнительного, исторического и т. д. Однако, несмотря на это, значение его в географических исследованиях чрезвычайно велико.

Дальнейшее развитие и совершенствование аэрометодов идет по пути автоматизации дешифрирования, а также в рамках аэрокосмических методов.

Геофизический метод почти столь же старый и традиционный, как сравнительный и картографический, тем не менее относится к новым точным методам исследования. Дело в том, что долгое время география и геофизика развивались как одна наука. В дальнейшем геофизические методы в географии использовались лишь при изучении наиболее динамичных компонентов — воздушных и водных масс. Применение их к изучению таких сложных динамических систем, включающих в себя разные уровни организации материи, как природные территориальные комплексы и географическая оболочка, в целом стало качественно новым этапом в развитии геофизического метода в географии.

Геохимический метод, напротив, довольно молод. Он зародился лишь в начале XX в. на стыке химических наук и наук о Земле. Оба эти метода активно внедряются в современные комплексные физико-географические исследования, поэтому в дальнейшем они будут рассмотрены более детально.

Методы исследований, применяемые с 60 — 80-х гг. XX в.

Космические методы географических исследований начали развиваться на базе аэрометодов с 1960 г., когда был запущен первый метеорологический спутник и получен первый космический снимок Земли. Обладая основными достоинствами аэрометодов, космические методы имеют перед ними преимущество в том, что дают возможность получать в короткие сроки сопоставимую глобальную информацию о земной поверхности. Это позволяет реально перейти к целостному изучению географической оболочки Земли и слагающих ее компонентных оболочек, а также к установлению глобальных географических закономерностей.

Как и аэрометоды, космические методы относятся к дистанционным методам исследования. В настоящее время проводится несколько различных видов космических съемок (фотографическая, телевизионная, спектрометрическая, микроволновая и др.). Использование многообъективных камер делает доступным получение многозональных снимков.

Основным отличием космических снимков от аэрофотоснимков является их намного большая обзорность, зависящая, как известно, от высотного положения летательного аппарата. Если съемка с высотных самолетов производится с высоты 10 — 20 км, то с помощью ракет она ведется уже с высоты 80 — 250 км. Оптимальная высота фотографирования Земли со спутников — 200 — 1500 км. Первое глобальное изображение Земли (полушарие в целом) было получено искусственным спутником «Молния» с высоты 20- 40 тыс. км.

С помощью космических методов получают информацию предельно объективную, массовую, разнообразную, синхронную по обширным участкам географической оболочки. Это дает возможность изучать пространственно-временные изменения географической оболочки, современную структуру и динамику ПТК планетарного (глобального) и регионального уровней. Тщательный анализ космических снимков позволяет не только познавать эмпирические закономерности, но и подняться на уровень теоретических обобщений.

Космические методы наиболее тесно связаны в своем использовании с картографическим и математическими методами. Метеорология и геология пока еще остаются главными потребителями информации из Космоса. В комплексной физической географии также постепенно накапливается опыт применения космических методов. Несомненно, что космические методы будут развиваться дальше и широко использоваться в географии. Однако одной из сложных проблем их использования является огромнейший, буквально лавинный поток информации, требующий обработки и осмысления.

Математические методы издавна применялись в ряде отраслевых географических наук: климатологии, гидрологии, океанологии. О необходимости их использования в физической географии писал еще в середине 30-х гг. А. А. Григорьев. Однако пионером внедрения математических методов в комплексную физическую географию, безусловно, стал Д. Л. Арманд.

Объективные трудности применения математических методов к изучению ПТК заключаются в сложности структуры объектов исследования, в чрезвычайно слабой формализации ландшафтных понятий и недостаточной математической подготовке географов.

Известно, что ПТК представляют собой сложные динамические системы со множеством прямых и обратных связей как внутри комплекса (между его составными частями), так и с окружающей ПТК средой. Это делает ПТК принципиально вероятностными системами, для изучения которых мало подходят те разделы математики (дифференциальное и интегральное исчисление), с которыми обычно были знакомы географы. Развитие новых разделов математики, специально предназначенных для изучения сложных динамических систем, и накопленный опыт их использования в биологии и геологии облегчили внедрение математических методов в географию.

Переломным в математизации географии был 1960 г., когда на Международном географическом конгрессе в Стокгольме советские географы выступили с рядом докладов о математических методах в географии. После этого появился буквально поток работ по применению математических методов в географии, охвативший и комплексную физическую географию.

Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широко используемых в настоящее время в физической географии, применяются также математический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационных методов и кибернетики.

А.Д. Арманд (1975) считал, что не так интересен вопрос о том, какие разделы математики применяются в решении тех или иных географических задач, как важно проследить, какие математические методы используются на разных ступенях географического исследования, на разных этапах познания.

Существует также мнение о том, что не только сами географы должны выбирать для решения своих задач те или иные математические методы, а что более естествен и продуктивен путь приспособления самого математического аппарата к мышлению географа для облегчения выполнения наиболее часто повторяющихся операций.

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т. е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностей географы все больше начинают использовать математический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т. д. по сути дела уже является моделированием.

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логических методов, а также методов моделирования и кибернетики.

Моделирование как метод исследования в последнее время приобретает все более широкое распространение. Оно представляет собой естественный прием познания и практической деятельности, особую форму опосредования. При моделировании между исследователем и интересующим его объектом ставится некоторое промежуточное звено — модель. Модель должна быть похожа на оригинал, но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой, субстратом, структурой, скоростью процессов и т. д.), так как при полном совпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модель перестает выполнять свои функции.

В течение столетий люди пользовались моделями без специального теоретического обоснования. Возникновение моделирования как метода теоретического познания связано с появлением в конце XVII в. учения И. Ньютона о подобии. Дальнейшее его становление произошло только в XIX в., после открытия закона сохранения и превращения энергии. Но свои более развитые формы моделирование приобрело в теоретическом естествознании лишь в XX в.