Модели в ландшафтоведении

Моделирование — мощный инструмент познания природы. Модель подобна оригиналу. Она замещает объект изучения на определенное время. Построение моделей основано на двух принципах: редукционизма, т. е. разложения сложного объекта на элементы для упрощенного его изучения, интегратизма, объединения этих элементов для синтеза. Это незаменимый способ исследования таких сложно организованных объектов, как ландшафты. Существует образное выражение характеристики функций моделей: «Модель — это мост между наблюдением и теорией». Используют следующие классы моделей: вербальные, матричные, графические, математические. Математические модели имеют большое значение в решении задач ландшафтоведения. Целесообразно использовать все классы моделей.

Вербальные модели. К классу вербальных моделей относятся модели-образы, дефиниции, законы науки, названия типов ландшафтов. Вербальными моделями можно замещать в исследовании изучаемый объект. В моделях-образах создается достаточно простое подобие изучаемого ландшафта. Основная функция моделей-образов — помочь нахождению аналогии (изоморфизма) между ландшафтом и другими хорошо изученными объектами для познания ландшафтов, подходов и методов исследования.

Дефиниции — понятия, определения, воспринятые в сознании исследователя. Они участвуют в формировании графических, картографических, математических моделей. Важность дефиниций заключается в мысленной программе исследований, сопряженном анализе внешних факторов изменения ландшафта, оценке взаимосвязи его компонентов.

Законы науки — эмпирические (о связи явления, А с явлением В) и теоретические — также выступают в роли моделей. Например, общий закон о связи компонентов ландшафта между собой позволил по растительности судить о почвах и о климате.

Географические названия типов ландшафта — горный, дюнный, моренный, пойменный. Основная их функция — «портретная» — заменить подробное описание моделью, т. е. представлением о типе ландшафта. Названия типов ландшафтов включают в себя:

характеристики свойств компонентов (типы рельефа, почв, растительности, основные параметры климата, литологический состав);

характеристики процессов функционирования (сезонная продуктивность растительности, почв, климата, снежный покров, ре-жим увлажнения, паводки и т. д.);

характеристики динамики и представления о неритмичных процессах (эрозия, сели, лавины, подтопление, затопление и т. д.);

элементы прогноза будущих состояний ландшафтов.

Матричные модели. Они являются промежуточным звеном между вербальными, блоковыми, а иногда и картографическими моделями. В основном их применяют в качестве инструмента типологической группировки ландшафтов, где столбец и строка — две группы признаков типизации, например теплои влагообеспеченность. Матричные модели используют для изучения приграничных ландшафтов, объясняя размещение ландшафтов относительно друг друга, и для оценки связи: воздействие — изменения — последствия.

Графические модели. В этот класс моделей входят блоковые и картографические. Блоковые модели занимают промежуточное место в ряду: вербальные — блоковые — математические. Они графически отражают реальную связь между элементами и частями систем и системой в целом, между системой и ее окружением. Они выразительно, явно (в отличие от математических) и наглядно отражают идею и концепцию. Системный подход позволил разработать обобщенные модели ландшафта как системы, состоящей из взаимосвязанных компонентов, и системы взаимосвязанных комплексов низшего ранга. Разрабатывают модели природных, природно-технических, антропоэкологических, рекреационных геосистем и процессов их исследования. Язык модели — это не просто сочетание геометрических фигур и стрелок, а графическая запись знаний, идей, планов, содержание которой передается формой, размером и порядком значков. Под элементами модели (природные, техногенные) подразумевают характеристики компонентов. Связи между компонентами обозначают стрелками, характеризующими их направленность. Завершение связи происходит в трансформации моделей компонентов, в модели круговоротов вещества, энергии и информации. Систему обозначают замыкающим (охватывающим) элементы и внутренние связи контуром. Его замкнутость символизирует целостность системы, наличие контура, охватывающего элементы, выражает выделенность системы. Часть системы — совокупность элементов, обладающую некоторой общностью, чаще всего функциональной (управляемая часть, биотическая часть и т. п.), выделяют замкнутым пунктирным контуром. Пунктир обозначает меньшую, чем в целом для системы, связность элементов, несамостоятельность частей.

Принятая унификация знаков и порядок их использования являются средством коммуникации между пользователями.

Основное содержание моделей ландшафтов отражает состав элементов системы и их активность, характер изменений системы. В состав элементов природы входят: литосфера, гидросфера, биосфера, атмосфера, почва. В этой цепочке преобладает вертикальная составляющая: между литосферой и атмосферой, атмосферой и гидросферой, почвой и биотой. В горизонтальной составляющей основное внимание уделяют пространственной организации ландшафта.

В модели природно-технической геосистемы основные подсистемы — природа и технические устройства. Это уже новый объект проектирования — геотехническая система (геотехсистема). Природный комплекс здесь рассматривают как ресурсовоспроизводящую систему, которая может ограничивать или ставить под угрозу работу технического устройства. Концепция моделирования геотехнической системы направлена на проектирование целостной территориальной природно-технической системы, а не только на вписывание и согласование действий технических устройств с природными процессами. При этом проектируют и организуют не только технику, но и природу. Современные блоковые модели разрабатывают как для междисциплинарных, так и отраслевых условий. Разрабатываемые в рамках ландшафтоведения блоковые модели природных и природно-технических систем показывают большое разнообразие, широту содержания, высокий уровень абстракции в ходе решения проблем.

Блоковая модель социофункционального анализа ландшафта является моделью отношений общества к природе, которые можно рассматривать или в качестве подсистем одной системы, или как равноправные системы. Модель базируется на представлениях о связях потребностей общества, свойствах ландшафта, действий общества по удовлетворению потребностей, изменениях свойств ландшафта, положительных или отрицательных последствиях, действий общества в оценке последствий, корректировке предшествующих действий. Функциональный анализ модели включает два блока: первый характеризует предмет исследования — ландшафт и суперсистему (общество) и их элементы; второй — действия аналитика. Основа анализа — отношения ландшафтов и суперсистемы. Ландшафт, его элементы со свойствами определяют возможность выполнения ими требуемых функций: улучшение выполнения своих функций при воздействии мелиорации, способность к изменениям; устойчивое выполнение возложенных функций: возобновимость положительных свойств при нагрузке, средовоспроизводящих функций; сохранение связей компонентов (линейные, цикличные, ветвящиеся); сохранение природных механизмов самоорганизации и саморегулирования; сочетание саморегулирования и управления (для природно-технических систем).

Значительное внимание уделяют не просто свойствам, а способности изменять и воспроизводить состояния. Поэтому рассмотрение второго блока содержит действия, связанные с «опережающим отражением действительности», рассматривает то, что может произойти со свойствами исследуемого объекта.

В модели учитывают и элементы субъект объектных отношений, которые могут быть идеальными, оптимальными, нормальными (допустимыми), критическими, катастрофическими. Это оценки последствий выполнения ландшафтами функций при нагрузке, некотором воздействии. Для рассматриваемых отношений целесообразно охарактеризовать: объем потребностей на единицу времени, соотнесенных с единицей учета «потребления» (человек, единица производства продукции); нагрузку на ландшафт в единицу времени (на единицу территории). Важны понятия: польза, полезность, возможность выполнения функций, опасность, вредность, затруднение в выполнении функций, надежность.

В задачи социофункционального моделирования входят: инвентаризация полезных качеств, оценивание, слежение за изменением состояния (мониторинг), проектирование, конструирование, прогнозирование, нормирование, экспертирование, регулирование. Они имеют свою методологическую и теоретическую базу.

Картографические модели и профили картографической модели ландшафта начинают создавать с ландшафтной карты на этапе полевых ландшафтных исследований. Ландшафтная карта и профиль позволяют изучить внутреннюю структуру комплексов, установить взаимосвязь между компонентами ландшафта и между самими ландшафтами, выявить сложность, разнообразие, контрастность, расчлененность границ, взаимную удаленность или соседство. Ландшафтная карта и профиль как своеобразная информационная система в свернутом виде содержат данные о компонентах природы. Для повышения информационной емкости картографическая модель ландшафта дополняется сопровождающим карту текстом — легендой, в которой описывают основные признаки природно-территориальных комплексов: геологическое строение, мощность, литологический состав, возраст, генезис, засоленность горизонтов до регионального водоупора, рельеф (крутизна, длина, форма, экспозиция склонов, линий токов, возраст форм рельефа), почвенный покров (его структура, входящие в него генетические разности почв), грунтовые воды (глубина залегания в естественных условиях и при мелиорациях, тип водного питания, тип химизма, степень минерализации, направление бокового притока или оттока), поверхностные воды (общая характеристика и их соотношение с грунтовыми водами, водный режим и баланс), растительность (современное состояние и характерные виды, предположительное сообщество, бывшее на месте пашни или выгона). Емкость повышают за счет обогащения контуров индексами и цифрами, раскрывающими характеристики компонентов в легенде. Ландшафтное картографирование и профилирование раскрывают природное «содержание» исследуемой территории. Кроме этого выделяют инфраструктурные контуры, дороги, лесополосы и т. д. Существует направление, способное повысить информативность ландшафтной картографической модели путем перехода от единой карты к серии карт, к сложной картографической модели. Контуры ландшафтов в этом случае рассматривают как операционные территориальные единицы, которые группируют и типизируют по свойствам или по отношению к человеческой деятельности. Например, формируют модели, состоящие из двух карт: ландшафтной и современной антропогенной.

Аэроснимки и космические снимки. Важными и ценными знаниями о ландшафтах выступают модели — заместители местности, полученные в результате различного вида дистанционных съемок (фото, тепловой, лазерной, радарной). Эти модели особые, так как разрешающая способность приборов определяет меру замещения местности отделением существенных и несущественных черт. Снимки содержательны, но они выполняют функцию модели-протокола, но не модели-гипотезы или модели-синтеза, так как занимают определенное место в ряду: местность блоковая модель снимок карта. Работа с подобными моделями находится на начальной стадии.