авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ им. В.Б. СОЧАВЫ RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES SIBERIAN BRANCH SOCHAVA INSTITUTE OF ...»

-- [ Страница 4 ] --

Ключевым в определении стало понятие обстоятельство. Ясно, что об стоятельство в данном случае – понятие более фундаментальное, чем ситуа ция, т. е. элементарная ситуация, устойчиво повторяющаяся ситуация, слага емое ситуации. Содержательный смысл обстоятельства хорошо передается в лингвистике как выражение времени, места, причины, цели, следствия, усло вия, способа и т. д. существования и действия. В Толковом словаре русского языка С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой [1999] помимо этого смысла об стоятельства рассматриваются как явления, сопутствующие другому явле нию и с ним связанные (в контексте “выяснить все обстоятельства дела”, “помешали неожиданные обстоятельства”). Такая трактовка в лингвистичес ком аспекте неожиданным образом раскрывается в энциклопедическом сло варе Брокгауза и Ефрона, где обстоятельство называется признаком, связан ным с другим признаком (данным или возникающим), через которое оно со относится с объектом, но само по себе не имеет с этим объектом никакой связи. Иными словами, абстрактные обстоятельства проявляются для объек та через конкретную ситуацию.

Это обсуждение закономерно подводит к представлению об обстоятель ствах как независимых элементарных ситуациях, из которых складываются реальные ситуации. Они формируют некоторое пространство обстоятельств, в координатах которого параметризуются конкретные ситуации.

Глава Важным аспектом ситуационного подхода является оперативность при нятия решений в режиме реального времени. По этой причине инструментом принятия решений во многих странах, регионах и организациях становятся ситуационные центры, позволяющие определить варианты развития собы тий, оценить их последствия и принять решения в кризисной ситуации или задолго до ее возможного появления. В работе центров большое значение имеет опыт экспертов – специалистов в разных областях знаний, а также ана литиков, деятельность которых основывается на переработке информации с использованием научно обоснованных моделей и методов. Поэтому в оценке ситуаций большое значение имеет методология системного анализа, позволя ющая пройти путь от ясного понимания проблемы до выбора вариантов ра ционального действия с использованием адекватных моделей под задачу, т. е.

ориентируясь на формулировку проблемы на соответствующем системном языке.

Таким образом, ключевым моментом в развитии методов ситуационного анализа как варианта системного анализа, нацеленного на решение конкрет ных сложных проблем по месту и времени, становится разработка системы математических моделей, отражающих специфику уникальных историко-гео графических и технических ситуаций. Такая система моделей должна быть разнообразна, отражать различные качественные стороны явления и процес сы на разных уровнях организации объектов управления, т. е. представлять их как полимодель, а также быть конкретно идентифицируема для исследо вания именно заявленной ситуации. В то же время методы моделирования должны быть достаточно универсальны, чтобы с общих позиций формализо вать и алгоритмизировать процедуры моделесоставления и информационно го обеспечения моделей. Иными словами, в ситуационном анализе необходи мо обеспечить парадоксальное единство уникальности и универсальности моделирования.

Как и все процедуры системного анализа, ситуационное моделирование предполагает многовариантный анализ моделей в режиме вычислительного эксперимента, когда оцениваются варианты развития ситуации под задан ные критерии. Модели имитируют технологию преобразования ситуации.

При этом реализуются следующие блоки ситуационного управления: анали затор, классификатор, коррелятор и экстраполятор [Поспелов, 1986]. Им в первом приближении соответствуют функции инвентаризации, идентифика ции, индукции и интерпретации данных и знаний.

Все эти процедуры реализуются в ландшафтно-интерпретационном ана лизе и картографировании [Ландшафтно-интерпретационное картографиро вание, 2005], в основу которого положена ландшафтная карта (рис. 2.14).

Инвентаризационно-географический этап ситуационного анализа бази руется на оперативных данных мониторинга, преимущественно на космичес ких снимках разного разрешения. Ландшафтная карта рассматривается как Гомология и гомотопия в математике и математическом моделировании Рис. 2.14. Процедуры ситуационного анализа ландшафтно-интерпретационного про гнозного оперативного картографирования.

инвариант картографических преобразований. Легенда карты помимо описа ния геосистем содержит дополнительные знания о режимах функционирова ния и рекомендуемых технологиях использования. Преломление мониторин говой информации (космических геоизображений) через ландшафтную карту позволяет конкретизировать и типизировать ситуации (среды) на этапе иден тификации в виде идентификационных индексов. Вторая ветвь идентифика ции – оценка текущего состояния системы, когда данные инвентаризации ис пользуются для оценки входных параметров модели (начальных и граничных условий). Эти данные и индексы среды, развернутые в коэффициенты моде ли, по каждому картографическому контуру используются для получения оценочных и прогнозных карт. Понятно, что результат оперативного карто графирования зависит от типа используемой системной модели, ее теорети ческого обоснования, коррелирующего с постановкой задачи, решаемой про блемой и характером объекта управления.

Таким образом, существование гомологических рядов – общенаучная за кономерность, выражающая последовательное подобие (сходство) структур и функций систем сходного происхождения. С позиций математического мо делирования, когда структуры и функции описываются с помощью формул, нет существенного отличия от гомологии конструктивных и функциональных свойств и отношений. По этой причине в исследованиях гомология реальных процессов и явлений заменяется гомологией их моделей. Линейная упорядо ченность моделей и их наблюдаемых прообразов приводит к представлению о гомотопии, когда элементы гомологического ряда индексируются числами в интервале I = [0, 1] или на любом ограниченном интервале значений [a, b], эквивалентном (изоморфном) через линейные преобразования единичному отрезку I. Это проявляется в формировании нумерованных последователь Глава ностей и пространственно-временной упорядоченности явлений. Любой от резок Ii из интервала I изоморфен, растягивается на весь интервал I, что оп ределяет внутреннюю иерархическую структуру идентификационного мно жества I. Любой объект и его модель могут быть однозначно охарактеризова ны числовым значением (индексом) из некоторого замкнутого интервала, а в итоге – из интервала I. Гомологические и гомотопические преобразования объектов и моделей связаны с изменением их положения в I.

Поиск идентификаторов I моделей процессов и явлений становится первоочередной задачей комплексной географии, поскольку позволяет иден тифицировать и метризовать пространственно-временные ситуации, объяс нять причины изменчивости явлений в пространстве и во времени, проводить сравнительную экспертизу ситуаций, формировать прогнозы развития ситуа ций и конструировать географические объекты нового качества. Для этого необходимо разработать принципы идентификации ситуаций, найти форму лы гомологического сравнения структур и функций, определить правила вы бора базовой (оптимальной) ситуации и научиться варьировать ситуации от места к месту и по времени. Решение этих задач определяет важные преиму щества гомолого-гомотопической методологии, предметом которой становит ся выяснение фундаментальных законов подобия структур и функций, что позволяет каждый новый объект исследовать с пониманием его связи с дру гими объектами, расположенными в разных местах оси идентификационного индекса.

*** Моделирование – это самостоятельный метод научного познания, сред ство обоснования выводов по аналогии, дополняющее и синтезирующее де дуктивное и индуктивное мышление. Существует иерархия метаинформаци онных обобщений, в основании которой модели занимают промежуточное положение между теорией и конкретными знаниями (типом данных). В соче тании с другими информационными уровнями появляются эмпирические, концептуальные, теоретические, метатеоретические, математические и ме таматематические модели. Для многоаспектного описания географических процессов необходимы разные теории и производные от них модели, для че го применяется методология полисистемного моделирования, представляю щая собой территориальный объект в виде мультимодели (набора системных моделей разного типа) и полимоделей (комплекса моделей разного типа).

Высшим уровнем метаинформационных обобщений является математи ка, абстрагирующаяся от содержания изучаемых явлений и знаний о них.

Развитие математики за последнее столетие продемонстрировало исключи тельную важность гомологических (гомоморфных) и гомотопических пред ставлений в этой науке, как основ формирования начал самой математики, что выразилось в формировании теорий множеств, многообразий, топологий, Гомология и гомотопия в математике и математическом моделировании расслоений, категорий, функторов, топосов и т. д. Многие идеи, в частности дифференциальной геометрии и топологии, возникли при решении географи ческих задач, например, в геодезии при разработке картографических проек ций. Сейчас они возвращаются в географию не только в качестве иллюстра ций географических идей, но как инструмент познания географических свя зей и отношений через математическое моделирование.

Полисистемное и ситуационное моделирование реализуется в процеду рах системного анализа от формирования базы данных до создания, иденти фикации и многовариантного анализа математических моделей и выбора оп тимальной стратегии управления. Проблема существования идентификаци онного индекса связана с существованием функциональных зависимостей коэффициентов модели от одного коэффициента-индикатора. В современной науке решается вопрос о выделении комплексных индексов, характеризую щих состояние и потенциал развития природных и экономических систем.

Одним из таких показателей является бонитет, и предполагается, что сущест вует всеобщий бонитет I, регламентирующий гомологию и гомотопию самых разнообразных структур и функций и их моделей.

Концептуальной схемой и символом гомолого-гомотопических связей является пучок функциональных зависимостей. Гомология здесь отражается процедурой калибровки функций – их поворотом относительно центра пуч ка, координаты которого характеризуют инвариантные условия среды сущест вования системы. Идентификация связей в пучке осуществляется с помощью индикатрисы (линии вне пучка), а развитие системы задается директрисами, по которым перемещаются центры пучков, когда изменяется среда.

Пучки идентифицируются координатами их центров на плоскости в своеобразной системе координат, заданной набором окружностей и директ рис, формирующихся вокруг единого центра (полюса). Более точным изобра жением является спираль, раскручивающаяся вокруг полюса с бесконечно малым шагом, что позволяет координировать все центры пучков их положе нием на линии спирали, имеющей начало в точке полюса и некоторое конеч ное значение, и отобразить все координаты на отрезок I = [0, 1]. Каждую ок ружность необходимо считать фрагментом (оборотом, периодом) спирали, в результате чего формируется иерархия (конус) типологии и классификации объектов. В этой иерархической системе выделяются периоды, соответству ющие элементы которых формируют гомологические связи. Гомологические ряды становятся фрагментами спиралевидной многоуровневой классифика ции. Элементы, имеющие сходные свойства и занимающие одинаковую пози цию в периодах, являются аналогами, например природные зоны разных кли матических поясов.

Приведенные закономерности представления идентификационных ин дексов в иерархическом и табличном виде демонстрируют связь структуры линейной упорядоченности I с задачами систематики и классификации.

Глава Ключевым моментом в развитии методов ситуационного анализа как ва рианта системного анализа, нацеленного на решение сложных проблем по месту и времени, становится разработка системы математических моделей, отражающих специфику уникальных историко-географических и техничес ких ситуаций. Такая система моделей должна быть разнообразна, отражать различные качественные стороны явления и процессы на разных уровнях ор ганизации объектов управления, т. е. представлять их как полимодель, а так же быть идентифицируема для исследования конкретной ситуации. В много уровневой информационной системе в последовательности процедур систем ного анализа реализуются функции инвентаризации, идентификации, индук ции и интерпретации данных и знаний.

Научно-географическим приложением гомолого-гомотопической мето дологии являются прежде всего комплексные исследования, включающие моделирование географических комплексов, классификацию геосистем, срав нительно-географический анализ территорий, ландшафтно-индикационный подход, геоситуационную диагностику и моделирование.

Глава ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОМОЛОГИИ И ГОМОТОПИИ Сравнительно-географические методы. Геосистемы-аналоги. Сферичес кая схема. Географические комплексы. Подобие природных структур и процессов. Геокомплексная индикация. Полисистемная география В географии давно и широко применяется метод аналогии для системати зации огромного многообразия природных, хозяйственных и социальных про цессов и явлений. Этот подход имеет прикладное значение как способ исполь зования специальных знаний, полученных на одной территории, при исследо вании и оценке другой территории, в прогнозировании развития ее частей.

Доказательство подобия разных территориальных объектов – одна из цент ральных задач географической науки, определяющих ее индивидуальность.

Но еще более существенна для географии проблема обоснования сходства ка чественно различных объектов, выявление закономерностей преобразования одной пространственной системы в другие. Такие задачи в науке решаются с помощью методов изучения гомологии и гомотопии систем.

3.1. Сравнительно-географические методы В географической науке обычно не употребляются термины гомология и гомотопия, но многие исследования относятся к разделу сравнительной гео графии. Методы типологии и классификации геосистем реализуются при сравнении различных территорий, комплексный подход основан на сопостав лении компонентов и отдельных участков ландшафтов. Строятся ряды гео систем – ландшафтно-генетические, факторально-динамические, восста новительно-возрастные, антропогенно-измененные, напоминающие гомоло гические ряды изменчивости. Это большой объем материала, требующий обобщения с позиций гомолого-гомотопического подхода.

Сравнительно-географический метод – один из основных и древних ме тодов познания географической реальности, является сквозным и использует ся при решении теоретических и прикладных задач географии. Он лежит в основе полевых, статистических, аэрокосмических и других методов иссле дования.

Глава Истоки сравнительного метода находятся в античной науке, а осново положником современного сравнительно-географического метода считают А. Гумбольдта [Жучкова, Раковская, 2004]. В 1808 г. в статье “О степях и пус тынях” он дал оригинальную для своего времени комплексную сравнитель ную характеристику степей и пустынь Центральной Азии. Это был важный этап становления сравнительного метода, который позволил обобщить на копленный обширный описательный материал. Создателем сравнительной географии считается К. Риттер, опубликовавший 19-томный труд по землеве дению [Ritter, 1833]. Развитие метода связано с исследованиями К.К. Марко ва, П.П. Семенова и многих других ученых [Байсенова, 1979]. Большинство географов применяют в своих исследованиях метод сравнения, специально его не выделяя. Множество современных географических работ начинаются со слов “сравнительная характеристика”, однако реально в наборе исполь зуемых средств редко указывается сравнительно-географический подход, по скольку это считается как бы само собой разумеющимся в географическом познании. По этой причине собственно сравнительный метод в географии развивается слабо, часто утрируется до сравнительно-описательного без при менения современных информационных и вычислительных средств обосно вания выводов, хотя применение компьютерных технологий и математичес ких моделей в этой области получает все большее распространение.

Суть метода заключается в сравнении различных территорий и геогра фических явлений между собой, в выделении их сходства и различия. Сущест вуют разные формы этого метода: 1) сравнительно-сопоставительный метод, который выявляет природу разнородных объектов;

2) историко-типологичес кое сравнение, объясняющее сходство не связанных по происхождению явле ний одинаковыми условиями генезиса и развития;

3) историко-генетическое сравнение, когда сходство явлений объясняется родством происхождения;

4) сравнение, при котором фиксируются взаимосвязи различных явлений.

Сравнительный метод используется как базовый при типологии, классифика ции, районировании, генерализации, оценке, прогнозировании и т. д.

Сравнительно-сопоставительный подход основывается на качественных и количественных показателях, отражающих географические явления и про цессы. Осуществляется сопоставление одного объекта другому, часто извест ному, для выявления их специфичности через оценку различий и контрастов.

Решается задача типизации безотносительно к истории возникновения отли чий, т. е. в основном для синхронных явлений.

К сопоставительным относится метод эталонов, или ключевых участков, который позволяет изучать свойства ландшафтов путем детального исследо вания ключевых (типичных) участков как исходных единиц для дальнейшей экстраполяции выводов. Создается натурная модель территории в виде поли гон-трансекта, отражающая ландшафтное разнообразие района исследова ний. Знания, полученные на трансекте, используются при маршрутном опи Географические проявления гомологии и гомотопии сании географических систем, их идентификации и типизации, при дешиф рировании космических снимков. Это позволяет приводить в систему раз розненные факты, устанавливать взаимосвязи и географические закономер ности, экстраполировать зависимости, полученные для одной территории на другие с учетом местной специфики.

Различаются два сравнительно-сопоставительных подхода: 1) количест венный (кардиналистский) метод, основанный на сравнении объектов по их частным характеристикам, и 2) качественный (ординалистский) метод, бази рующийся на ранжировании объектов по их свойствам. Прежде всего выде ляются и изучаются наиболее общие (сквозные) для множества объектов по казатели и свойства, что обычно и более существенно. При количественной оценке формируется пространство показателей, где каждый объект коорди нируется набором признаков. Типизация объектов, в том числе с использова нием методов автоматизированной классификации, строится на сравнении различных объектов в таком пространстве признаков. На основе заданных мер сходства похожие по признакам объекты относятся к одному классу, а различные – к разным классам, удаленным в признаковом пространстве. Фор мально классификатор (см. п. 2.1.5) по совокупности свойств указывает, от носится ли объект к данному классу: да – 1 или нет – 0.

При ординалистском подходе объекты упорядочиваются в линейную последовательность, основываясь на их главных свойствах. Простейший спо соб упорядочить объекты – распределить их по встречаемости, например по доле площади фаций разного типа в ландшафте, т. е. построить ранговое рас пределение фаций. Есть возможность упорядочить геосистемы по величине факторного влияния, провести их ординацию по факторам, как делается, в частности, при построении факторально-динамических рядов [Крауклис, 1979]. Широко используется метод прямой ординации при изучении расти тельного покрова, когда видовой состав сообществ по обилию распределяет ся вдоль некоторого экологического фактора, например увлажнения почвы [Раменский, 1971]. Обычная процедура – упорядочение геосистем и их ком понентов по пространственному положению (ландшафтная катена) или по стадиям развития (эволюционно-генетический ряд).

Условно выделяемые количественный и качественный подходы при реа лизации сравнительного метода соотносятся с двумя видами процедур клас сификации: 1) по отсутствию или наличию данных характеристик у группи руемых объектов, являющихся основанием для отнесения их к конкретному классу (дихотомия);

2) по изменению порядка или интенсивности существен ного свойства, что дает возможность построить последовательность объектов (ординацию).

На раннем этапе развития сравнительно-сопоставительного метода в гео графии использовалось визуальное сравнение различных территорий. В нас тоящее время сравнение становится более достоверным, поскольку опериру Глава Рис. 3.1. Схема сравнения двух явлений A и B.

Пояснения см. в тексте.

ет большим количеством разнообраз ных данных, методов и технических средств. Более сложным считается сравнение связей в различных объек тах. Для выявления связей и сравне ния свойств широко используются методы корреляционного и регресси онного анализов, многомерной статистики, применяются разнообразные индексы сравнения наборов географических объектов.

Формализованное описание процедуры сравнения предложил Э. Нееф [1974]. На рис. 3.1 представлена иллюстрация развития его схемы с исполь зованием операций теории множеств (см. п. 2.1.1). Такой подход, например, используется при прогнозировании изменений ландшафтной структуры тер ритории на фоне колебаний климата [Коломыц, 1985, 1999]. Сопоставляются два множества явлений A и B (см. разд. 6.3), которые имеют сходные (пересе кающиеся) характеристики A B и различия, определяемые соответствую щей разностью множеств (A – B) и (B – A). При полном сходстве A B A B реализуется формальное тождество A и B. При полном отличии A и B имеет место A B и A (A – B), B (B – A). В этом случае A и B – непересека ющиеся множества (слои). Их сравнение возможно только как противопо ложностей A B (диалектическое тождество, диаморфизм). Различающиеся части также сравнимы: (A – B) (B – A). В общем случае допускается го моморфное прямое и обратное отображение явлений A и B, т. е. F : A B, F–1 : B A.

Первичное сопоставление и анализ позволяют перейти к другим мето дам сравнения. На историко-типологическом сравнении основан косвенный метод изучения динамики и эволюции геосистем. Такой подход базируется на принципе актуализма и позволяет по реликтовым свойствам ландшафтов реконструировать условия их существования в предыдущие эпохи, а также по переменным состояниям геосистем судить об их динамике. В последнем случае подбираются участки местности со сходными, но находящимися на разных стадиях развития фациальными условиями. С размещением разных участков по временным стадиям восстанавливается ряд динамики, свойст венный данной фации, например, восстановительно-возрастной ряд лесов, последовательности смены пород, растительной или почвенной сукцессии.

Ландшафтно-генетическими называются ряды, образованные природно территориальными комплексами, которые расположены в пространстве в по Географические проявления гомологии и гомотопии следовательности их смены во времени. Каждый геокомплекс, входящий в такой ряд, отражает определенную стадию процесса. При этом ландшафтно генетический ряд не обязательно представляет собой про странственно сопря женный комплекс на одном профиле, а может быть скомпилирован по описа ниям на нескольких участках.

Историко-генетическое сравнение базируется на общности происхожде ния территориальных объектов и имеет непосредственное отношение к гомо логии (гомогении) географических систем. Этот метод является развитием исторического и, по мнению А.Н. Веселовского (цит. по: [Яковлев, 1934]), он позволяет изучать повторяемость явлений в параллельных временных рядах, что дает право на признание существования исторической закономерности.

Понятно, что все компоненты географического комплекса развиваются па раллельно, парагенетически, как и фации одного ландшафта. Но фации фор мируют еще ландшафтно-генетические последовательности смены одной фации другой при эволюции ландшафта, например, в процессе пенеплениза ции – выравнивания рельефа, образования мощной коры выветривания и формирования коренных фаций зонального типа. Фации разных этапов эво люции, находящиеся в одном местоположении, относятся к одному гомоло гическому диахронному ряду. Однако те же типы фаций, но разных поло жений также генетически связаны общим инвариантом зональной нормы и должны принадлежать одному гомологическому синхронному ряду развития.

Индивидуальная история не является в данном случае препятствием для от несения территориальных объектов к одному ряду гомологии – это фунда ментальное следствие принципиальной возможности типизации объектов.

Наконец, существует сравнение с фиксацией взаимосвязи различных яв лений – функциональное сравнение, которое широко используется в разных видах индикации и корреляции. Классический пример подобного сравнения:

почва – зеркало ландшафта (по В.В. Докучаеву). Подробно исследуются меж компонентные, вертикальные и горизонтальные связи, реализующиеся через потоки вещества, энергии и информации, обусловленность одной стадии раз вития предшествующими, диахорные и диахронные взаимосвязи через про странство и время. Эти задачи решаются при изучении географического по ложения явлений.

Считается, что сравнительный метод не обеспечивает выделения фунда ментальных научных положений и законов, причинных связей явлений, огра ничивается эмпирическими обобщениями и гипотезами, не обладает объяс нительными функциями. Вместе с тем возможность самого сравнения при изучении природы и общества является закономерностью, требующей адек ватной научной интерпретации. На основе анализа (см. гл. 1, 2) базовым прин ципом сравнительно-географического метода следует считать утверждение, что все в глобальной географической системе связано со всем и есть одно и то же с точностью до некоторых преобразований (морфизмов).

Глава Это основной закон гомологии географических систем, позволяющий с помощью сравнительных методов выйти на аналогию систем, построить адекватные модели и выяснить соотношения, в соответствии с которыми од на модель преобразуется в другую при изменении ситуации. Структурная и функциональная упорядоченность геосистем по разным критериям как их главное географическое свойство позволяет подойти к решению таких задач для формулировки законов гомотопической изменчивости.

3.2. Геосистемы-аналоги Один из вариантов сравнительно-географического метода – метод ана логов, основанный на изучении участков территорий со сходными свойства ми, состояниями и процессами и перенесении полученных знаний с исследо ванного на неисследованный участок. Такая аналогия (сравнение сходного) предполагает типизацию геосистем и не исключает их принадлежность к од ному гомологическому ряду типологических единиц. Гораздо интересней дру гая аналогия, прослеживающая подобие существенно различающихся терри ториальных образований (см. рис. 3.1).

Согласно закономерностям строения матричной структуры гомологи ческого пространства (см. п. 1.2.2) в периодической системе географических зон [Григорьев, Будыко, 1956], ряды гомологов формируются внутри геогра фических поясов, а ряды аналогов отражают однотипные, например лесные зоны разных поясов. Следовательно, истинная аналогия прослеживается меж ду геосистемами, относящимися к разным классификационным позициям.

В итоге выделяется несколько типов сравнения по аналогии, раскрывающих подобие между геосистемами: 0) одного вида;

1) внутри класса: 2) разных классов;

3) разных иерархических уровней.

Первый тип аналогии направлен на решение задач типологии и класси фикации, а также экстраполяции географических знаний с одного местополо жения на другие. Согласно Ф.Н. Милькову [1966], географические комплексы разного ранга, многократно повторяясь в пределах своего типа, представляют собой геокомплексы-аналоги. Аналогами могут быть фации, урочища, ланд шафты, природные зоны и т. д. Б.В. Виноградов [1962] на основе ландшаф тов-аналогов разработал теорию и методику дальней экстраполяции призна ков дешифрирования.

3.2.1. Структура эписистем Внутриклассовая аналогия опирается на гомогению геосистем, т. е. общ ность происхождения, когда геосистемы реально или косвенно представляют собой разные стадии эволюции или факторной трансформации, что практи чески одно и то же. Фации, относящиеся к одной эпифации, – это варианты динамического преобразования элементарной геосистемы зональной нормы, и в этом смысле все фации становятся аналогами. Динамика в отличие от Географические проявления гомологии и гомотопии Рис. 3.2. Схема эволюции эпифаций по В.Б. Сочаве [1971]:

1 – материнское ядро (коренная фация);

2 – ква зикоренная (мнимокоренная) фация;

3 – серий ные фации;

4 – антропогенные трансформации.

эволюционного развития геосистемы проявляется в пределах множества ва риантов, связанных с одним общим гео системным инвариантом (рис. 3.2).

Эволюцию геосистем В.Б. Сочава с со авторами [1974] образно сравнивает с кинолентой, каждый кадр которой со ответствует множеству (слою) переменных структур определенного инвари анта. Переход из одного инвариантного слоя в другой – это своеобразная сме на кадра, одного множества динамически связанных геосистем на другое множество, что интерпретируется как эволюция геосистем.

Сравнивая рис. 3.2 с рис. 2.7, видим их структурное сходство, что позво ляет утверждать, что эволюционный процесс смены эпифаций – это рассло енное пространство, нанизанное на ось геологического времени. Каждый слой – динамический цикл смены состояний, соответствующий определенно му природному режиму геосистемы более высокого порядка, выражением которой является коренная геосистема, рассматриваемая как инвариант (ма теринское ядро). В этом контексте геологическое время эволюции – последо вательность смены инвариантов, образующих гомологический ряд.

Другую эпифациальную модель предложил А.А. Крауклис [1979] в рам ках концепции факторально-динамических рядов (рис. 3.3). В центре круга – плакорная коренная фация. Расходя щимися от центра линиями обозначены главные направления локализации зо Рис. 3.3. Схема факторально -динамичес ких рядов фаций [Крауклис, 1979] с указа нием степени отклонения от планетарно региональной нормы (0 – коренная фация, 1 – полукоренные, 2 – мнимокоренные, 3 – полусерийные, 4 – серийные фации) и главнейших направлений отклонения от этой нормы – факторально-динамических рядов (Л – сублитоморфный, П – субпсам моморфный, С – субстагнозный, Г – суб гидроморфный, К – субкриоморфный).

Глава нальной фоновой нормы, соответствующие факторально-динамическим ря дам. Периферия круга означает пределы отклонения природных условий в элементарных выделах ландшафта от его общего фона. Внутренние окруж ности соответствуют градациям серийности каждого ряда, т. е. степени от клонения конкретных фаций от коренной фации.

Сопоставление рис. 3.3 с рис. 1.12 и 2.12 показывает, что схема факто рально-динамических рядов является центрированной структурой локальной области гомологического пространства. Она содержит двойственные струк туры – окружности разного диаметра и пучки линий с общим центром. В дан ном случае окружности калибруются при изменении степени серийности, а линии – направлением факторной изменчивости относительно центра коор динат 0, т. е. инварианта структуры зонального гомологического простран ства. В итоге появляется возможность проинтерпретировать известные моде ли представления географических знаний в терминах организации этого про странства.

Для мысленного перевода (калибровки) фации в фацию необходимо ука зать, по какому набору факторов (геом), конкретному фактору (группа фаций) и с какой интенсивностью (группа фаций) идет видоизменение геосистем (см.

рис. 3.3). В соответствии с этим выделяются группы аналогов (эписистемы) разного уровня (группы и классы фаций, виды, группы и классы геомов, тип природной среды). Таким же образом к простейшим аналогам относятся при родные зоны одного географического пояса, т. е. гомологического ряда, где изменение идет по критерию соотношения тепла и влаги (индексу сухости).

3.2.2. Природные зоны-аналоги Геосистемы – аналоги разных классов, с одной стороны, всегда являют ся аналогами первого рода в таксоне более высокого порядка в рамках его эписистемного множества, а с другой – они не только отражают генетическое единство, но и представляют одинаковые позиции внутри своих классов. На глядно это можно проследить на примере выделения природных зон-анало гов [Виленский, 1945]. В 1924 г. была выявлена [Виленский, 1961] периодич ность зонального распространения почв, выраженная в том, что в пределах разных зон имеются аналогичные почвенные типы. В дальнейшем показано, что в разных зонах развиваются аналогичные типы растительных форма ций – лесные, болотные, травянистые луговые и степные, полупустынные и пустынные, различающиеся по видовому составу, но близкие по жизненным формам доминирующих растений. А.А. Григорьев и М.И. Будыко [1956] сформулировали периодический закон зональности, по которому при перехо де с изменением радиационного баланса от одного широтного пояса к друго му в рядах природных зон, соответствующих изменению условий увлажне ния, периодически повторяются признаки сходства наряду с различиями, обусловленными разными тепловыми энергетическими условиями.

Географические проявления гомологии и гомотопии Ф.Н. Мильков [1977] в 1969 г. предложил свой вариант периодической системы географических зон. В ее основу положены учение Я.Н. Афанасьева и Д.Г. Виленского об аналогичных рядах в почвообразовании и периодичес кий закон А.А. Григорьева и М.И. Будыко. В этом варианте таблицы природ ных зон по вертикали даны географические пояса, связанные со шкалой из менения годового радиационного баланса, а по горизонтали – группы зон аналогов: пустыни, полупустыни, степи, лесостепи и леса. Дополнительно выделяются спектры и ряды зональности и явления провинциальности. Су ществуют два параллельных спектра зональности – океанический и конти нентальный. Первый характеризует ландшафты увлажненных окраин мате риков, а второй – внутриматериковые районы с сухим климатом. Ряд зональ ности отражает конкретную последовательность широтных зон на крупном меридиональном отрезке материка, например Среднесибирский и Дальневос точный ряды. Провинциальность возникает как результат взаимодействия долготно-климатических и геолого-геоморфологических различий и связана с формированием высотной поясности. Синонимами меридиональной и дол готной зональности является секторность.

3.2.3. Сферическая схема гомологии и аналогии А.Г. Исаченко [1971б] сделал попытку увязать секторность с периоди ческим законом зональности. Предлагается разработать систему зон, которая должна отражать, с одной стороны, долготные (секторные) спектры зон, а с другой – широтно-зональные ряды (полосы), объединяющие зоны-аналоги по теплообеспеченности. Такая система позволяет сопоставлять зоны и уста навливать аналоги по двум направлениям: 1) по широтной полосе, которая представляет собой систему зон-аналогов (долготных вариантов одной и той же зоны), сменяющихся при переходе из сектора в сектор (леса умеренного или континентального сектора);

2) по сектору, который выделяет систему зон-аналогов (широтных вариантов одной и той же группы зон), характерных для каждого пояса (тропические и субтропические леса). Эти направления, соответственно, определяют ряды гомологов и аналогов зон. Понятно, поче му долготные варианты зон могут относиться к разным типам, например к лесам и степям одного широтного пояса.

Хотя А.Г. Исаченко [1971б] создал свою ритмическую систему в проти вопоставление формально-геометрическому подходу, он наполнил последний конкретным географическим содержанием. Деление планеты на широтные зоны и долготные зоны (секторы) формально осуществляется параллелями и меридианами (см. рис. 3.2), когда между двумя меридианами заключен сек тор, а между двумя параллелями – широтный пояс или полоса. Природная зона соответствует участку поверхности шара, ограниченной параллелями и меридианами. Также природную зону можно сопоставить узлу их пересече ния (A на рис. 3.4).

Глава Рис. 3.4. Обобщенная схема матричной структуры рядов гомологии и гомотопии для классификации природных зон в ви де сети параллелей и меридианов.

Эту схему можно формализо вать в терминах полярных координат (,, r) и сферической геометрии, где – долгота, – широта, r – дли на радиус-вектора r с началом коор динат O в центре шара. Углы и определяют ориентацию вектора r.

Для планеты они соответствуют соб ственно долготе, широте и расстоянию от ее центра до поверхности, т. е.

изменение всего набора переменных (,, r) вырисовывает поверхностный рельеф планеты. А.Г. Исаченко [1971б] полагал, что существование ритми ческой системы природных зон обусловлено тремя закономерностями: 1) ши ротной зональностью – поясностью;

2) секторностью – меридиональной зо нальностью;

3) высотной поясностью – вертикальной зональностью. Иными словами, определяется факторами изменения широты, долготы и высоты r положения территории. Эта система, погруженная в физическую реаль ность, видоизменяется вследствие неоднородности породного состава и гео логической эволюции участков земной коры, наклона земной оси к плоскости эклиптики и вращения вокруг Солнца. Можно полагать, что подобная гео метрическая система в другой реальности даст иные закономерности.

На схеме (см. рис. 3.4) гомологические ряды соответствуют параллелям = const, ряды аналогов – меридианам = const. Поверхность сферы S 2 удов летворяет условию r(, ) = const. Изменение r соответствует еще одному новому ряду, определяющему масштаб явления. Приведенные условия напо минают требования для формирования матричной структуры гомологическо го пространства (см. п. 1.2.3, рис. 1.4). Схемы на рис. 1.4 и 1.12 по аналогии с картографической проекцией можно рассматривать как проекции сферичес кой схемы (см. рис. 3.4). На рис. 3.5, а представлена матричная структура па раллелей и меридианов, на рис. 3.5, б показана центрированная структура.

Последняя в полярных координатах (, r) на плоскости соответствует усло виям для окружности r(, ) = const, для линий пучка = const. Отсюда ясно, почему центрированные структуры всегда имеют предельный размер.

Получается, что сферическая схема (см. рис. 3.4) гомологического про странства более общая, чем рассмотренные выше. Она имеет два полюса, проекции которых можно рассматривать в качестве локальных ячеек разного заряда с центрированной структурой (см. рис. 1.11). Континуум гомологи Географические проявления гомологии и гомотопии Рис. 3.5. Разные картографические проекции земной поверхности:

а – карта Восточного полушария в цилиндрической, меркаторской проекции;

б – карта Антарк тиды в азимутальной полярной проекции.

ческих рядов обеспечивается, если рассматривать окружности-параллели как витки спирали (см. рис. 2.12).

3.2.4. Расслоение гомологического пространства За счет центральной симметрии все точки сферы эквивалентны, что на блюдается при вращении шара S 2 относительно себя: S 2 S 2. Это позволяет в сферической схеме организации знаний установить связи между удаленны ми географическими объектами, отличающимися по разным признакам. На пример, выделить корреспондирующие геосистемы [Сочава, 1978], обладаю щие функциональной и физиономической аналогией: степи Центральной Азии и корреспондирующие им пампы, таежные болота и болота Огненной Земли, арктические пустыни и экстремальные геосистемы Антарктиды и др.

Поворот сферической системы S 2 S 2 осуществляется естественным образом при суточном вращении Земли (изменяется долгота положения точки поверхности относительно Солнца) или миграции географического по люса (варьируют и ), или при эволюционном расширении планеты (уве личивается радиус r). Мысленный или реальный перенос географических полюсов размещает в другом месте узловую точку пересечения меридианов (см. рис. 3.5, б), т. е. трансформирует систему географических знаний о про странстве.

Автоморфизмы S 2 S 2 сравнивают различные состояния земной сферы и задают правила преобразования одного состояния в другое. Такие преобра зования используют при сравнении и изучении соответствия разных слоев геосферы. Каждое состояние можно рассматривать как слой многомерного пространства системы более высокого порядка, например, состояния плане ты в годовом цикле движения по орбите вокруг Солнца (рис. 3.6).

Глава Рис. 3.6. Логическое строение эволюционной гелиоцентрической небесной сферы U с центром O положения Солнца и осью мира B, указывающей на направление эволю ционных изменений от простого состояния C к сложному современному состоянию.

Долгота A иллюстрирует линию парада планет. Сферами показаны разные состояния планет на орбитах движения.

Строение небесной сферы U во многом подобно широтно-долготной структуре Земли. Здесь есть свои параллели и меридианы, полюсы и эквато ры, пространственные слои, представленные орбитами разных планет Сол нечной системы. Только небесную сферу необходимо рассматривать не как воображаемое образование, а как некоторую модель эволюции этой системы, полагая, что параллели – это этапы становления планетарной системы от простейшей к современной сложной структуре. Направление эволюции зада ется мировой линией такой небесной сферы.

Многослойная небесная сфера U включает серию параллельных рядов, представляющих временную развертку состояния планет, перемещающихся по своим орбитам вокруг Солнца. Все состояния одной планеты (слои четы рехмерного пространства – времени планеты) составляют гомологический ряд (ср. с рис. 2.7). Ряды аналогов образуют положения планет, лежащих на одной долготе (см. рис. 3.6, точка А), что в действительности происходит в пе Географические проявления гомологии и гомотопии риод парада планет – такого расположения нескольких объектов Солнечной системы, когда их эклиптические долготы совпадают. Небесная сфера враща ется S 2 S 2, т. е. отображается сама в себя. Если смотреть, как обычно, на небесную сферу изнутри, то в окрестности Северного полюса мира ее враще ние происходит против часовой стрелки, а в окрестности Южного полюса – по часовой стрелке, что имитирует разнонаправленные циклы. Вся Солнечная система вращается вокруг центра нашей Галактики, которая входит в местное скопление (кластер) и сверхскопление. По космологическим представлениям, Вселенная на самых больших наблюдаемых масштабах выглядит как совокуп ность относительно плоских “листов” (Великих стен), разделенных областя ми-ячейками порядка сотни мегапарсек, в которых практически нет светящей ся материи [Geller, Huchra, 1989]. В данном случае кластеры галактик разного уровня формируют гомологические группы, сливающиеся в галактические ряды Вселенной. Пустоты имеют грубо сфероидальную форму и соединяются друг с другом, образуя пространственную последовательность сфер.

3.2.5. Эквивалентность классификационных позиций Позицией таксона назовем его кодированное положение в структуре классификации. Такая структура задается в виде схемы, упорядочивающей таксоны относительно друг друга и увязывающей их логическими или сис темными связями. Одним из распространенных типов структур порядка яв ляется иерархическая классификация, в которой в каждой таксономической единице выделяется группа дробных таксонов.

На рис. 3.7 представлена триадная иерархическая классификация [Ланд шафтно-интерпретационное картографирование, 2005;

Черкашин, 2005], ко ординированная в системе прямоугольных и диагональных координат. По оси абсцисс задается порядковый номер, по оси ординат – уровень иерархии.

Каждая таксономическая позиция кодируется разными способами. На одном иерархическом уровне имеет смысл ограничиться порядковым номером так сона. В более общем случае необходимо как минимум два числа (a, b), напри мер, точка A в прямоугольных координатах задается числами (14;

3), т.е. на нулевом уровне имеет порядковый номер 14, но принадлежит третьему уров ню. В диагональных координатах эта же точка кодируется пересечением раз нонаправленных наклонных линий, пересекающих ось абсцисс в значениях (1;

27). Используется также триадный код (цифры 0, 1, 2, расположенные ря дом с узлами), начиная со старшего разряда верхнего уровня иерархии. В част ности, точка A имеет код 00, а элемент нижнего уровня с порядковым номе ром 14 – код 0011, с номером 60 – код 02012. Действительно, в соответствии с формулой (1.1) при q = 3 в последнем случае имеем 034 + 233 + 032 + + 131 + 230 = 0 + 54 + 0 + 3 + 2 = 59, и поскольку нумерация начинается с единицы, а не с нуля, получаем 59 + 1 = 60. Все способы кодировки одной позиции классификации должны быть взаимосвязаны.

Глава Рис. 3.7. Формализованная схема иерархической структуры триадной классификации.

Прямоугольная сетка подобна схеме матрицы гомологического про странства (см. рис. 1.4), диагональная сетка – системе наклонных линий (см.

рис. 1.9). Множество наклонных линий относительно линий прямоугольной сетки можно рассматривать как пространство расслоения, за счет которого число координат удваивается до четырех. Прямоугольная сеть соответствует характеристическим линиям уравнения (1.5б), а наклонная сеть – (1.5а). Син тезированная сеть будет соответствовать характеристическим линиям обоб щенного уравнения 2 2 = 0.

(3.1) 2 Выражение, стоящее в скобках, путем замены переменных (см. п. 1.2.3) преобразуется в новую систему прямоугольных координат, например, и, т. е. итоговое уравнение будет записано уже в четырехмерном пространстве (,,, ), а схема рис. 3.7 с наложением прямоугольной и диагональной сет ки становится проекцией системы характеристических линий уравнения (3.1) на плоскость.

Наклонные линии на рис. 3.7 обеспечивают членение (бифуркацию) по зиций более высокого уровня. Удалить их, т. е. перейти из четырехмерного касательного пространства в двумерное, означает разрушить схему иерархии, разбить ее на несвязанные системы вертикального подчинения, существую щие, в частности, между представителями геосистем зональной нормы на разных иерархических уровнях. Если удалить прямоугольную сетку, то иерар Географические проявления гомологии и гомотопии Рис. 3.8. Триадная ячейка классификации (A, B, C) и соответствующие ей циклы.

хическая система сохранится, но это бу дет схема бинарной дифференциации – разбиения каждого таксона на два част ных случая.

Таким образом, иерархическая сис тема классификации может рассматри ваться как частный случай расслоенного гомологического пространства характе ристических линий уравнений волно вого процесса передачи информации по встречным направлениям. Ячейки клас сификации (рис. 3.8) представляют со бой разнонаправленные циклические процессы (см. рис. 1.10–1.12). Осущест вляется локальный переход A B C и обратно A B C между позици ями A и C через B, причем B в зависимости от направления перехода имеет положительный или отрицательный знак. Схема на рис. 3.8 может быть ил люстрирована сезонным циклом природы, где две противоположности A (ле то) и C (зима) опосредуются прямыми +B (весна) и обратными –B (осень) преобразованиями. Такая последовательность справедлива для большинства циклических процессов, наблюдаемых в пространстве и времени.

Упорядоченные по номеру (см. рис. 3.7), такие ячейки разных таксонов образуют линейный гомологический ряд последовательностей положительно и отрицательно направленных циклов (рис. 3.9, а ср. с рис. 1.11). Используя схему локального иерархического членения (см. рис. 3.8), взаимодействие цик лов можно представить в виде волнового процесса – стоячей волны, появляю щейся как решение уравнения вида (1.5а) на линии ограниченной дли ны.

На рис. 3.9, б условно одна вол на показана сплошными стрелками, а волна в противоположной фазе – пунктиром. Тенденции смены этих Рис. 3.9. Схема обменных цикличес ких процессов в триадных ячейках классификации (а) и соответствующий им волновой процесс (б).

Пояснения см. в тексте.

Глава волн иллюстрированы вертикальными разнонаправленными стрелками. Взаи модействие классификационных позиций осуществляется по одному из вол новых направлений в противоположные стороны либо реализуется в цикле конкретной группы таксонов. На боковых границах одно направление взаи модействия переходит в другое.

Таким образом, в данной модели проявляются закономерности, связан ные с формированием гомологических рядов, иерархической классификации, волновых взаимодействий и линейного порядка. На каждом иерархическом уровне подобные закономерности прослеживаются по сходной схеме, но в разном масштабе.

Понятно, что перемещение реальной системы с одной классификацион ной позиции на другую, например с 1 на 2 (см. рис. 3.7), в пределах одного иерархического уровня 3, связано со смещением всего кластера нижележа щих таксонов в новые позиции (см. рис. 3.2). Такое преобразование K K возможно, если классификация K обладает фрактальными свойствами (см.

п. 2.2.3), сама себе подобна. Классификационная схема, представленная на рис. 3.7, обладает такими качествами, т. е. позволяет сравнивать кластеры од ного иерархического уровня и разных уровней путем наложения с изменени ем масштабов. Это становится формальным основанием сравнения геосистем разных классов и различных иерархических уровней.

Прогнозируя процессы эволюции геосистем при изменении климата, не обходимо учитывать, что все геосистемы занимают в ландшафте определен ные местоположения в рельефе, а следовательно, по-разному подвержены влиянию соседних геосистем и общего географического фона. Смена фоно вых условий обычно не приводит к преобразованию рельефа, и прогноз дол жен учитывать преемственность местоположений. Выположенные участки территории занимают коренные геосистемы (позиция 0 на рис. 3.7), которые представляют на местности геосистемы более высокого ранга. На склонах размещаются мнимокоренные геосистемы (позиция 1), а в долинах – се рийные геосистемы с изменчивой пространственно-временной структурой.

Изменение фоновых условий приводит к преобразованию всех геосистем од ного факторального ряда в геосистемы другого с сохранением степени се рийности так, что коренные геосистемы переходят в коренные, мнимокорен ные – в мнимокоренные и т. д. Такой подход позволяет рассматривать серий ность (степень видоизмененности геосистем под влиянием соответствующих факторов) как общее понятие и географическое явление. Подобным же обра зом возникает представление о факторальности как явлении изменения гео систем по разным факторам [Ландшафтно-интерпретационное картографи рование, 2005]. Факторальный ряд – это проявление серийности по конкрет ной факторности. Разные факторальные ряды содержат геосистемы-аналоги, принадлежащие, например, разным классам фаций.


Связь геосистем местного и зонального уровней хорошо просматрива ется при сравнении высотной поясности и широтной зональности. Давно за Географические проявления гомологии и гомотопии мечено, что высотно-поясная дифференциация горных ландшафтов в общих чертах отражает зональное строение географической оболочки, но не являет ся простым повторением широтных зон, а должна рассматриваться как видо изменение коренных геосистем той природной зоны, где расположена горная система [Неуструев, 1930, 1977;

Виленский, 1961]. Совокупности зональных геосистем и их факторных модификаций объединяются в тип природной сре ды (тип ландшафтов) и в эволюционно-динамическом смысле образуют эпи системы разных порядков (см. рис. 3.2), подчиненных зональному инвариан ту [Сочава, 1978]: эпиафации, эпигеомы и т. д. В таксономическом смысле геосистемы разных рангов типа природной среды образуют единый кластер до уровня элементарных геосистем – фаций и их переменных состояний.

Например, в ландшафтах Средней Сибири фации южной тайги светло хвойных лесов, формирующиеся на песчаных почвах, физиономически близ ки подтаежным ландшафтам, сублитоморфные фации каменных останцов и скал коррелируют с горными геосистемами, а субкриоморфные фации с дли тельно действующей мерзлотой – с ландшафтами средней тайги (см. рис. 3.3) [Крауклис, 1979]. Тот факт, что в параллельных генетических рядах разных природных зон и на разных уровнях классификационной иерархии могут встречаться геосистемы, сходные по качественным и количественным харак теристикам, позволяет говорить о существовании общих закономерностей их формирования, что является основным принципом и результатом сравнитель но-географических исследований.

3.3. Географические комплексы Комплексные исследования справедливо считаются ядром географичес кой науки. В основе комплексного подхода лежит идея о взаимосвязи, соот ветствии, подобии компонентов и отдельных территориальных частей ланд шафтов и географической оболочки в целом. Это идея базируется на понима нии объекта географических исследований как комплекса, сложной системы, состоящей из связанных разнокачественных частей.

Идея о природных взаимосвязях была сформулировала А. Гумбольдтом, В.В. Докучаевым, Л.С. Бергом в учении о географической оболочке и гео комплексах. Наиболее употребительными синонимами последнего понятия стали термины ландшафт (в общем понимании) [Арманд Д., 1975, с. 12], природно-территориальный комплекс и ландшафтный комплекс. Термин ландшафт введен в научный обиход как предмет физической географии Л.С. Бергом в 1913 г. Он определил ландшафт как “область, в которой харак тер рельефа, климата, растительности и почвенного покрова сливается в еди ное гармоническое целое, типически повторяющееся на протяжении извест ной зоны Земли” [Берг, 1958, с. 116].

Географы, в частности ландшафтоведы, по мнению А.А. Крауклиса, ру ководствуются правилом: все составные части географического комплекса Глава взаимосвязаны и взаимообусловлены, т. е. в каждом компоненте отражаются свойства комплекса, взятого в целом. В этом положении выражена основная суть географического метода. При его реализации нескольким компонентам или системам придается центральное значение, изучается, как они воздейст вуют на остальные части комплекса, а эти части – обратно на центральные.

Разные компоненты в силу своей природы обладают неодинаковой отража тельной способностью, их связи неоднозначны и получаемая информация не полна для суждения о геокомплексе в целом [Крауклис, 1979].

Географический комплекс – это образованные компонентами и террито риальными частями географической оболочки в процессе ее развития законо мерные пространственно ограниченные сочетания. Все компоненты развива ются как части единой материальной системы, и в этом заключается основное существо идеи географического комплекса [Исаченко, 1991]. Подобное опре деление природного комплекса как пространственно ограниченного набора компонентов, объединенных относительно тесным взаимодействием, дают Ф.Н. Мильков [1970], Д.Л. Арманд [1975], Н.А. Гвоздецкий [1979]. Н.А. Солн цев [2001, с. 137, 241] добавляет, что “каждый отдельный комплекс представ ляет собой систему более простых комплексов, т. е. все они организованы определенным образом” и “развиваются сопряженно”. Некоторые исследова тели считают, что при крупномасштабных исследованиях структура комплек са отображается через его компоненты, а при средне- и мелкомасштабных – через пространственную интеграцию более мелких геокомплексов [Раковская, Топчиев, 1982].

Таким образом, “геокомплексы рассматриваются как системы, состоя щие из большого числа взаимосвязанных образований, в качестве которых выступают либо комплексы низшего ранга, либо компоненты, реже – и те и другие” [Александрова, 1975, с. 6]. При этом закономерности упорядочения частей комплекса и их сочетаний, выраженные на формальном математичес ком языке, еще не найдены, что обычно объясняют молодостью географичес кой науки как комплексной дисциплины [Солнцев, 2001, с. 138] или высокой сложностью и многосторонностью географических процессов и явлений [Ар манд Д., 1975а;

Нееф, 1974, с. 23].

Как следствие отсутствия формализованной теории географических ком плексов произошла переориентация исследователей на геосистемные модели и методы [Сочава, 1978], призванные интегрировать отраслевое знание на ос нове структурно-динамического подхода. Произошедшая редукция вырази лась, в частности, в том, что в справочниках и словарях не различают понятия геосистема и геокомплекс [Мильков, 1970;

Экологический… словарь, 1999], хотя с ними связаны совершенно отличающиеся и по-разному полезные на правления исследований. Теория геосистем рассматривает географические объекты как открытые компонентные динамические системы и изучает ком поненты геосистем и связанные с ними процессы в их единстве [Черкашин, Географические проявления гомологии и гомотопии 1997]. Геосистемы представляются как множество частей, переходящих из одного состояния в другое под воздействием внешних и внутренних факто ров. Геокомплексы же изучаются как структуры подобия их разнокачествен ных частей и характеристик. В геосистемах связи компонентов осуществля ются через потоки вещества и энергии, а в геокомплексах скорее через функциональные (информационные, невещественные) отношения.

В.Б. Сочава [1978], разрабатывая учение о геосистемах, функциональ ным связям придавал особое значение при объединении участков геомеров в комплекс геохоры. Он предлагал рассматривать положение о функциональном подобии и единстве пространственных связей геомеров в геохорах как одну из аксиом учения о геосистемах. В.С. Михеев [2001] раскрывал эту аксиому через единство множественной информации при создании обобщенного образа тер ритории, при согласовании противоположных сторон целостного пространст венного объекта. Такая блоковая модель дает представление об единстве струк тур и свойств морфотипно различных частей в структуре геосистемы. Эта тема родственна идее “единства в многообразии” английского дизайнера и ботани ка XIX в. К. Дрессера (цит. по: [Юрченко, Захаров, 2007]), связанной с био логическим явлением параллельной изменчивости, повлиявшей на развитие сравнительной морфологии и создание учения о гомологических рядах.

Содержания терминов система и комплекс очень близки (др. греч.

– целое, составленное из частей, соединение;

лат. complexus – связь, сочетание), комплексы в разных науках рассматриваются как сложные систе мы и им приписываются особые свойства, не характерные для любых систем.

В некоторых определениях территориально-производственных комплексов, кроме взаимосвязи элементов, отмечается также их пропорциональность [Бадман, 1980] или оптимальная пропорциональность [Членова, 1990], т. е.

каждому элементу соответствует определенное оптимальное значение, и про порция этих значений сохраняется. В технике, при конструировании также появляется потребность в оптимизации, интеграции, синтезе, рассмотрении различных сторон явлений. Такие задачи возникают при оптимизационном синтезе технических комплексов, т. е. нахождения набора тех вариантов средств, в совокупности образующих комплекс, которые обеспечивают при его эксплуатации по возможности большую выгоду [Артоболевский, Ильин ский, 1983]. Такие комплексы обладают свойствами упорядоченности, струк турности, метризуемости [Черкашин, 1997].

Большинство географов понимают, что комплекс – структура, призван ная синтезировать разнокачественное, а не только отраслевое географическое знание в целостное представление о территории. Существуют разные моде ли-представления геокомплексов: функциональная связь геомеров [Сочава, 1978], пространственная связь индивидуальных единиц районирования, сов местное проявление различных законов природы [Арманд А., 1975б], верти кальные связи геогоризонтов [Беручашвили, 1990], корреляционные системы, Глава в которых отдельные элементы взаимосвязаны и находятся в причинном вза имодействии, интеграция трех основных процессов – выветривания, разви тия органического мира и почвообразования [Муравейский, 1960]. “Систем ное представление любого геокомплекса не может быть задано единственным образом: каждый географический объект содержит бесконечное число струк тур” [Топчиев, 1988, с. 9]. Другими словами, “каждой системе присуща одна единственная структура (общая), но имеется множество ее проявлений (част ных структур)” [Трофимов, Игонин, 2001, с. 60]. Все они должны давать эквивалентное описание географических объектов независимо от способа членения (расслоения) на части (слои, моносистемы). Все многообразие мо носистем отдельного объекта образует особое множество, порядок связей элементов которого соответствует геокомплексу.


Подводя итог, можно утверждать, что существуют разные интерпрета ции геокомплекса, базирующие на общих принципах выделения и комплек сирования разнокачественных частей. Географический объект дифференци руется различными способами, не обязательно на полностью разделенные части. Части увязываются друг с другом различными связями (отображения ми), за счет чего каждая часть в определенной мере является отражением других частей и геокомплекса в целом, а с другой стороны, несет специфи ческую информацию о свойствах геосистемы. С позиций гомологического подхода для разных систем членения при исследовании комплексов всегда решаются вопросы подобия и гомоморфизма частей целого. Способ диффе ренциации выбирается в зависимости от содержания решаемых задач и ис следуемых функций.

Учитывая это, географический комплекс может быть представлен в виде многослойной структуры, слоями которой становятся различные комбинации одного и того же набора его элементов – полиморфических модификаций (см.

п. 1.2.1). Изоморфизм, формирующий комплекс, устанавливается между эти ми модификациями. Образующаяся последовательность представляет собой полиморфический ряд, содержащий всевозможные части комплекса во взаи мосвязи. Извлекая из последовательности несколько полиморфических час тей, получаем взаимосвязанный комплекс – подкомплекс исходного комплек са. При полном членении географической системы, когда в разных частях в совокупности представлены все ее элементы, получаем комплекс, эквивалент ный исходному. Поскольку вариантов полного членения может быть очень много, появляется множество всевозможных моделей одного комплекса, пред ставленного самыми разными частями, связанными через морфизмы отобра жений.

3.4. Подобие природных структур и процессов Основываясь на представлении о комплексах как функционально упо рядоченной последовательности систем разного композиционного состава, Географические проявления гомологии и гомотопии имеет смысл распространить такое понимание на более широкий класс слож ных явлений. Во-первых, помимо структур сравнивать процессы (изменения структур), а также исследовать подобие самих функций сравнения (отобра жения). Во-вторых, считать комплексами не только природные образования, но и технические устройства, территориально-производственные системы, общественные организации, исследовательские структуры и т. д. Любое яв ление на планете можно рассматривать разноаспектно, считать сложной сис темой, т. е. относить к предмету исследования географии в рамках теории комплексов.

Особого внимания заслуживает представление о геоинформационных комплексах как техническом и информационном отражении свойств реальных комплексов. Геоинформационный комплекс [Ландшафтно-интерпретацион ное картографирование, 2005] рассматривается как последовательность сис темного анализа и композиционного синтеза географической, пространст венно распределенной информации. В таком комплексе моделируется преоб разование потоков информации и информационных структур в процессе на учной и практической деятельности. Территория в качестве объекта наблюде ния, например, в ходе дистанционных космических исследований, становится частью этого комплекса, как и конкретная работа по преобразованию ланд шафтов, спланированная по результатам анализа и синтеза геоинформации.

Слои полиморфических комбинаций геокомплексов соответствуют раз ным ландшафтным структурам и функциям, отображающим в своем строе нии и свойствах особенности других слоев и географической системы в це лом, а также отображающихся в приборах наблюдений. Например, характе ристики конкретного ландшафта индивидуально фиксируются на космических геоизображениях, в видовом и фракционным составе растительности, спект ре характеристик снежного покрова, соотношении запасов массы и концент рации химических элементов и т. д. Исследование подобия таких частных структур и функций дает представление о более сложных и масштабных про цессах и явлениях, формирующих географические комплексы.

3.4.1. Структурное подобие Частной моделью полиморфической структуры объектов являются ран говые распределения, т. е. распределение элементов системы в порядке убы вания частоты их встречаемости. В этой модели при сравнении реализуется ординационный подход (см. разд. 3.1). Ранги r соответствуют разнообразным слоям-типам (фациям, видам растений, элементам геоизображений разной яркости – пикселам). Величина Pi(r) рассчитывается для каждого i-го объекта как частота встречаемости этих типов, их относительная площадь или масса.

В качестве примера может служить типологическая структура территории (рис. 3.10), рассчитываемая как убывающее распределение долей площади разных геомов.

Глава Рис. 3.10. Ландшафтная структура – ранго вое распределение геомов бассейна оз. Бай кал по встречаемости.

Геомы: гольцовые тундровые (5) и альпинотип ные (10);

подгольцовые кустарниковые (8), лист веннично-редколесные и каменноберезовые (12), темнохвойно-редколесные (13);

горно-таежные лиственничные оптимального (1), ограниченно го (3) и редуцированного (7) развития, темно хвойные оптимального (16), ограниченного (4) и редуцированного (14) развития, сосновые (2);

межгорных понижений и долин таежные лист венничные ограниченного (11) и редуцирован ного (19) развития, темнохвойные редуцированного развития (21);

подгорные и межгорных понижений таежные лиственнично-таежные оптимального развития (9);

темнохвойные опти мального (17) и ограниченного (18) развития;

кедрово-лиственничные ограниченного развития (20);

подгорные подтаежные лиственничные (15) и сосновые (6).

Такие кривые описываются степенными или экспоненциальными функ циями (см. п. 2.2.2), которые легко сравнимы. Аналогичные распределения известны в лингвистике, биологии, экономике и социологии [Арапов и др., 1975], и понятно желание изучить механизмы, вызывающие появление по добных распределений. Здесь используется сходство с известной из физики и техники задачей, в которой общий механизм – случайный, или стохастичес кий процесс – приводит к нормальному (гауссовскому) распределению. С дру гой точки зрения, совокупность ранжируемых частей состоит из нечетко оп ределенных элементов, свойства которых определяются формой рангового распределения. С этой позиции степенные законы Ципфа – это инвариантные свойства формы целого. Такой подход позволяет установить связь явления с глубинными явлениями и через это определить его место в ряду других явле ний. По схожести структур ранговых распределений можно судить о родстве объектов, их гомологическом подобии. Важно, чтобы элементы рангового распределения относились к единой системе, и эта система была представле на полно и не смешивалась с другими системами [Орлов, 1978].

Ранговые распределения элементов геосистем позволяют различать их типологически и функционально. Функциональное подобие распределений говорит о связности пространства геосистем. Так, например, Э.Г. Коломыц [1968] интерпретирует различия структуры снежного покрова по фациям.

В представленных им данных распределения снежной толщи разных место положений по кристаллическим формам прослеживается явная конгруэнция (см. п. 2.2.2), а следовательно, гомология состава, комплексность и связность.

Кристаллический состав (спектр) снежной толщи, как, впрочем, и любой индикационной структуры, формируется в соответствии с конкретной ланд шафтной обстановкой, т. е. отображает структуру и функцию местополо Географические проявления гомологии и гомотопии жения в границах, например, фации. Это позволяет группировать спектры по сходству местоположений и сравнивать фации по характеру спектров.

В.В. Сухановым с соавторами [1994] исследовалось разнообразие древостоя и травянистого покрова в Сихотэ-Алинском заповеднике. Вся территория разбивалась на элементарные прямоугольные ячейки, в каждой из них на местности определялось обилие различных видов. Изучены зависимости па раметров ранговых распределений обилия от факторов среды (высоты рельефа, расстояния до морского побережья и др.). Выявлено конгруэнтное сходство распределений и показано, что параметры экспоненциальных функ ций распределений варьируют в зависимости от ландшафтной обстановки.

Таким образом, ранговые распределения являются наглядной моделью полиморфических модификаций, основанием для частного сравнения геосис тем, их идентификации и типологии, а также доказательством единства ланд шафтных структур. Зависимость коэффициентов уравнений ранговых рас пределений элементов геосистем от местных условий позволяет рассматри вать эти коэффициенты в качестве индикаторов местоположений и гомотопи ческих индексов преобразования одной ранговой структуры в другую.

3.4.2. Подобие природных процессов Современная комплексная физическая география развивается в направ лении от фиксации в описаниях структуры и функции сложных природных и геотехнических образований к изучению пространственно-временных функ циональных и динамических связей их составляющих для понимания обра тимости, непрерывности и последовательности преобразований структур и функций географических комплексов, не нарушающих их целостность и функциональное предназначение (свойственных функций).

Структурная устойчивость ландшафтов обеспечивается подвижностью этих функций, их коррелированной изменчивостью во времени и пространст ве, что обеспечивает организованность территориальной системы, ее функ циональную целостность. Структуры и функции индивидуальных участков территориальных образований как бы “перетекают” друг в друга во времени и пространстве. В природе это не так наглядно проявляется, как, например, в экономическом межотраслевом обмене или в структуре и эволюции техни ческих устройств, где преемственность, функциональная дополнительность, структурное подобие – неотъемлемое условие формирования технических и промышленных комплексов.

В исследовании сложных процессов выделяются несколько направле ний: 1) сравнение разновременных структур распределений;

2) сравнение изменения встречаемости отдельных элементов структур;

3) оценка измене ния ранга элементов в результате перестройки структуры;

4) индикация из менения среды по варьированию коэффициентов моделей.

А.Д. Арманд [1975б] формализовал схему сравнительно-географическо го изучения природных процессов. Наблюдаемые явления упорядочиваются Глава по какому-либо признаку (признакам) v, изменение которого во времени v(t) подробно исследуется. Устанавливается функциональная связь любой харак теристики ui объекта с определяющей переменной ui = fi [v(t)] = Fi (t), что позволяет судить о временной зависимости ui = Fi (t) для данной характерис тики. При выявлении v(t) необходимо, чтобы изучаемые объекты – разные стадии t процесса – были представителями одной линии развития. Сначала это принимается в качестве гипотезы, а потом проверяется при восстановле нии рядов v(t) и ui(t).

Широко используется такой сравнительный метод при изучении восста новительно-возрастных сукцессий лесов [Колесников, 1958;

Попов, 1982].

Динамика фаций через сопоставительный анализ биогеоценозов в сходных местоположениях изучалась в ходе исследований на полигон-трансекте При ангарского таежного стационара [Крауклис, Бессолицына, 1980]. На плакор ной фации прослежено восстановление темнохвойной тайги с учетом смены пород и поколений древостоя. Возраст древостоя определялся методами ден дрохронологии. Для каждой стадии восстановления (биогеоценоза) оцени вался комплекс характеристик древостоя, подроста, наземного травяно-мохо вого покрова, почвы и почвенных беспозвоночных животных, изменение ко торых во времени выстраивалось по возрасту соответствующего древостоя (число лет после лесного пожара). Установлено, что биогенная изменчивость геосистемы во времени тем меньше, чем выше степень совместимости функ циональных элементов на ограниченном пространстве. Ведущее значение в определении сукцессионно-возрастной динамики лесов южно-таежного ландшафта имеет обратная связь между поколениями древостоя. Реализация такого механизма влияет на переменные характеристики всех компонентов фации, которые обратно воздействуют на процессы возобновления, роста и изреживания подроста и древостоя (эффект саморегуляции).

Структура древостоя (частотное распределение деревьев по возрасту, диаметру или высоте) таежных лесов довольно изменчива, особенно на пер вых стадиях его восстановления. Структурное подобие частотного распреде ления для древостоев свойственно спелым и перестойным темнохвойным лесам, а также одновозрастным лесам разных пород. Эта особенность была сформулирована Н.В. Третьяковым [1927] как закон единства в строении на саждений. А.В. Тюрин [1925] уточнил этот закон введением естественных ступеней толщины, что позволило нормировать распределения деревьев, при ведя их к некоторому структурному инварианту, общему для большинства нормальных лесонасаждений. Соответствие эталону может рассматриваться как индикатор формирования естественного насаждения, удовлетворяющий условию комплексности. Различного рода пирогенные и биогенные наруше ния отклоняют структуру насаждения от эталона [Павлов и др., 2006].

В тайге в годовом цикле чередуются сезоны охлаждения и прогревания деятельного слоя, сквозного промачивания и иссушения, биотической актив Географические проявления гомологии и гомотопии ности и покоя. Все это существует благодаря способу упорядоченности ланд шафтных явлений, закономерному чередованию разных преходящих состоя ний геосистем. В таком смысле геосистема проявляется как диахронное це лое – такое единство, элементы которого связаны “через время” [Крауклис, 1979, с. 82]. Во взаимосвязанной смене состояний прослеживаются три сос тавляющих: 1) чередование явлений, поддерживающих существование геосис темы, но не совместимых в один момент времени;

2) восстановление геосисте мы после разрушения или возмущения, вызванных внешними и внутренними факторами;

3) необратимая трансформация основных структур геосистемы.

Сезонные и восстановительные процессы от начала до конца цикла фор мируют гомологические ряды геосистем. Мерой порядка, кроме времени, мо гут служить суммы накопленных положительных температур приземного воздуха или запас биомассы растений. Сходные сезонные фазы разных лет или восстановительные стадии различных фаций являются структурами-ана логами, что позволяет создавать общую схему-модель сезонной ритмики и сукцессионных рядов [Крауклис, 1979], а также типизировать геосистемы по природным режимам в зависимости от особенностей и продолжительности стадий развития, что определяется чувствительностью динамики геосистем к климатическим воздействиям, в частности к континентальности условий, и составом лесообразующих пород.

Временные и пространственные гомологические ряды переменных со стояний фаций функционально-динамически сопряжены между собой, что выражается не только в непрерывности преобразований геосистем во време ни и пространстве, но и в преемственности изменений, связанных с переда чей вещества, энергии и информации от стадии к стадии, от одного участка местности к другому, например, почвенной массы минеральных и органичес ких соединений, запасов тепла и влаги. Не только сезонные и сукцессионные изменения естественным образом формируют гомологический ряд, но и ант ропогенная трансформация ландшафта должна также проходить поэтапно, образуя гомологические ряды исторических состояний. Современное гло бальное потепление климата должно вписаться в существующий природный ряд процессов, чтобы резкие преобразования геосистем не привели к нару шению гомологического порядка, что можно ожидать при недостоверной оценке ситуаций и ошибочных действиях по управлению территориями.

Ранговые распределения, в частности кривая Ципфа, используются в экономико-географических, экономических и социальных исследованиях [Бу ховец, 2005]. Их вариантом является порядковая (ранговая) шкала сопо ставления интенсивности признака у сравниваемых объектов по критерию “больше или меньше”. Порядковые шкалы широко применяются при анализе предпочтений в экономике, например при анализе спроса и предложения. Это один из простейших способов сравнения, который удобно рассматривать в динамике изменения интенсивности признака и, возможно, ранга объекта.

Глава Рис. 3.11. Изменение в 2007–2008 гг. интенсивности ежемесячного потребления элект роэнергии на душу населения в разных федеральных округах России:

1 – Уральский;

2 – Сибирский;

3 – Дальневосточный;

4 – Северо-Западный;

5 – Центральный;

6 – Южный;

7 – Волжский.

Например, рассмотрим ранговую шкалу интенсивности ежемесячного потребления электроэнергии на душу населения в разных федеральных окру гах (ФО) России*. Эта величина имеет наибольшее значение в Уральском ФО. Интенсивности изменяются по сезонам, однако общая структура поряд ковой шкалы в целом сохраняется, но перестраивается по сезонам для близ ких по данной характеристике регионов (рис. 3.11). Кривые изменений по добны (коррелированны с R 0,99).

Для сравнительного анализа за исходную x1 выбрана шкала января 2007 г. Остальные порядковые шкалы xi сравнивались с ней по линейному соотношению xi = ai x1 + bi. Здесь ai, bi – индивидуальные коэффициенты;

bi (ai ) имеет смысл преобразования Лежандра (см. п. 2.2.2) и отражает изме нение среды процесса электропотребления. Величина bi колеблется в проти вофазе к изменению интенсивности потребления электроэнергии по сезонам.

Линейная зависимость bi (ai ) для всего временного ряда выражена слабо, по скольку коэффициент структурного подобия ai почти постоянен, но эта за висимость проявляется локально, что говорит о существовании директрисы эволюции системы энергопотребления в стране (см. п. 1.5.2, рис. 2.11).

Так проводится автокорреляционный регрессионный анализ переменных структур. Существуют другие методы выявления структурного и функцио нального подобия во временных рядах изменчивости, которые могут быть использованы при разработке моделей прогнозирования. Полиморфизм соот ношения различных элементов и характеристик проявляется постоянно, и для эффективного прогноза требуется обнаружить закономерности его действия.

* Раздел подготовлен совместно с П.Л. Поповым. Данные агентства http://www.

e-apbe.ru/reporting/detail.php?ID= Географические проявления гомологии и гомотопии 3.5. Геокомплексная индикация Перечисленные свойства географических комплексов имеют непосред ственное отношение к индикации природных и хозяйственных процессов, распространенных в географических исследованиях.

3.5.1. Особенности индикации в ландшафтных исследованиях В широком смысле индикация – это приобретение информации (индика тора), сигнализирующей о происходящих в системе процессах и явлениях (ин дикатах) с целью информирования пользователей, оценки ситуации, принятия решений и управления (рис. 3.12). Индикат – объект и предмет индикации, т. е.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.