Пространственное отображение геоэкологической информации

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение биосферы, исчерпание природных ресурсов, разрушение экосистем, потеря природной способности самовосстановления - все это сложные и опасные процессы, развитие которых по большей части вызвано и стимулируется хозяйственной деятельностью человека.

В исследовании и решении экологических проблем участвуют специалисты совершенно разных областей знания, поэтому карта очень часто является единственным универсальным языком общения специалистов разных наук. Карта была и остается наиболее эффективным способом показа любых явлений, характеристики которых изменяются в пространстве.

Экологическое картографирование - сравнительно молодая научная и учебная дисциплина. Она образует сложное единство экологических (геоэкологических) методов получения территориальной интерпретации данных о состоянии окружающей среды и общекартографических приемов отображения географической информации. Развитие экологического картографирования не ограничивается собственными отраслевыми рамками, а проявляется в экологизации содержания карт почти всех остальных тематических областей.

В настоящее время в результате исследований добываются большие объемы экологической информации. К ней относятся материалы дистанционного зондирования, качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ и статистические данные об объемах и условиях их поступления в окружающую среду, данные о состоянии здоровья населения, растительном покрове и животном мире и многое другое. Именно экологическое картографирование способствует объединению различных экологических данных для возможности их анализа, определения территориальной динамики экологических процессов и их последующей оценки.

1.ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

1.1 Понятие и цель экологического картографирования

Целью экологического картографирования является анализ экологической обстановки и ее динамики, т.е. выявление пространственной и временной изменчивости факторов природной среды, воздействующих на здоровье человека и состояние экосистем. Для достижения этой цели требуется выполнить сбор, анализ, оценку, интеграцию, территориальную интерпретацию и создать географически корректное картографическое представление весьма многообразной, нередко трудносопоставимой экологической информации. экологический картографирование изображение

Экологическое картографирование -- наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии среды обитания человека и других биологических видов, т.е. об экологической обстановке.

Экологическое картографирование традиционно в наибольшей степени ориентировано на обеспечение государственных, региональных и местных программ и проектов природоохранной направленности. Между тем любая природоохранная деятельность осуществляется в рамках конкретных территорий. Поэтому планирование, реализация и контроль результатов природоохранных мероприятий требуют объективных данных об экологической обстановке и ее динамике в разных частях территории, что невозможно без использования картографической формы представления информации.

Экологическая информация крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Она поступает из официальных и неофициальных источников, добывается в результате исследований с использованием различных методов. Часто единственным, что экологические сведения, остается их принадлежность к определенной территории. Поэтому одним из событий начавшегося в 1960-1970-е годы современного этапа охраны окружающей среды стало развитие экологического картографирования как универсального метода анализа экологической информации.

1.2 Предмет исследования экологических карт и их классификация

В рамках природоохранной деятельности выделяются следующие основные составные части, требующие картографического обеспечения:

научно-исследовательская работа (с подразделениями по компонентам природной среды, методам исследования, территориальным единицам разного иерархического уровня или в глобальном масштабе);

практическая деятельность по охране атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и недр, растительности и животного мира, ландшафтов (экосистем) в целом (включая юридические, экономические, технологические, гигиенические аспекты; в локальном, региональном, национальном и международном масштабах);

экологическое образование и воспитание (включая преподавание, пропаганду экологических знаний и осуществление прав личности и общества на информацию).

Картографическое обеспечение практической природоохранной деятельности в наиболее полном объеме реализуется при разработке и выполнении целевых программ того или иного территориального охвата и направленности. Экологические карты, предназначенные для практической деятельности, по направленности подразделяются на:

инвентаризационно-оценочные (содержат показатели и оценки состояния отдельных компонентов и ландшафтов в целом, характеристики территориального распределения влияющих факторов);

прогнозные (представляют гипотетические результаты развития к некоторым датам в будущем, при сохранении действующих тенденций или в рамках определенных сценариев);

рекомендательные (показывают территориальное размещение предлагаемых мероприятий в целях оптимизации экологических ситуаций);

контрольные, или карты мониторинга (предназначаются для отслеживания ситуаций по мере реализации рекомендованных мероприятий).

Тематически, карты разделяют на:

карты воздействий на природную среду и их последствий

карты оценки состояния природной среды

карты прогноза состояний природной среды и оценки ее

прогнозируемого состояния;

общие эколого-географические карты;

карты существующей системы природоохранных мероприятий, природоохранных организаций, природоохранных технических устройств;

Географы Института географии РАН составили наиболее полный каталог фактически существующих отечественных карт экологического содержания и подразделили их на следующие группы:

Карты оценки природных условий и ресурсов для жизни и деятельности человека;

Карты неблагоприятных и опасных природных условий и процессов;

Карты антропогенных воздействий и изменений природной среды;

Карты устойчивости природной среды к антропогенным воздействиям;

Карты охраны природы и природоохранных мероприятий;

Медико-географические карты;

Карты рекреации;

Комплексные экологические (эколого-географические, геоэкологические карты).

Географы МГУ разработали несколько иную классификацию экологических карт, в целом близкую по содержанию, но отличающуюся отсутствием ряда достаточно традиционных тематических групп:

Карты воздействия на природную среду и их последствий;

Карты оценки состояния природной среды;

Карты прогноза состояний природной среды и оценки ее прогнозируемого состояния;

Общие эколого-географические карты;

Карты существующей системы природоохранных мероприятий, природоохранных организаций, природоохранных технических устройств;

Комплексные карты охраны природы.

Классификации экологических карт по назначению включает:

Карты для научно-исследовательских работ природоохранной направленности (с дальнейшими подразделениями сообразно структуре научных дисциплин об окружающей среде и ее охране);

Карты для практической природоохранной деятельности (в том числе инвентаризационно-оценочные, прогнозные, рекомендательные, контрольные);

Карты для экологического просвещения, образования и воспитания.

2. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

2.1 Территориальные единицы экологического картографирования

Выбор территориальных единиц должен определяться однородностью их свойств и, как следствие этого, -- возможностью распространения на них геоэкологических характеристик. В практике картографирования нашли применение шесть вариантов решения вопроса о выборе операционных территориальных единиц.

1. Выборочная характеристика, т.е. привязка показателей непосредственно к точкам и линиям, для которых они получены, практикуется в процессе работ на картах фактического материала. При недостатке данных, обусловливающем невозможность территориально полной характеристики, такой прием находит применение и на итоговых картах. Такое решение, очевидно, лучше, чем недостоверная интерполяция, однако при этом не выполняется общекартографическое требование непрерывности изображения.

2.Геометрически правильные сетки, обычно квадратной формы, нашли применение, главным образом, при построении частных карт, характеризующих состояние компонентов среды по отдельным ингредиентам. Данный подход получил распространение в связи с тем, что ограниченные возможности компьютеров первых поколений не позволяли использовать полноценную картографическую основу.

3.Политико-административное и хозяйственное деление используют в качестве единиц картографирования, когда исходными данными служат материалы официальной статистики, примером чего служат картосхемы в Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды. Такой подход к выбору территориальных единиц наиболее прост в методическом отношении и отвечает текущим запросам отдельных категорий потребителей картографической продукции (главным образом, работников органов управления). Простота построения карт такого типа (картограммы и картодиаграммы, отражающие средние и суммарные показатели, получаемые на основе элементарной обработки типовых форм учета) способствует высокой оперативности их создания.

4.Бассейновый подход. Этот вариант территориального деления наиболее удобен, когда объектами картографирования являются водотоки, экзогенные геодинамические процессы и весь комплекс связанных с тем и другим вопросов.

5.Ландшафтно-географический подход (ориентация на единицы физико-географического или ландшафтного районирования) в наибольшей степени отвечает задачам экологического картографирования, так как понятия трансформированности и устойчивости ландшафта вторичны по отношению к самому ландшафту; их характеристика возможна только в пределах некоторой пространственной общности, образованной сочетанием и взаимодействием геокомпонентов.

6. Отсутствие территориальных единиц становится возможным при непрерывной количественной характеристике на основе применения способа изолиний. Преимущества этого подхода связаны с отсутствием осреднения показателей по площади при отказе от наперед заданных границ. Однако отсутствие территориальных единиц на итоговой карте не должно означать отказа от их учета в процессе составления при географической интерполяции показателей.

2.2 Ландшафтная основа экологических карт

Необходимость использования ландшафтно-географической основы при экологическом картографировании очевидна и общепризнана. Менее однозначен вопрос о роли этой основы в процессе исследования и на итоговой карте, что целесообразно разграничивать.

На комплексных экологических картах основное изобразительное средство -- фоновая окраска -- используется для показа ландшафтных характеристик: единиц физико-географического районирования, растительности. Антропогенное воздействие передается менее выразительными изобразительными средствами -- оттенками цветов (балльные оценки преобразованности ландшафтов), контурными, линейными и внемасштабными знаками (распространение отдельных поллютантов, обычно без количественных характеристик концентраций).

Использование ландшафтно-географической основы в экологическом картографировании двоякое:

для территориальной привязки характеристик загрязненности;

для пространственной интерпретации дискретных величин.

В первом случае элементы ландшафтной характеристики выполняют роль общегеографической основы тематической карты и потому закономерно сливаются с ней, присутствуя на карте в явном виде.

Во втором случае роль ландшафтной характеристики значительно сложнее. Характеристика техногенной нагрузки на карте всегда основывается на выборочных данных. Их репрезентативность зависит от того, является ли данная выборка случайной, систематической или районированной. Единицы ландшафтного районирования, различающиеся по условиям транспортировки, депонирования и деконцентрации поллютантов, являются теми пространственными ячейками, тщательный учет которых необходим как при размещении точек опробования, так и при интерполяции характеристик между ними.

Использование в процессе создания экологической карты детальной ландшафтной основы в качестве рабочего инструмента не означает необходимости ее подробного показа на итоговой карте, так как это привело бы к ее перегрузке. Элементы ландшафтов, которые оказывают влияние на экологическую обстановку, должны находить отражение в ее характеристиках.

3. СРЕДСТВА КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТОГРАФИИ

3.1 Объекты экологического картографирования и их локализация

Общее количество явлений, показываемых на экологических картах, весьма велико и в настоящее время продолжает довольно быстро увеличиваться. Основные классы явлений на экологических картах подразделяются, согласно принятому делению экологических проблем, на атмосферные, водные, земельные, биологические, геолого-геоморфологические и комплексные (ландшафтные). Методы их отображения рассматриваются в разделе о прикладных методиках экологического картографирования. Однако до рассмотрения конкретных методик необходимо остановиться на общих правилах использования графических средств языка экологических карт.

Все множество объективно существующих природных и общественных явлений, отображаемых на картах, с картографической точки зрения, подразделяется на пять больших групп, в зависимости от характера пространственной локализации:

¦явления, локализованные в пунктах (например, места отбора проб, посты мониторинга, предприятия и города на мелкомасштабных картах), для которых объектом показа являются их точные местоположения и, иногда, качественные

или количественные характеристики;

¦явления, локализованные на линиях (например, дороги, трубопроводы, различные границы), для которых объекты показа -- точные местоположения, качественные и количественные характеристики;

¦ явления, локализованные на площадях, т.е. присутствующие на одних частях картографируемой территории и отсутствующие на других (например, предприятия, города и их части на крупномасштабных картах, особо охраняемые при-родные территории), для которых объектом показа на картах служат районы распространения и, иногда, качественные или количественные характеристики;

¦ явления сплошного распространения (например, атмосфера и ее характеристики, горные породы и их свойства), для которых объект показа на картах не факт наличия, а пространственная изменчивость качественных или количественных характеристик;

¦явления рассеянного распространения, т.е. состоящие из множества мелких объектов, индивидуальный показ которых невозможен (например, биологические виды, посевы сельскохозяйственных культур), для которых объектом показа также являются, главным образом, территории и плотность распространения.

Графические средства на экологических картах применяются те же, что и на картах иной тематики, -- внемасштабные (значковые, буквенные и цифровые), линейные, площадные. При разработке легенд графические средства перечисленных групп реализуются в виде многочисленных графических переменных -- элементарных обозначений, различающихся по форме, размеру, ориентировке, цвету, насыщенности цвета, внутренней структуре изображения.

Соотношения типа локализации картографируемых явлений, характера информации (качественный или количественный) и примененных графических средств образуют способы картографических изображений. В экологическом картографировании употребляют те же способы картографических изображений, что и в других тематических областях; специфика заключается лишь в содержательных особенностях картографируемых явлений.

3.2 Способы картографических изображений и их использование в экологическом картографировании

Для показа размещения, качественных и количественных характеристик экологических сюжетов, их взаимосвязей и динамики используются традиционно наиболее употребительные способы картографического изображения: значки (внемасштабные знаки),линейные знаки, изолинии, качественный фон, ареалы, картограммы и картодиаграммы; реже употребляются точечный способ, линии движения, локализованные диаграммы. Теоретически возможно применение способа количественного фона, однако, как показано ниже, особенности объектов экологического картографирования не создают благоприятных предпосылок для употребления этого способа.

Чтобы уметь правильно выбирать способы изображения для того или иного экологического сюжета, специалист, занимающийся составлением карт, должен хорошо представлять возможности и пределы применения каждого способа.

¦ Способ значков используется для передачи планового положения, количественных и качественных характеристик объектов, по своим размерам не выражающихся в масштабе карты, но имеющих четкую точечную локализацию. Форма и цвет значка чаще всего несут качественную информацию об изображаемом объекте, а размер и внутренняя структура -- количественную информацию. В экологическом картографировании значками обозначаются пункты мониторинга и места отбора проб, места обитания редких видов флоры и фауны, памятники природы и другие небольшие по геометрическим размерам, но важные для содержания карт объекты. На мелкомасштабных картах структурными значками обозначаются объемы и состав выбросов и сбросов загрязняющих веществ от городов и крупных промышленных объектов либо состав и степень остроты экологических проблем городов.

¦Способ линейных знаков используется для передачи линий в их геометрическом понимании: границ, береговых линий, тектонических нарушений. Иногда этот способ путают со способом знаков движения. Необходимо отметить особенность способа линейных знаков: он должен показывать либо линии, реально существующие в природе (например, дороги), либо линии протяженности вытянутых статичных или динамичных объектов (хребты на орографических схемах, линии фронта). Линейные знаки могут передавать количественные и качественные характеристики. Количественные показатели (мощность грузопотоков) передаются с помощью ширины линии или полосы, а качественные (состав грузопотоков) -- структурой линии, цветом. Ориентировка линейных знаков отображает реальное положение линии на местности.

В экологическом картографировании способ линейных знаков употребляют для показа линейных источников воздействия на окружающую среду: автомобильных и железных дорог, трубопроводов, ЛЭП и иных транспортных коммуникаций, а также линейно вытянутых реципиентов воздействий, таких как реки, в том числе с характеристикой качества воды и состояния экосистем.

¦ Способ качественного фона используется для качественной характеристики явлений сплошного (почвы, геологическое строение, ландшафты) или, реже, рассеянного распространения (население, народы). При его использовании территория делится на качественно однородные контуры (выделы), которые окрашиваются или штрихуются в соответствии с качественной характеристикой.Графическим средством в данном способе могут служить цвет (ровные фоновые окраски разных цветовых тонов, разных степеней светлоты, насыщенности), полутона, штриховки различных рисунков и интенсивности, заполняющие обозначения, буквенно-цифровые индексы.

В экологическом картографировании способ качественного фона один из самых употребительных. Он образует основное содержание на картах оценки экологических ситуаций, используется на комплексных экологических картах для показа распространения ландшафтов и характера использования земель, устойчивости ландшафтов к техногенным нагрузкам и т.п.

¦Способ количественного фона применяется для показа количественных характеристик. Однако в природе практически отсутствуют такие явления, которые имели бы одинаковые количественные значения в пределах каких-то контуров и резко меняли их на границах.

¦ Способ изолиний. Изолинии, т.е. линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями каких-либо количественных показателей, используются для количественной характеристики сплошных и постепенно изменяющихся в пространстве явлений, таких как температура воздуха, количество осадков, рельеф. С точки зрения использования изобразительных средств, здесь преобладают линии различных структур, цветов и ширины и площадные фоны для послойной окраски промежутков между определенными изолиниями -- ровные фоновые окраски либо штриховки на черно-белых картах.

Для количественной характеристики явлений, имеющих ограниченное по площади распространение (например, источники выбросов и сбросов), могут быть использованы также псевдоизолинии. Псевдоизолинии как бы распространяют дискретные явления (например, источники выбросов и сбросов) на всю площадь картографирования и таким образом приводят их к виду, удобному для сопоставления с другими количественными характеристиками.

В экологическом картографировании способ изолиний -- один изнаиболее употребительных. С его помощью картируют многочисленные физико-географические параметры, частные и общие количественные характеристики загрязнения и устойчивости компонентов природной среды к загрязнению, интенсивность геодинамических процессов и др.

¦ Способ ареалов используется для передачи области распространения явлений, имеющих ограниченное по площади распространение, причем в пределах этой площади картографируемое явление может быть дискретным (т.е. встречаться в изолированных пунктах и на участках), сплошным или рассеянным. Главное отличие способа ареалов от способа качественного фона: во-первых, -- тип локализации, во-вторых, -- необязательность рисовки границ. По отношению к используемым условным обозначениям способ ареалов универсален: он может быть реализован с помощью внемасштабных рисунков (не имеющих четкой координатной привязки), линейных или площадных обозначений и даже буквенно-цифровых индексов.

В экологическом картографировании способ ареалов применяется по своему прямому назначению: для показа ареалов биологических видов, особо охраняемых природных территорий, участков распространения определенных видов загрязнения, геодинамических процессов.

¦Точечный способ используется для передачи явлений рассеянного распространения (сельское население, поголовье скота, посевные площади). Изобразительным средством является множество точек одинакового размера, каждая из которых имеет определенный «вес» -- значение количественного показателя.

В экологическом картографировании точечный способ пока практически не нашел применения. Возможно его использование для показа распространения редких и охраняемых либо опасных для человека видов.

¦Способ локализованных диаграмм используется для передачи на карте сезонной или иной динамики явлений, имеющих сплошное или линейное распространение. Динамика явлений изображается с помощью графиков или диаграмм, характеризующих явление в пунктах его изучения.

В экологическом картографировании способом локализованных диаграмм передается сезонная, межгодовая или иная изменчивость показателей заболеваемости, концентрации отдельных веществ, общих уровней загрязнения атмосферы или гидросферы, условия рассеяния или потенциала самоочищения. У способов значков и локализованных диаграмм есть общая черты, однако при использовании способа значков этой точкой является пункт фактической локализации явления, а при использовании способа локализованных диаграмм -- пункт наблюдения за явлением (метеостанция, гидропост и т.п.).

¦ Способ картодиаграмм предполагает изображение суммарной величины каких-либо явлений с помощью графиков или диаграмм, помещаемых внутри единиц территориального деления, чаще всего административного. При использовании этого способа карта в целом показывает распределение явления по исследуемой территории. Тип локализации явления в данной ситуации может быть любым, но с учетом жесткой привязки количественной информации к площадиадминистративно-территориальной или какой-либо другой ячейки. Условно его можно считать ограниченным по площади.

Способ картодиаграмм пользуется широким распространением в экологическом картографировании, особенно в официальных изданиях. Картодиаграммами показываются объемы выбросов и сбросов, количество отходов, объемы внесения удобрений и пестицидов и т.д., заболеваемость по единицам территориального деления.

Картограммы графически передают среднюю интенсивность какого-либо явления (т.е. количественную характеристику) в пределах определенных территориальных единиц, чаше всего административных, не связанных с действительным распространением этого явления в природе. Таким образом, тип локализации отображаемого явления может быть любым: точечным, линейным, сплошным, рассеянным, ограниченным по площади, но графическая интерпретация «привязывает» количественную информацию к ограниченной площади, по аналогии со способом картодиаграмм.

Знаки движения (линии движения, векторы) используются для показа перемещений объектов различной локализации. Движение точечных объектов создает линию (например, маршрут морского судна), движение воздушных масс образует сплошное повсеместное перемещение в пространстве, миграция животных имеет рассеянный характер распространения, океанические и морские течения создают перемещение, ограниченное по площади.

Основным средством при передаче такого рода информации являются векторы (стрелки) разных форм и величины, которые могут нести качественные и количественные характеристики. Локализация векторов может показывать и реально существующие линии передвижения, в частности если они даются параллельно путям сообщения, и абстрактные, например: связи культурные, финансовые и т.п. Ориентировка векторов в этой ситуации определяется фактическим направлением движения (реальным или абстрактным). Качественные характеристики передаются с помощью формы, цвета и структуры вектора, а количественные -- с помощью размеров (длины и ширины).

В экологическом картографировании способ знаков движения употребляется сравнительно редко. С его помощью передаются направления распространения загрязняющих веществ, пути миграции животных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На данном этапе геоэкологическое (экологическое) картографирование уже достаточно прочно утвердилось в географии и геоэкологии, находя всё более широкие подходы к созданию картографических произведений различного экологического содержания.

Значительный интерес к геоэкологическим картам, обусловленный главным образом стремлением понять и улучшишь окружающую человека среду, предъявляет высокие требования к созданию данных карт, заставляет увеличивать не только информационную ёмкость экологических картографических материалов, но и их наглядность, доступность для восприятия и практического использования.

Создание геоэкологических (экологических) карт следует рассматривать как логическое завершение самостоятельного исследования - эколого-географического (экодиагностического) анализа любой территории, нацеленного на определение тех условий и свойств, которые характеризуют окружающую человека среду. Критерии и показатели, отражаемые на таких тематических картах, имеют строго антропоцентрический смысл и соответствуют тем экологическим требованиям, которые человек предъявляет к окружающей среде, к её природным и природно-антропогенным элементам.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Берлянт А.М. Картографический метод исследования. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1988.

2. Исаченко А.Г. Экологические проблемы и эколого-географическое картографирование. Изв. ВГО. 1990. Т123. Вып.4.

3. Комплексное экологическое картографирование. (Географический аспект). / Под.ред. Н.С. Касимова: Учеб.пособие. М, 1997.

4. Кочуров Б.И., Шишкина Д.Ю. «Геоэкологическое картографирование» М.: «Акадкмия», 2009.

5.Стурман В. И.Экологическое картографирование: Учебное пособие. Москва: Аспект Пресс, 2003.

6. Экологическая информация и принципы работы с ней / Под ред. В.Н. Виниченко / Гусеева Т.В., Дайман С.Ю., Хотулеева М.В., Виниченко В.Н., Веницианов Е.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А. - М.: Эколайн, 1998.

Размещено на Allbest.ru