Polystructural organization of a landscape: geophysical analysis of geosystems synergy

Эмпирические концепции ландшафтоведения в рамках геофизической парадигмы позволяют ассимилировать физические законы для описания структуры и функционирования геосистем. Исследованы южно-таежные ландшафты конечно-моренной зоны Валдайского оледенения на территории Национального парка «Валдайский». Геоструктуры описываются с помощью параметров силовых геофизических полей – поля силы тяжести и поля инсоляции, которые можно получить на основе морфометрии цифровых моделей рельефа и цифровых данных космической съемки. Выбор небольшого числа главных параметров с ясным физическим смыслом проводится в соответствии с классическими определениями. Обоснование числа и значимости параметров состояния элементарных пикселей и геосистем осуществляется при анализе результатов численного моделирования структуры ландшафтов. Методом дихотомической группировки элементов поверхности рельефа по параметрам состояния (высота, уклон, горизонтальная и вертикальная кривизна, доза прямой солнечной радиации, NDVI) реализован типологический подход к классификации природно-территориальных комплексов (по принципу однородности) и получена структура ландшафтов на уровне урочищ. С другой стороны, функциональный подход позволил построить иерархию водосборных геосистем по морфометрическим параметрам, описывающим перераспределение воды в поле гравитации – уклонам, удельной площади водосбора, горизонтальной и вертикальной кривизне. Все классификации строятся на единой базе данных и могут использоваться для разных прикладных задач. Приводится пример расчета скоростей стока поверхностных вод и на их основе – зонирование водосборных геосистем по времени добегания до контрольных створов. Таким образом, формальный алгоритм выделения наименьших и иерархических единиц поверхности рельефа на основе параметров состояния приобретает фундаментальный геофизический смысл. Понятие полиструктурности ландшафта в этом случае является абсолютно логичным: выбирая те или иные физически содержательные структурообразующие процессы и их параметры, можно реализовать разные классификации ландшафтов, необходимые в прикладных задачах. Empirical concepts of physical geography enable us to apply the physical laws to describe the landscape structure and functioning. The finitely morainic landscapes of the Valdai Glaciation on the National Park “Valdaisky” territory were investigated. A development of geostructures identified by classical landscape analysis can be described by the parameters of power geophysical fields, mainly gravitation and insolation fields. Selection of a small number of main parameters with extremely clear physical meaning is carried out in accordance with the classical definitions of landscape science. Justification of the number and importance of parameters of elementary pixels and geosystems is carried out when analyzing the results of numerical simulation of the structure of landscapes. Using the method of dichotomic grouping of the relief surface elements by the state parameters (height, slope, horizontal and vertical curvature, dose of direct solar radiation, NDVI), the typological approach to the classification of the natural-territorial complexes (according to homogeneity principle) was realized and the structure of landscapes at a level of natural boundaries was obtained. On the other hand, the functional approach allowed to construct the hierarchy of the water-collecting geosystems by morphometic parameters describing the water redistribution in the gravitation field – slopes, drainage factor, horizontal and vertical curvature. All the classifications are constructed on the single base of data and can be used for different applied tasks. An example of calculating the surface water flow rate is presented and, on their basis, a zoning of the water-collecting geosystems, using the flow time to the control sections. If one uses these parameters the formal mathematical algorithm for identification of elementary and hierarchical units of landforms acquires fundamental geophysical interpretation. In this case the concept of landscape patterns multiplicity is quite relevant. By choosing these or other physical parameters and structure-forming processes we have the opportunity to perform various landscape classifications needed in the applied tasks.