Картографирование мерзлотных ландшафтов с учетом сукцессий растительности

Актуальность работы. Выявление пространственно-временных закономерностей развития мерзлотных ландшафтов является весьма актуальным. Развитие географических исследований на современном этапе во многом определяется перспективами применения ГИС. Применение ГИС открывает новые возможности не только в пространственно-временном анализе современных процессов и явлений, но и в традиционных методах исследований, каковым является ландшафтная индикация и картографирование мерзлотных условий. ГИС позволяет систематизировать имеющийся фактический материал в виде базы данных, с помощью специальных приемов автоматически создавать комбинированные пространственные образы в виде карт. Результаты ландшафтно-криоиндикационных исследований имеют большое значение для развития ГИС в мерзлотоведении, в первую очередь, в цифровом картографировании с применением атрибутивных таблиц ГИС.

Ранее динамическое состояние инженерно-геокриологических условий (ИГУ) практически не отражалось на инженерно-геокриологических картах. Динамический аспект представлен использованием сукцессионных моделей растительности в классификационных ландшафтно-динамических построениях, что позволяет оценить современное состояние и тенденции развития мерзлотных ландшафтов. Использование инженерно-геокриологических характеристик при ландшафтной дифференциации и картографировании, выделение вариантов типов местности по инженерно-геокриологическим свойствам грунтов позволят повысить информативность мерзлотно-ландшафтных карт и более достоверно отображать реальную картину природной дифференциации. Изучение инженерно-геокриологических условий в качестве критериев выделения ландшафтов позволит более детально решать природоохранные проблемы в криолитозоне, так как многолетнемерзлые породы являются здесь основным ландшафтообразующим фактором. Применение сукцессионного метода позволит учитывать пространственно-временной фактор в картографировании ИГУ.

Перспективы применения ГИС-технологий не исчерпываются созданием тематических карт, а определяются ориентацией на моделирование пространственных процессов, в данном случае устойчивости природной среды к антропогенному воздействию и современным изменениям климата.

Цель работы — совершенствование методики инженерно-геокриологического картографирования посредством применения сукцесси-онных стадий растительности для показа динамического состояния инженерно-геокриологических условий в процессе картографирования.

Задачи исследований состоят в следующем:

1. Использовать ландшафтно-динамические построения для индикации мерзлотных условий (типы фаций, урочищ, местностей и ландшафтов).

2. Применить сукцессионные ряды растительности в разномасштабном цифровом картографировании инженерно-геокриологических условий для Лено-Алданского междуречья.

3. Создать цифровые тематические мерзлотные карты для Лено-Алданского междуречьяс применением сукцессионных рядов растительности.

4. Составить разномасштабные пространственно-временные модели устойчивости мерзлотных ландшафтов с использованием ГИС для природоохранных целей.

Личный вклад автора и методика исследований. В основу диссертации положен материал, полученный автором при мерзлотно-ландшафтных исследованиях в Якутии в 2005;2011 гг. В научной работе изложены результаты исследований, в которых автор с 2005 г. в качестве исполнителя принимал участие в сборе, систематизации и анализе данных, а также в создании ряда ГИС-проектов. Разработка предлагаемых приемов ГИС-картографирования, составление цифровых мерзлотно-ландшафтных и мерзлотных карт, пространственно-временной анализ, обработка материалов и картографические обобщения выполнены непосредственно автором.

Использованы также фондовые материалы Института мерзлотоведения СО РАН, литературные источники, аэрокосмические снимки и картографические обобщения. Проводились наземные маршрутные исследования, дешифрирование аэрокосмических снимков, детальные исследования на ключевых участках. При камеральных работах применялись методы ГИС-технологий с использованием специализированного программного обеспечения (PC ARC/INFO, ArcView GIS).

Научная новизна работы.

1) Усовершенствована методика картографирования инженерно-геокриологических условий мерзлотных ландшафтов с применением сукцес-сионных рядов растительности и ГИС-технологий.

2) Создана современная ландшафтно-криоиццикационная схема и новые цифровые мерзлотные карты Лено-Алданского междуречья различного уровня и масштаба с базой данных о структуре и содержании компонентов ПТК.

3) Проведен пространственный анализ по различным компонентам природных комплексов Лено-Алданского междуречья.

Основные защищаемые положения:

1. В условиях криолитозоны сукцессии растительности играют важную роль в инженерно-геокриологической дифференциации и в определении формирования критических условий после нарушений и с последующим их восстановлением.

2. Сукцессионные стадии растительности, отражающие динамическое состояние геокриологических условий, включены в классификационные единицы мерзлотных ландшафтов, что позволило предложить новую классификационную схему ландшафтов Лено-Алданского междуречья.

3. Мерзлотно-ландшафтные классификации и сукцессионные ряды растительности являются объективными показателями динамического состояния мерзлотной обстановки на геокриологических картах разного масштаба, что важно для планирования природоохранных мероприятий.

Практическое значение работы. Предложенная методика позволит более эффективно решать вопросы мерзлотно-ландшафтного и геокриологического картографирования путем учета динамического состояния мерзлотных ландшафтов, а также систематизации природной обстановки в криолитозоне. Методика, разработанная автором, применяется в настоящее время для составления новых ГИС-проектов. Результаты исследований могут быть использованы для разработки природоохранных мероприятий, оценки устойчивости природной среды к изменениям климата и антропогенным нарушениям, а также при научном обеспечении строительства отдельных крупных инженерных объектов на территории Якутии.

Данная работа является частью исследований Института мерзлотоведения СО РАН, выполняемых по конкурсным программам Сибирского Отделения РАН (проекты 25.1.5, 7.10.2.5 и УИ.63.2.5 за 2004 — 2011 гг.). Результаты полученных исследований использовались при выполнении ряда хоздоговорных работ с производственными и проектными организациями.

Апробация и практическая реализация. Содержание работы и ее отдельные положения были опубликованы и обсуждены: на региональной конференции «Вопросы региональной геокриологии и географии» (Якутск, 2006) — III Международной конференции «Роль мерзлотных экосистем в глобальном изменении климата» (Якутск, 2007) — VII Международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (Чита, 2007) — III Всероссийской научной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и экономике» (Якутск, 2008) — Международной молодежной конференции «Современные проблемы и будущее геокриологии» (Якутск, 2008) — XIV Лаврентьевских чтениях, посвященных 110-летию со дня рождения академика М. А. Лаврентьева (Якутск, 2010) — Всероссийском научном молодежном форуме с международным участием «Геокриология — прошлое, настоящее, будущее» (Якутск, 2010) — П Республиканской научно-практической конференции «География и краеведение в Якутии» (Якутск, 2011).

Основные положения диссертации представлены в десяти публикациях, в том числе три — в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 163 страниц, состоит из: введения, 6 глав, включающих 46 карт, 14 рисунков, 59 таблиц, заключения, списка использованной литературы из 73 наименований и 7 приложений.

Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность за систематическую помощь в проведении исследований и высокую требовательность к работе своему научному руководителю, к. г. и А. Н. Федорову. Особую благодарность автор выражает д.т.н., проф. В. Р. Алексееву за ценные замечания и рекомендации и к.г.н. Я. И. Торговкину за помощь при изучении ГИС-технологий и постоянную поддержку. Автор приносит благодарность д.г.-м.н., проф. В. В. Шепелеву, д.г.-м.н. В. Б. Спектору, к.г.н. И. С. Васильеву, к.г.н. Н. П. Босикову, к.г.н. С. П. Варламову и другим сотрудникам ИМЗ СО РАН за замечания, советы, помощь и содействие при подготовке диссертационной работы. [.

Заключение

.

1. Усовершенствована методика картографирования инженерно-геокриологических условий мерзлотных ландшафтов с применением сукцес-сионных рядов растительности и ГИС-технологий. Применение современных ГИС-технологий упрощает классификационные построения с использованием «оверлея» (наложения) отдельных слоев и облегчает процесс классификации ландшафтов.

2. В результате ландшафтных и инженерно-геокриологических исследований на территории Лено-Алданского междуречья дан сравнительный анализ естественных и нарушенных мерзлотных ландшафтов по основным геокриологическим характеристикам. Результаты анализа показали, что температура горных пород в сукцессиях повышается на 1° С и мощность сезонно-протаивающего слоя увеличивается на 0,5−1 м по сравнению с естественными мерзлотными ландшафтами. Среди мерзлотно-геологических процессов активизировались термокарст, солифлюкция и эрозия.

3. Использование сукцессионных моделей в качестве индикаторов в классификационных ландшафтно-динамических построениях позволили оценить современное состояние и тенденции развития мерзлотных ландшафтов на Лено-Алданском междуречье, показывая восстановление как ландшафтных, так и мерзлотных условий.

4. Составленные по атрибутивным таблицам и с учетом сукцессий растительности крупно-, среднеи мелкомасштабные цифровые карты температуры грунтов, мощности сезоннопротаивающего слоя и мерзлотно-геологических процессов отражают современное состояние мерзлотных ландшафтов и позволяют более детально оценить пространственно-временные закономерности их развития.