Ландшафты полигонально-валиковой южной субарктической тундры долины реки Анабар (опыт применения ГИС технологий и модели организации информации)

Благодаря резко выраженному антициклональному режиму погоды в холодный период зима на большей части территории Якутии сухая и малоснежная. Как летом, так и зимой наиболее интенсивная циклоническая деятельность характерна для западной и южной частей территории региона. Среднее годовое количество осадков на всей территории Якутии равно 290 мм (Сивцева и др., 1990) (табл.1). Из годового количества выпадающих осадков на холодный период (ноябрь - март) приходится примерно 20-25%, а на теплый (апрель - октябрь) 75-80% годовой суммы. Минимум осадков наблюдается на большей части территории в феврале - марте.

На Оймяконском нагорье, Черском плоскогорье и в районе Верхоянска в марте - апреле. На островах и морских берегах - в январе - марте. Максимум осадков приходится на июль - август.

В среднем за год на территории региона выпадает осадков в твердом виде от 25% на юге до 50% на островах; жидких осадков от 30% на островах до 70% на юге; смешанных - от 5-6% в центральных районах до 16-17% на островах. Ввиду незначительного количества осадков, выпадающих зимой, снежный покров на подавляющей территории имеет небольшую мощность. Число дней со снежным покровом на территории колеблется в пределах от 200-210 на юге Якутии до 250 в тундровой зоне. На островах и побережье оно составляет около 260-280 дней. На территории Якутии годовое число пасмурных дней по общей облачности колеблется в пределах 120-180 дней. Наименьшее число пасмурных дней (120-130) отмечается на Центральноякутской равнине и в районе Верхоянска, наибольшее (160-180) - на островах и побережье северных морей. В тундровой и лесотундровой зонах, а также на юге Якутии число пасмурных дней колеблется в пределах 150-160 дней, на остальной части территории республики - в пределах 130-150 дней. В холодный период года на большей части территории в местах с соответствующими формами рельефа и другими физико-географическими условиями, способствующими застою холодного воздуха, при температуре -42°С и ниже образуются морозные (ледяные) туманы. Они возникают из-за дополнительного поступления в воздух влаги в результате сжигания топлива и другой производственно-бытовой деятельности человека.

Геологическая история развития региона, палеоклиматические и современные климатические условия способствуют развитию многолетнемерзлых пород, которые распространены по всей Якутии (Качурин, 1965). Характер распространения и другие особенности мерзлой толщи в общих чертах отражают широтную географическую зональность, в горных районах - высотную поясность. Возраст многолетней мерзлоты в Якутии в основном составляет от 300 тысяч до 1 миллиона лет. Лишь в районах островной мерзлоты он снижается до 10 тысяч лет и менее.

1.4 Почвенный покров

Почвы региона (Якутия) образовались в условиях резко-континентального засушливого климата и развития сплошной многолетнемерзлой толщи, залегающей на небольшой глубине. Эти основные факторы формируют тепловой, водный и воздушный режимы почвы и круговорот веществ (Зольников, 1965). Специфику мерзлотных почв обусловливают криогенные процессы. Наиболее ярко они проявляются в трещино- и пятнообразовании, деструкции, формировании пучинно-бугоркового или трещинно-полигонального микрорельефа, термокарста, солифлюкции и т. д.

Территория тундровой зоны занимает порядка 13% от площади региона и простирается от Таймырского полуострова до Чукотки сравнительно узкой полосой вдоль шлейфов моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря, где господствуют мерзлотные тундровые почвы разной степени оглеенности (Еловская и др., 1979).

На изучаемом ключевом участке территории развиты аллювиальные ландшафты, которые по сложившимся мерзлотно-ландшафтным условиям характеризуются наличием пойменных, надпойменных и межаласных типов местности. В связи с этим на исследуемой территории сформировались в условиях развития полигонально-трещиноватого микрорельефа тундровые глеевые и тундровые перегнойно-глеевые почвы. В окрестностях поселка Юрюнг-Хая на небольших участках пятен под растительными группировками из бескильницы ползучей, звездчатки приземистой и вейника щучковидного сформированы мерзлотные маршевые дерново-глеевые почвы.

Пойменный и низко-террасовый тип местности в условиях полигонально-валикового микрорельефа характеризуется наличием мерзлотных аллювиально-глеевых и тундровых перегнойно-глееватых почв.

В целом почвенный покров исследуемой территории характеризуется маломощным оглееным, переувлажненным почвенным профилем, криотурбированным перемешиванием почвенной массы, большим содержанием слаборазложившейся органики, слабокислой или нейтральной реакцией почвенной среды. Непосредственно на территории пос. Юрюнг-Хая и исследуемом полигоне почвы представлены тремя типами: мерзлотными тундровыми, маршевыми и мерзлотными аллювиальными, каждый из которых имеет ряд подтипов.

1.5 Растительность

Растительный покров тундровой зоны, в целом, описан достаточно хорошо. Имеются достаточно хорошие работы по всем регионам исследования. Обобщающими работами по регионам можно назвать работы Б.А. Юрцева (1974, 1981); В.Д. Александровой (1977); В.И. Перфильева, Л.В. Тетерина, Н.С. Карпов, 1991; Н.В. Матвеевой (1994, 1998); М.Ю.Телятников, (2005, 2008, 2009а,б, 2010а-г); А.В.Беликович, А.В.Галанин, О.М.Афонина, И.И.Макарова (2006).

Растительность Якутии, как и любого обширного района, весьма неоднородна (рисунок 1).

Рисунок 1. Карта растительности Якутии (Атлас.., 1981).

Условные обозначения

РАСТИТЕЛЬНОСТЬ РАВНИН:

Тундровая растительность - 1) арктические пустыни и полупустыни; 2) арктические моховые тундры и тундроболота; 3) субарктические моховые тундры и тундроболота; 4) субарктические кустарниковые моховые и лишайниковые тундры

Таежная растительность: притундровые редколесья - 5) лиственничные редколесья моховые в сочетании с тундрами и тундроболотами. Северотаежные редкостойные леса 6) предгорные лиственничные зеленомошно-лишайниковые, кустарничковые зеленомошно-лишайниковые в сочетании с ерниками; 7) лиственничные кустарничково-моховые в сочетании с болотами и мелкодолинными лугами; 8) лиственничные кустарничково-лишайниковые в сочетании с зарослями кедрового стланика и сосняками. Среднетаежные леса. Лиственничные: 9) а - разнотравно-брусничные в сочетании с аласами; б - разнотравно-брусничные и брусничные; 10) лиственничные кустарничковые и зеленомошные в сочетании с мелкодолинными лугами; 11) лиственничные с примесью ели и кедра бруснично-зеленомошные; 12) предгорные лиственничные кустарничковые и зеленомошные; предгорные лиственничные с сосной, кустарничковые зеленомошные в сочетании с сосновыми даурско-рододендроновыми брусничными лесами; 13) сосновые толокнянковые и брусничные.

Растительность гор. Горнотундровая растительность. 14) лишайниковые каменистые пустыни, зеленомошные и лишайниковые горные тундры; Горнотаежная растительность. Притундровые редколесья - 15) лиственничные редколесья моховые в сочетании с горными тундрами с ерником. Северотаежные редкостойные леса. 16) лиственничные редкостойные моховые и лишайниковые в сочетании с зарослями кедрового стланика. Среднетаежные леса - 17) лиственничные кустарничковые зеленомошные леса; 18) лиственничные с примесью ели, реже кедра и березы каменной, зеленомошные леса в сочетании с зарослями кедрового стланика; 19) лиственничные с примесью ели аянской зеленомошные леса в сочетании с аянскими ельниками и каменноберезняками; 20) сосновые с кедровым стлаником и рододендроном даурским брусничные леса; 21) заросли кедрового стланика кустарничково-лишайниковые.

Болота: 22) травяные болота в сочетании с лиственничными рединами.

Растительность речных долин: 23) долинные леса в сочетании с лугово-болотными и лугово-степными комплексами; 24) участки степной растительности; 25) разреженная травянистая растительность на незакрепленных песках (тукуланах)

На территории республики четко проявляется широтная зональность и меридиональные изменения. На 40% территории, занятой горными сооружениями, хорошо выражена высотная поясность. Кроме современных физико-географических условий на характер растительности наложили отпечаток различия в возрасте регионов, особенно - сложные процессы четвертичного периода. Многообразные антропогенные воздействия также сказались на особенностях растительного покрова, вызвав появление пирогенных, пасторальных, техногенных и прочих вторичных группировок.

На территории республики распространены две группы типов растительности: арктическая, которая занимает четверть общей территории Якутии, и бореальная, занимающая остальную площадь (Андреев, 1989). Ниже приведена характеристика только арктической растительности.

Арктические тундры простираются вдоль побережья Ледовитого океана, а также занимают прилегающие к побережью острова (северная половина о-ва Бол. Бегичев, о-ва Новосибирского архипелага). Вся территория представляет собой плоскую низменную равнину с малыми абсолютными высотами от 60 до 100 м, с многочисленными озерами. Общая площадь, занимаемая арктическими тундрами, небольшая - 2,4% от всей площади (Основные .., 1987).

Сведения о растительности и флоре арктических тундр отдельных районов Якутии имеются в многочисленных работах (Сочава, 1933, 1934; Городков, 1956; Картушин, 1963; Александрова, 1961, 1962, 1963, 1970; Сафронова, 1980, 1982; Сумина, 1976; Перфильева, Рыкова, 1975;0, 1985; Растительный.., 1985; Николин, 1986; Основные.., 1987; Перфильева и др., 1991; Егорова и др., 1991). Растительный покров арктических тундр Якутии весьма мозаичен. В зависимости от характера мелких, в основном мерзлотных форм рельефа (булгунняхи, байджарахи, бугорки, западины, пятна голого грунта) изменяется степень увлаженности, оснеженности, защищенности от ветров, температурный режим). Тундры имеют хорошо выраженный бугорковый или пятнистый, криогенный нанорельеф. Для арктических тундр характерно сочетание мелкобугорковых пятнистых и полигональных мелкотравных тундр. Полигональные тундры занимают более 20% территории, а под полигональные болота и прибрежную растительность водоемов приходится до 70% (Скрябин, Караваев, 1991).

Флора арктических тундр (Городков, 1956; Александрова, 1963; Сафронова, 1980; Матвеева, 1980; Егорова и др., 1991) насчитывает более 270 видов сосудистых растений, мхов - 116, лишайников - 199. Основное ядро флоры составляют умеренно арктические и арктоальпийские циркумполярные и сибирские виды. Главное диагностическое отличие арктических тундр - полное отсутствие кустарников, особенно березки тощей (Betula exilis) и эпизодическое участие кустарниковых ив (почти стелющиеся формы Salix glauca, S. reptans) и кустарничков (Vaccinium vitis-idaea, V. uliginosum).

Растительность морских побережий слагают травяные, иногда комплексные, бугристо-мочажинные, низинные болота и встречающиеся небольшими или значительными фрагментами приморские луга, развивающиеся на маршевых почвах. Приморские солончаковатые луга и болота свойственны низкой пойме, распространены вдоль побережья и в устьях проток по побережью материка и по берегам островов в пределах подзоны арктических тундр, заходя в гипоарктику. Луга эти формируются на засоленных почвах и систематически орошаются солеными водами морских приливов. На этих лугах развивается весьма своеобразная растительность (Андреев, Перфильева, 1980; Растительный.., 1985; Основные.., 1987; Скрябин, Караваев, 1991; Перфильева, Тетерина, Карпов, 1991).

Фрагменты реликтовых тундростепных группировок встречаются в низовьях р. Колымы в районе Большого Походского озера. Они приурочены к вершинам гидролакколитов и коренным берегам озер среди равнинной, сильно заболоченной тундры. Характерным видом тундростепей является Carex spaniocarpa, в травостое участвуют Poa arctica, Koeleria cristata, Polemonium boreale, Astragalus alpinus и др. Местонахождения тундростепных сообществ постепенно деградируют под воздействием антропогенных факторов и вследствие проникновения тундровых растений (Андреев, Перфильева, 1975; Андреев, Галактионова, 1981).

Бореальная растительность на территории Якутии представлена лесами: притундровыми, северотаежными, среднетаежными и горными. Для всех общей особенностью является развитие древесного яруса, большее или меньшее его влияние на остальные ярусы. Повсеместно во флоре преобладают бореальные виды. Господствующей породой в западной части является лиственница Гмелина, в восточном - лиственница Каяндера (граница между ними проходит по 120°-123° в.д.). Лиственничные леса (81,9% лесопокрытой площади) в наибольшей степени адаптированы к холодным и влажным мерзлотным почвам, к резко континентальному климату с суровой и продолжительной зимой. Заросли кедрового стланика, включаемые в лесопокрытую площадь, занимают около 6%. На долю лиственных лесов, в основном, березовых, приходится немногим более 1% общей площади. Большая часть березовых лесов носит вторичный характер и временно занимает гари из-под лиственничных и сосновых лесов.

Притундровые леса представляют северный форпост и располагаются по границе с субарктической тундрой. В западной части (бассейны рек Анабара и Оленька) полярная граница леса расплывчатая, часты редколесья, редины, лесные острова и отдельные деревья в безлесной тундре. В восточной части (в низовьях Яны, Индигирки, Алазеи, Колымы) граница более четкая. Притундровые леса характеризуются редкостойностью (сомкнутость крон обычно 0,2-0,3, высота деревьев порядка 10-12 м), более мощным развитием напочвенного покрова и травяно-кустарникового яруса, чем в настоящей тайге, и их сходством с ассоциациями субарктических тундр. Они представляют полосу южной части субарктической тундры, заселенную лесом в современную эпоху. Это подтверждается и структурой древостоев. Нередко в пределах одного насаждения встречаются редкие искривленные деревья в возрасте 200-250 лет, образовавшие первые редины в тундре, и более стройные 60-70-летние деревья, сформировавшие под их защитой основной древостой. Полоса притундровых лесов аналогична лесотундре европейского и западно-сибирского севера, но отличается большей лесистостью, преобладанием лесных группировок над безлесными тундрами и болотами.

Обширные площади занимают разнообразные горные леса, для которых характерно развитие на каменистых почвах, быстрая смена состава и структуры в зависимости от экспозиции и крутизны склонов, химических и физических свойств породы, высоты над уровнем моря. Флора горных лесов обогащена за счет представителей гольцовой флоры (дриады, рододендрона, арктоуса). В подлеске обильны береза растопыренная, кедровый стланик. Сомкнутость крон и высота древостоя весьма изменчивы. Нередко на верхнем пределе леса и на высоких плато развиты редколесья с сомкнутостью крон 0,3 и ниже и мозаичными покровами с обилием гольцовых видов. Некоторые особенности на характер горных лесов накладывает принадлежность к определенной зональной области.

Среди кустарникового типа наиболее широкое развитие имеют заросли кедрового стланика, образующие самостоятельный пояс, расположенный на границе между группами бореальных и гольцовых поясов в горах северо-востока и юга Якутии. Местами стланик образует подлесок в лесах и спускается на равнину. Высота зарослей в летний период до 4 м, сомкнутость крон 0,4-0,5. Значительно участие в зарослях березы растопыренной. В горах северо-востока республики преобладают лишайниковые (цетрария клубочковая, кладина звездчатая) и кустарничковые покровы. В Южной Якутии заросли стланика более мощные (сомкнутость полога 0,6-0,7), кустарничково-лишайниковые иногда сочетаются с участками пихтовых и сосновых лесов. В горных и предгорных местах нередки чистые заросли березы растопыренной, а на равнинах таежной зоны - березы кустарниковой.

Небольшие участки приналедной растительности распространены в горах северо-востока Якутии. Здесь преобладает хвощ пестрый. Это лучшие нажировочные зимние пастбища.

1.6 Ландшафты

В Якутии имеется большой опыт изучения мерзлотных ландшафтов как особых природных образований, подчиняющихся закономерностям поведения мерзлотного фактора. Базовой работой для проведения ландшафтных исследований мероприятия будет работа «Мерзлотные ландшафты Якутии» (пояснительная записка к "Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР масштаба 1:2500000) //Федоров А.Н., Ботулу Т.А., Варламов С.П. и др. (1989). На карте мерзлотных ландшафтов отражены базовая информация по характеристикам ландшафта, а в пояснительной записке имеются методологические и методические аспекты ландшафтных исследований в условиях криолитозоны Якутии. Аналогичные исследования должны быть выполнены на ключевых полигонах на Таймыре и на Чукотке.

Ниже приводятся основные принципы изучения мерзлотных ландшафтов, а также краткая характеристика ландшафтов по ключевым участкам на территории Республики Саха (Якутия). По оставшимся регионам (Таймыр, Чукотка) такие работы будут выполняться в ходе полевых работ мероприятия.

Типологические мерзлотные ландшафты являются основными единицами мерзлотно-ландшафтного картографирования (по аналогии с определением Ф.Н.Милькова) и представляют морфологически сходные, одинаковые по происхождению ПТК с относительно однородными мерзлотными условиями. Согласно предлагаемой таксономической схеме ранг мерзлотного ландшафта появляется на уровне рода ландшафта.

Типы (подтипы, роды) ландшафтов

Тип ландшафта представляет собой взаимосвязанную систему типологических ландшафтных комплексов, сходных по морфологической структуре и протекающим физико-географическим процессам, характеризующихся определенным соотношением тепла и влаги, а также соответствующими типами почв и растительности (Мильков, 1970а).

Примерами типов ландшафтов на территории Якутии являются: тундровый, таежный, горно-пустынный, горно-тундровый, подгольцовый (кустарниковый), горно-редколесный, горно-таежный, а такие группа интразональных типов ландшафтов.

Внутри типов ландшафтов имеются некоторые отличия, которые выражаются в следующем таксоне - подтипе ландшафта. В мерзлотно-ландшафтных исследованиях данный таксон определяет распределение важнейших характеристик многолетнемерзлых пород (далее - ММП), таких, как температуры пород на подошве слоя годовых колебаний и мощности сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоя (СТС и СМС). Это, в свою очередь, оказывает существенное влияние на другие характеристики природы, на характер и интенсивность проявления криогенных процессов. Поэтому подтип ландшафта является одним из основных таксонов в мерзлотно-ландшафтных исследованиях.

Род ландшафта отражает качественное состояние литогенной основы. В условиях развития криолитозоны выделяются в типах (подтипах) ландшафтов три рода - сплошных, прерывистых и островных ММП. Так, например, в среднетаежном подтипе ландшафта развиты существенно различающиеся как по внутреннему содержанию (по характеру распространения ММП и температуре пород), так и по внешнему облику комплексы. Поэтому необходимо дальнейшее подразделение с учетом характера распространения ММП или выделение новой таксономической единицы на его основе. В условиях криолитозоны ландшафты, выделенные по биогидроклиматическому фактору, должны рассматриваться в полной таксономической связи: тип - подтип - род ландшафта.

Типы (подтипы, роды) ландшафтов Якутии

Типы (подтипы, роды) ландшафтов подразделены А.Н. Федоровым и др. (1989) нами по характеру общей направленности развития на широтно-зональные, высотно-поясные и интразональные группы типов ландшафтов.

Широтно-зональные типы ландшафтов включают равнинные природные комплексы, развитие которых обусловливается распределением солнечной энергии, что выражается в широтной дифференциации климатических характеристик.

К группе широтно-зональных типов ландшафтов на территории Якутии относятся тундровые и таежные ландшафты, из которых ниже описаны те, которые представлены на изучаемых территориях, а также очень близки к изучаемым и будут сравниваться с тундровыми.

Тундровый тип ландшафта объединяет субарктические ПТК, характеризующиеся безлесьем, широким развитием моховых, лишайниковых, кустарничковых и кустарниковых группировок. Высокоширотное положение обусловливает суровость климата, избыточное Увлажнение при недостатке тепла, невысокую биологическую продуктивность. Этот тип ландшафта подразделяется на три подтипа, обусловленных климатическим фактором. Для всех подтипов на территории Якутии характерен один род ландшафта - сплошные ММП.

Арктотундровые ландшафты_ характеризуются преобладанием травяных и мохово-лишайниковых группировок. Здесь температура пород порядка -9..14°С, мощность СТС от 0,1 до 1,1 м (средние значения 0,4-0,6 м).

Типично тундровые ПТК доминируют в материковой тундровой части территории Якутии. Преобладают кустарничково-мохово-лишайниковые группировки. Температура пород от -6,5 до -12°С, мощность СТС 0,2-1,2 м (средние значения 0,4-0,7 м).

Южнотундровые ПТК представлены кустарниковыми (ерниковыми) растительными группировками. Характерные температуры горных пород от -4 до -9°С. Мощность СТО в доминирующих ПТК варьирует в пределах 0,2-1,2 м. Высотно-поясные типы ландшафтов развиты в горных областях, плоскогорьях, а также на денудационных останцах на приморских равнинах, где развитие ПТК подчиняется закономерностям высотной дифференциации. На территории Якутии группа высотно-поясных ПТК включает пять типов ландшафтов.

Горно-пустынный тип ландшафта занимает привершинные участки горных хребтов, а также плоскогорий и денудационных останцов в высоких широтах (Новосибирские острова, приморские равнины). В зависимости от биогидроклиматической составляющей нижние границы горно-пустынного типа ландшафта варьируют от абсолютной высоты 50 м на островах Северного Ледовитого океана до 1800 .м в горах Южной Якутии. Растительность представлена эпилитными лишайниками на каменистых развалах и осыпях. В основном этими показателями предопределяется суровость мерзлотных условий: характерные температуры пород -9...-14°С, мощность СТС в среднем 0,5-1 м.

Горно-тундровый тип ландшафта согласно вертикальной дифференциации ландшафтов следует за горно-пустынным и занимает привершинные и верхнесклоновые участки горных хребтов, а также вершины и склоны плоскогорий, денудационных останцов на приморских равнинах. Высотные границы горных тундр на денудационных останцах приморской равнины располагаются на высоте 50-100 м, в горах Южной Якутии - с 1500 - 1600 м. Для каменистых местообитаний привершинных участков горных хребтов характерны лишайниковые и дриадовые горные тундры, а в нижних частях склонов и шлейфах - пушицевые и травяно-зеленомошные (Андреев и др., 1987). Средние запасы фитомассы оцениваются в 70 ц/га, ежегодная продукция - в 7 ц/га. По сравнению с горно-пустынным типом ландшафта климат несколько мягче. Температура пород изменяется от -7°С до -II°С, мощность СТС - от 0,4 до 1,5 м.

Подгольцовый (кустарниковый) тип ландшафта по общей схеме вертикальной дифференциации располагается ниже горно-тундрового. Основной фон в растительности создают кедровый стланик, ольховник и кустарниковые березы. Температура ММП изменяется в пределах -3,..-9°С, мощность СТС в среднем от 1,2 до 1,8 м.

Горно-редколесный тип ландшафта представляет следующую ступень горных ландшафтов. Растительность представлена лиственничными редколесьями и рединами обычно с лишайниковым и лишайниково-зеленомошными покровами. Характерна сомкнутость крон 0,1-0,4, высота деревьев 4-8, редко до 15 м. Широкий спектр климатических характеристик определяет контрастность природной среды. По условиям развития ММП горные редколесья подразделены на два рода ландшафтов - сплошные и прерывистые. Горные редколесья в прерывистых ММП встречаются только в горах Южной Якутии. Основным условием формирования прерывистых ММП здесь является геолого-геоморфологический фактор. Температура ММП для горных редколесий со сплошными ММП изменяется в пределах от -3 до -8,5°С, мощность СТС 0,4-1,8 м, а для горных редколесий с прерывистыми ММП температуры изменяются от 0...-4 в мерзлых до 0... 2°с в талых горных породах, мощность СТС от I до 4 м, СМС до 5м.

Интразональные ландшафты. Наряду с широтно-зональными и высотно-поясными обособленно выделена группа интразональных ландшафтов. Под интразональными ландшафтами понимаются такие природные комплексы, в развитии которых ведущую роль играют специфические местные факторы, например, избыточное увлажнение, влияние которых накладывается на общезональные факторы. Интразональные ландшафты подразделены на долинные и водораздельно-маревые.

Интразональные долинные типы ландшафтов представляют собой природные комплексы в современных долинах рек.

Интразональный долинный тундровый тип ландшафта встречается в основном в сочетании с тундровым типом ландшафта (равнинным) и характеризуются специфическим набором почвенно-растительных группировок, дифференциация которых подчинена современному эрозионно-аккумулятивному (аллювиальному) процессу. Преобладают полигонально-валиковые тундроболота, часто с зарослями ольховника и различных видов ив, в сочетании с травяными болотами и пойменными хвощево-злаковыми лугами. Общие климатические характеристики идентичны с тундровым типом ландшафта (см. выше), изменяются лишь условия Дренажа, и поэтому здесь преобладают тундроболота.

Подтипы ландшафта, аналогичные равнинным (арктотундровые и т.д.), не Интразональные водораздельные выделены, так как избыточное увлажнение нивелирует подзональные различия.

В пределах Якутии для интразонального долинного тундрового типа ландшафта характерен один род - сплошные ММП с подрусловыми таликами. Как во всех интразональных ландшафтах, характеристики ММП отличаются большими вариациями, что соответствует контрастности структуры интразональных ландшафтов. Так, температура пород в данном случае изменяется от -4 до -11°С (в среднем -5...-9°С), мощность СТС от 0,15 до 1,5 м (в среднем 0,4-0,9 м).

Интразональный долинный горно-тундровый тип ландшафта характерен для безлесного пояса гор, где гидроклиматические условия способствуют развитию лишь интразональных горно-тундровых сообществ: ерниковых и мелкоивняковых зарослей, осоково-пушициевых тундроболот. Здесь выделен один род ландшафта - сплошные ММП с подрусловыми таликами. Температура пород -5...-8°С, мощность СТС от 0,2 до 1,5 м.

Интразональные водораздельно-маревые типы ландшафтов развиты на приводораздельных слабодренированных участках междуречных пространств.

Интразональный водораздельно-маревый тундровый тип ландшафта обычно занимает термокарстовые равнины и отдельные днища термокарстовых котловин и отличается сильным переувлажнением поверхности.

Здесь доминируют полигонально-валиковые тундроболота. Развитие тундроболот определяется общей климатической составляющей тундрового типа ландшафта и местными условиями дренажа - слабым стоком поверхностных вод. Температура пород порядка -4...-11°С, мощность СТС от 0,15 до 1,1 м.

Типы местности

Тип местности как понятие в специальной географической литературе определяется с нескольких точек зрения. А.Н. Федоровым и др. (1989) он рассматривается как "таксономическая единица ландшафтного картирования, промежуточная между типом урочища и типом ландшафта". Тип местности как ландшафтный комплекс формируется под воздействием как региональных, так и биогидроклиматических факторов.

На территории Якутии А.Н. Федоровым выделено всего 22 типа местности:

I. Маршевый.

Низкотеррасовый (современных долин крупных рек)

Мелкодолинный.

Песчано-грядовый средневысотных террас.

Межгрядово-низинный средневысотных террас.

Межаласный.

7. Аласный.

Древнетеррасовый песчаниково-галечниковый

Зандровый.

10. Моренный.

Плакорный.

Приводораздельный слабодренированный.

Склоновый.

Горно-привершинный.

Плоскогорный слабодренированный.

Горно-склоновый.

Предгорный зандровый.

Предгорный моренный.

Горно-долинный террасовый.

Ледниково-долинный.

Горно-долинный.

1.7 Краткая характеристика ключевого участка

Ключевой участок «Юрюнг-Хая».

А 1.1 Страна Средняя Сибирь, группа тундровых провинций сплошного распространения многолетнемерзлых пород, Анабаро-Оленекская озерно-термокарстовая провинция. Ключевой участок расположен в зандровом типе местности южнотундровом его подтипе и характеризуется кустарниковыми кустарничково-лишайниковыми зеленомошными южнотундровыми сообществами на мерзлотных тундровых перегнойно-глееватых и перегнойно - торфянисто - глеевых почвах.

Характеристика района ключевого участка

1. Расположена на восточной окраине Северо-сибирской низменности, на северо-востоке - кряж Прончищева.

2. Средняя температура января от - 34 °С на севере до - 36 °С на юге, июля от + 4 °С на севере до +10 °С на юге. Осадков выпадает 150-200 мм. в год.

3. Распространены зандровый и низкотеррасовый типы местности. Рельеф - соответственно пологоувалистые поверхности зандровых равнин; и пойма и надпойменные террасы долин крупных рек.

4. Почвы - мерзлотные тундровые перегнойно-глееватые и перегнойно-торфянисто-глеевые и мерзлотные пойменные торфянисто и торфяно-болотные, дерновые глеевые и аллювиальные (слоистые).

Растительность - тундры типичные кустарничково (Vaccinium vitis-idaea, Cassiope tetragona, Dryas punctata) - лишайниково-зеленомошные (Aulacomnium turgidum, Hylocomium splendens, Cetraria cucullata), местами с Carex stans, часто пятнистые; тундроболота полигонально-валиковые с зарослями ольховника (Duschekia fruticosa), ив (Salix pulchra, S. glauca), пушицы влагалищной и осок (Carex stans, C. appendiculata) на валиках и травяные (Carex stans) в мочажинах в сочетании с ивняками (Salix pulchra, S. alaxensis), травяными (Eriophorum polystachion, Arctophila fulva) болотами и пойменными лугами

5. Животный мир региона представлен диким северным оленем, песцом, волком, зайцем, тундровой куропаткой и др.

6. Ландшафты - типично тундровый сплошных ММП и интразональный долинный тундровый сплошных ММП с подрусловыми таликами.

Глава 2. Применение ГИС и СУБД технологий в экологии

2.1 Характеристика геоинформационных систем (ГИС)

Информатизация общества в настоящее время затрагивает все сферы деятельности, в том числе и сферу образования. Одним из проявлений информатизации образовательного процесса это использование географических информационных систем (ГИС).

Географическая информационная система (geographic information system, GIS), ГИС - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

Разработка и использование ГИС являются новым этапом развития картографического метода изучения географии, основанного на использовании самой современной вычислительной техники.

ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных).

В векторной модели ГИС информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Местоположение точки (точечного объекта), описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат.

Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами.

Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки.

Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете.

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства

Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС

ПО ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных; инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные

Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных.

Исполнители

Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы

Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Достаточно очевидным является только применение ГИС в подготовке и распечатке карт и, может быть, в обработке аэро- и космических снимков. Реальный же спектр применений ГИС гораздо шире.

Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза.

До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах. В настоящее время, эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами - экскурсионный и экстремальный туризм.

Как же удается с помощью одной технологии решать столь разные задачи? Чтобы это понять, рассмотрим последовательно устройство, работу и примеры применения ГИС.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

ГИС обычно выполняет пять задач с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование

Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление

В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных, специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Запрос и анализ

При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы как на простые вопросы (Где расположен географический объект? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств.

Визуализация

Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

2.2 Данные дистанционного зондирования

Использование ДДЗЗ в создании тематических ГИС:

Дистанционное зондирование - термин, который означает изучение объектов без непосредственного контакта приемных чувствительных элементов (датчиков или сенсоров) с поверхности исследуемого объекта.

В обычной повседневной практике «дистанционным зондированием» называют фотографические и нефотографические методы съемок поверхности Земли или других планет и их естественных спутников, которые производятся с самолетов, космических аппаратов или других носителей, для изучения состояния или тематического картографирования поверхности исследуемого тела.

Материалы дистанционного зондирования, получающиеся в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. При этом получаемые документы разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам, в зависимости от вида и высоты съемки, аппаратуры, природных особенностей, атмосферных условий и т.д.

В связи с развитием космической техники, начиная с 50-х годов XX века, спутниковые снимки стали вытеснять из картографии аэрофотоснимки. Этому способствовало несколько основных причин:

спутниковые снимки имеют большой охват;

большая повторяемость съемок одной территории;

более низкая стоимость спутниковых ДДЗЗ;

-все возрастающая разрешающая способность спутниковой аппаратуры

Для дистанционного зондирования Земли из космоса обычно используют два основных типа спутников: геостационарные и полярно-орбитальные. Первые, находятся на геостационарной орбите на удалении свыше 36 тыс. км от Земли и сохраняют неизменное положение относительно определенной точки на экваторе. Они осуществляют непрерывный обзор земной поверхности в диапазоне 50° с.ш.-50° ю.ш. Вторые, вращаются по орбитам, плоскость которых приблизительно перпендикулярна плоскости вращения Земли. Они осуществляют обзор земной поверхности через определенные временные интервалы. Такие спутники, как правило, выводятся на полярные солнечно-синхронные орбиты: движение спутника по орбите синхронизируется с вращением Земли, а поворот плоскости орбиты -с вращением Земли вокруг Солнца. В этом случае угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце остается почти постоянным, что позволяет осуществлять съемку земной поверхности при одном и том же местном времени, соответствующем району наблюдения

Главный источник электромагнитной энергии - солнце. Часть радиации отражается, а часть поглощается земной поверхностью и объектами на ней. Для дистанционного зондирования важно то, как объекты нагреваются и как отдают тепло. Горные породы, почвы и поверхностные воды нагреваются и отдают тепло в тепловом диапазоне ИК-излучения. На снимках они различаются разной плотностью тона - ступени серого тона. Необходимо учитывать и то, что в утреннее и вечернее время температура колеблется, следовательно, и отражательная способность варьируется.

При дешифрировании снимков важно знать и атмосферные изменения, которые влияют на качество снимков. Облака, водяной пар, пыль, молекулы С02 и 03 в некоторой степени отражают и поглощают энергию Солнца. Также происходит частичное рассеяние, т.е. ослабление направленного потока излучения

Разности в уровне отраженной или излученной энергии, зафиксированные бортовыми сенсорами, и создают мозаику ДДЗЗ.

Выявлено, что в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах поверхность листа почти прозрачна. Отражение происходит внутри листа, в паренхиме, содержащей хлорофилл и вакуоли воздуха. Степень распределения потока энергии зависит также от содержания микроэлементов в растении, от распределения листьев в пространстве, от тепловой характеристики растений и от многих других факторов. Необходимо учитывать сложность взаимоотношений между потоком солнечного света с Разными видами растений, почвой, структурой рельефа и др.

Возникают своеобразные «окна» в спектре, которые могут фиксироваться приборами космических аппаратов.

При изучении растительного покрова особый интерес вызывает крайний видимый спектр отраженной радиации, в интервале волн 0,4-0,7 мкм и ближний инфракрасный диапазон (0,7-1,3 мкм) излученной радиации.

В этих диапазонных, на спутниковых снимках хорошо видны различия между разными типами растительности. Для создания более контрастной картинки используется синтез трех спектральных каналов: красного спектра и двух ближних инфракрасных, по принципу RGB (Red, Green, Blue). В этом случае каждый из каналов по выбору оператора может представлять или красный, или зеленый, или синий цвет. Получаемая псевдоцветная картинка наиболее точно передает контрастность между типами растительности Это хорошо видно на фрагменте спутникового снимка ASTER. Сопоставление снимков с детальными картографическими данными о рельефе, в виде гипсолиний, позволяет создать предварительную природную классификацию территории на ландшафтной основе. При построении такой классификации учитывается взаимосвязь основных природных компонентов рельефа, почв, растительности.

Объем полевых исследований варьируется в зависимости от различных факторов, таких как имеющаяся информация и ее достоверность, сходство и ассоциативность между категориями растительного покрова. Все необходимые измерения производятся на объектах и при необходимости коррелируются с материалами дистанционного зондирования.

При использовании ДДЗЗ необходимо, по возможности, иметь снимки разного разрешения и сроков съема. Это облегчает дешифрирование и дает более точную информацию о состоянии растительности.