Основные задачи физической географии. Этапы научного познания 2 страница

В настоящее время все чаще «сравнение состояний во време­ни», т.е. исторический метод, используется в сочетании с геофи­зическим и геохимическим методами для исследования наиболее простых и динамичных комплексов, для изучения самих комплек­сов и факторов, формирующих или формировавших их в недале­ком прошлом. Такое изучение базируется на непосредственных на­блюдениях, преимущественно на стационарах, за современными процессами, протекающими в ПТК, либо на анализе картографи­ческих и аэрофотоматериалов. В.С.Преображенский (1969) выде­ляет этот аспект применения исторического метода в качестве са­мостоятельной составной его части — динамического метода.

Стоит упомянуть также возможность проведения анализа на основе изучения исторических документов. Такой анализ может быть назван собственно историческим.

Таким образом, с развитием науки расширяются рамки приме­нения исторического метода, постоянно совершенствуются техни­ческие приемы сбора данных и способы обработки информации, позволяющие в настоящее время получать не только качественную характеристику, но и точные количественные показатели.

В современной физической географии мы можем выделить три основных аспекта исторического метода: палеогеографический, ос­нованный на изучении самых разнообразных «следов» бывших со­стояний ПТК; собственно исторический, базирующийся на изуче­нии исторических документов о бывших состояниях ПТК (в том числе и отраженных в географических названиях и терминах), и динамический, изучающий современные изменения состояний, фик­сируемые преимущественно в процессе стационарных исследова­ний. Из этих трех аспектов самым ранним был, очевидно, соб-

ственно исторический, позже появился и активно развивался па­леогеографический. Совсем недавно, с появлением комплексных физико-географических стационаров (60-е гг. XX в.), зародился и успешно развивается динамический аспект.

Таким образом, кратко рассмотрев современное состояние тра­диционных методов географических исследований, мы видим, что они находят широкое и разнообразное применение в комплекс­ной физической географии.

Методы исследований, используемые с 30 — 50-х гг. XX в. Из этих методов особенно большую популярность получили аэроме­тоды — исследование территории с помощью летательных аппа­ратов. Они подразделяются на аэровизуальные и различные виды съемок, из которых в физико-географических исследованиях на­ходит применение аэрофотосъемка.

Аэровизуальные наблюдения представляют собой обзор местно­сти с самолета или вертолета с целью изучения природных осо­бенностей территории и степени изменения ее человеком. Они при­меняются для рекогносцировки (особенно в труднодоступных райо­нах), для картографирования и дешифрирования аэрофотоснимков. В последнем случае аэровизуальные наблюдения сочетаются с на­земными на ключевых участках. Весьма эффективны аэровизуаль­ные наблюдения для изучения сезонных изменений природы в пространстве (Н.Л.Беручашвили, 1979).

Аэрофотосъемка — это фотографирование местности с летатель­ных аппаратов. Результат съемки — аэрофотоматериалы, представ­ленные в виде снимков, репродукций накидного монтажа, фото­схем и фотопланов. Первые аэрофотосъемки для производствен­ных целей (лесоустройства, землеустройства, дорожного строи­тельства) были проведены в нашей стране в 1924 г. В 30-х гг. XX в. аэросъемкой уже были покрыты огромные пространства, ее мате­риалы использовались для топографических целей, изучения Арк­тики и лесов. Имелись первые опыты применения их для изучения рельефа, болот, рек. Все более очевидной становилась большая научная ценность аэрофотосъемки, однако до окончания Великой Отечественной войны продолжался период широкого, но недо­статочно глубокого использования материалов аэрофотосъемки. Изучались лишь те объекты, которые находили непосредственное отображение на аэрофотоматериалах.

Лишь в послевоенные годы повысился интерес к методам дешиф­рирования аэрофотоизображения. Географы увидели в аэрофото-методах новый многообещающий способ быстрого сбора информа­ции на большой территории. Аэрофотометоды стали использовать во всех географических науках и в ряде смежных наук. Этому способст­вовало появление новых видов аэрофотосъемки: черно-белой спек-трозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совер­шенствование методов дешифрирования аэрофотоизображения.

Советские географы выработали свой, весьма эффективный ме­тод дешифрирования аэрофотоснимков — ландшафтный (Г. В. Гос-подинов, 1960). Сущность его заключается в том, что «путем ана­лиза фотоизображения того или иного географического комплек­са в целом устанавливается та его составная часть, которая непо­средственно на аэрофотоснимках не отобразилась» (С. П. Альтер, 1959. — С. 104). Ландшафтный метод постепенно становится основ­ным при различных территориальных исследованиях с примене­нием аэрофотоматериалов.

Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифро-вочных признаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, а также отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут быть отдешефрированы лишь компонен­ты, непосредственно изображенные на снимках (растительность, рельеф на безлесных участках, водные объекты, незадернованные горные породы), однако и для них эти признаки позволяют полу­чать весьма скудные данные.

Значительно возрастает объем информации, получаемой с аэро­фотоснимков, при использовании косвенных дешифровочных при­знаков. Такими признаками являются взаимосвязи объектов и яв­лений в пространстве и во времени.

Косвенные признаки разнообразны и большинство из них име­ет местное значение, поэтому выявление их требует знания при­родных условий исследуемого района, внимательного изучения взаимосвязей между отдельными компонентами ПТК. Косвенные признаки обычно выявляются путем наземного дешифрирования аэрофотоснимков на ключевых участках, а затем используются при камеральном дешифрировании снимков на остальную территорию. Например, растительный покров служит для определения глуби­ны залегания грунтовых вод в пустыне, а в лесной зоне переход от пойменных лугов и черноолыпаников к сосновым лесам свиде­тельствует о смене поймы террасой и т. д.

Сочетание методов качественного анализа аэрофотоматериалов с количественными (фотометрическим, фотограмметрическим, стереограмметрическим) является наилучшим вариантом приме­нения аэрофотометода, позволяющим полностью использовать богатое содержание аэрофотоснимков.

Аэрометод — это метод исключительно первого этапа позна­ния — сбора фактического материала и получения информации о природных комплексах. Последующая обработка собранных данных производится уже с применением других методов: математических, сравнительного, исторического и т.д. Однако несмотря на это, зна­чение его в географических исследованиях чрезвычайно велико.

Дальнейшее развитие и совершенствование аэрометодов идет по пути автоматизации дешифрирования, а также в рамках аэро­космических методов.

Геофизический метод почти столь же старый и традиционный, как сравнительный и картографический, тем не менее относится к новым точным методам исследования. Дело в том, что долгое время география и геофизика развивались как одна наука. В даль­нейшем геофизические методы в географии использовались лишь при изучении наиболее динамичных компонентов — воздушных и водных масс. Применение их к изучению таких сложных динами­ческих систем, включающих в себя разные уровни организации материи, как природные территориальные комплексы и геогра­фическая оболочка, в целом стало качественно новым этапом в развитии геофизического метода в географии.

Геохимический метод, напротив, довольно молод. Он зародил­ся лишь в начале XX в. на стыке химических наук и наук о Земле. Оба эти метода активно внедряются в современные комплексные физико-географические исследования, поэтому в дальнейшем они будут рассмотрены более детально.

Методы исследований, применяемые с 60 —80-х гг. XX в. Косми­ческие методы географических исследований начали развиваться на базе аэрометодов с 1960 г., когда был запущен первый метео­рологический спутник и получен первый космический снимок Земли. Обладая основными достоинствами аэрометодов, косми­ческие методы имеют перед ними преимущество в том, что дают возможность получать в короткие сроки сопоставимую глобаль­ную информацию о земной поверхности. Это позволяет реально перейти к целостному изучению географической оболочки Земли и слагающих ее компонентных оболочек, а также к установлению глобальных географических закономерностей.

Как и аэрометоды, космические методы относятся к дистанци­онным методам исследования. В настоящее время проводится не­сколько различных видов космических съемок (фотографическая, телевизионная, спектрометрическая, микроволновая и др.). Ис­пользование многообъективных камер делает доступным получе­ние многозональных снимков.

Основным отличием космических снимков от аэрофотосним­ков является их намного большая обзорность, зависящая, как из­вестно, от высотного положения летательного аппарата. Если съемка с высотных самолетов производится с высоты 10 — 20 км, то с помощью ракет она ведется уже с высоты 80 — 250 км. Оптималь­ная высота фотографирования Земли со спутников — 200— 1500 км. Первое глобальное изображение Земли (полушарие в целом) бы­ло получено искусственным спутником «Молния» с высоты 20— 40 тыс. км.

С помощью космических методов получают информацию пре­дельно объективную, массовую, разнообразную, синхронную по обширным участкам географической оболочки. Это дает возмож­ность изучать пространственно-временные изменения географи-

ческой оболочки, современную структуру и динамику ПТК пла­нетарного (глобального) и регионального уровней. Тщательный анализ космических снимков позволяет не только познавать эмпи­рические закономерности, но и подняться на уровень теоретиче­ских обобщений.

Космические методы наиболее тесно связаны в своем исполь­зовании с картографическим и математическими методами. Ме­теорология и геология пока еще остаются главными потребителя­ми информации из Космоса. В комплексной физической геогра­фии также постепенно накапливается опыт применения косми­ческих методов (В. А. Николаев, 1979). Несомненно, что космиче­ские методы будут развиваться дальше и широко использоваться в географии. Однако одной из сложных проблем их использования является огромнейший, буквально лавинный поток информации, требующий обработки и осмысления.

Математические методы издавна применялись в ряде отрас­левых географических наук: климатологии, гидрологии, океано­логии. О необходимости их использования в физической геогра­фии писал еще в середине 30-х гг. А. А. Григорьев. Однако пионе­ром внедрения математических методов в комплексную физиче­скую географию, безусловно, стал Д.Л.Арманд (1949, 1950, 1966, 1975 и др.).

Объективные трудности применения математических методов к изучению ПТК заключаются в сложности структуры объектов ис­следования, в чрезвычайно слабой формализации ландшафтных понятий и недостаточной математической подготовке географов.

Известно, что ПТК представляют собой сложные динамиче­ские системы со множеством прямых и обратных связей как внутри комплекса (между его составными частями), так и с окружающей ПТК средой. Это делает ПТК принципиально вероятностными системами, для изучения которых мало подходят те разделы мате­матики (дифференциальное и интегральное исчисление), с кото­рыми обычно были знакомы географы. Развитие новых разделов математики, специально предназначенных для изучения сложных динамических систем, и накопленный опыт их использования в биологии и геологии облегчили внедрение математических мето­дов в географию.

Переломным в математизации географии был 1960 г., когда на Международном географическом конгрессе в Стокгольме совет­ские географы выступили с рядом докладов о математических ме­тодах в географии. После этого появился буквально поток работ по применению математических методов в географии, охвативший и комплексную физическую географию (Б.Л.Гуревич, Ю.Г. Сауш-кин, 1966; Ю.Г.Пузаченко, 1967—1971).

Кроме методов математической статистики и теории вероятно­сти, широко используемых в настоящее время в физической гео-

графии (Т.Д.Александрова, 1975), применяются также математи­ческий анализ, теория множеств, теория графов, матричная ал­гебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использо­вание теоретико-информационных методов и кибернетики.

А. Д. Арманд (1975) считал, что не так интересен вопрос о том, какие разделы математики применяются в решении тех или иных географических задач, как важно проследить, какие математиче­ские методы используются на разных ступенях географического исследования, на разных этапах познания.

Существует также мнение о том, что не только сами географы должны выбирать для решения своих задач те или иные математи­ческие методы, а что более естествен и продуктивен путь приспо­собления самого математического аппарата к мышлению географа для облегчения выполнения наиболее часто повторяющихся опе­раций (Л.С.Гаранин и др., 1979).

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных за­кономерностей географы все больше начинают использовать мате­матический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, тео­рию вероятности и теорию конечных автоматов (В. С. Преображен­ский, 1972. — С. 120— 121). При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза.

Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т. д. по сути дела уже является модели­рованием.

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логиче­ских методов, а также методов моделирования и кибернетики.

Моделирование как метод исследования в последнее время при­обретает все более широкое распространение. Оно представляет собой естественный прием познания и практической деятельно­сти, особую форму опосредования. При моделировании между ис­следователем и интересующим его объектом ставится некоторое промежуточное звено — модель. Модель должна быть похожа на оригинал, но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой, субстратом, структурой, скоростью процес­сов и т.д.), так как при полном совпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модель перестает выпол­нять свои функции.

В течение столетий люди пользовались моделями без специаль­ного теоретического обоснования. Возникновение моделирования как метода теоретического познания связано с появлением в кон-

це XVII в. учения И. Ньютона о подобии. Дальнейшее его становле­ние произошло только в XIX в., после открытия закона сохране­ния и превращения энергии. Но свои более развитые формы модели­рование приобрело в теоретическом естествознании лишь в XX в. (Н. Б. Новик, 1965).

В 60 — 70-х гг. XX в. проблемам моделирования посвящено боль­шое количество работ, в том числе географических. В физической географии понятие «модель» трактуется очень широко. «Моделью может быть и теория, и закон, и гипотеза, и идея, обладающая определенной структурой. Моделью может быть также и роль, со­отношение, уравнение или синтез данных. Для географии особен­но важно, что моделями можно считать и суждения о реальном мире, получаемые с помощью переносов в пространстве (простран­ственные модели) и во времени (исторические модели)» (П.Хаг-гет, Р.Дж.Чорли, 1971. — С. 10). А.Д.Арманд также называет мо­делью «любую систему, подобную другой системе, которая при­нимается за оригинал и служит для кого-то в чем-то заместителем оригинала» (1975).

Модели и моделирование в таком понимании не являются чем-то принципиально новым для географии. Буквально с первых ша­гов развития географии в ней использовались элементы моделиро­вания и простейшие модели в виде описаний, зарисовок, а позд­нее схем и карт. По сути дела любые формы фиксации результатов наблюдений (протоколы наблюдений) — описания, рисунки, таб­лицы, профили, схемы, графики, фотографии, карты, уравнения и т.д. — являются моделями ПТК.

Классификацию моделей в применении к природным комп­лексам разработал А.Д.Арманд (1975). Он различает модели при­родных комплексов по назначению (теоретические, поисковые, портретные); по логическому пути построения (дедуктивные, ин­дуктивные); по степени отражения действительности (статиче­ские, кинематические, динамические); по применению числового материала (качественные, количественные); по характеру реали­зации (физические, символические, идеальные); по учету случай­ных отклонений (детерминированные, вероятностные); по учету физической сущности моделируемого процесса (обмен веществом, обмен энергией, обмен информацией).

Значение моделирования для комплексной физической геогра­фии заключается в том, что оно позволяет в процессе упрощения изменить масштаб размерности, масштаб времени и масштаб слож­ности. С масштабом размерности географы имели дело с давних времен при построении карт. Изменение временного масштаба в комплексной физической географии начало практиковаться зна­чительно позже в связи с изучением динамики ПТК. Наиболее интересным и одновременно наиболее трудным является модели­рование масштабов сложности ПТК.

Моделирование как процесс познания включает в качестве обя­зательного этапа исследование построенной модели. Например, ландшафтная карта как модель должна не просто отражать резуль­таты полевой проверки и уточнения предварительной ландшафт­ной карты, составленной еще до выезда в поле, но и давать допол­нительную информацию, допустим, о морфологической структу­ре ПТК. Здесь уже на первый план выдвигается не образность мо­дели, а ее способность выступать в качестве заместителя оригина­ла в определенных пределах, важных для исследования. Чтобы мо­делирование выполняло свою функцию в полной мере, необходи­ма экстраполяция результатов изучения модели на оригинал и последующая проверка полученной информации путем сравнения с природой, с содержанием изучаемого объекта.

На разных этапах комплексных физико-географических иссле­дований моделирование играет различную роль и применяются, как правило, разные модели. На этапе сбора фактического материа­ла используются преимущественно портретные символические мо­дели, репродукционные, аналоговые. Эти модели применяются давно и широко.

На этапе получения эмпирических закономерностей в науке обычно возрастает роль физических моделей. Это приемлемо для тех отраслевых географических наук, которые занимаются изуче­нием неживой природы. Создание же физической модели ПТК невозможно как минимум до тех пор, пока не будут созданы моде­ли живых организмов — составных частей ПТК. Поэтому в комп­лексной физической географии на этапе получения эмпирических закономерностей используются другие модели: символические портретные и поисковые, среди которых все большее значение приобретают математические модели. Находят применение также модели-представления.

На теоретическом этапе познания должны прежде всего исполь­зоваться идеальные модели, модели-представления (В.С.Преоб­раженский, 1969). Перспективным для дальнейшего развития комп­лексной физической географии представляется использование пре­имуществ кибернетического моделирования как метода теоретиче­ского осмысления сложных динамических систем. Оно опирается на принцип статистической связи функции и структуры и являет­ся функциональным. Центральное место в нем занимает не рас­смотрение сложной динамической системы самой по себе, а зави­симости функционирования системы от среды, характеристика ее поведения в определенной среде. Этот аспект кибернетического моделирования особенно привлекает географов в связи с разра­боткой географических прогнозов.

Таким образом, модели в географии используются давно, од­нако в настоящее время резко возросла роль теоретического моде­лирования, почему и метод моделирования отнесен к новейшим.

С проблемой моделирования тесно перекликается задача по­строения банка географических данных, который должен представ­лять собой автоматизированную систему обработки и анализа ин­формации. Нужно, чтобы такая система позволяла хранить, на­капливать, систематизировать, комбинировать и перерабатывать географические данные для любых целей и в любой последова­тельности.

Не имея возможности в кратком учебном курсе охарактеризо­вать подробно все методы, применяемые в географических иссле­дованиях, порекомендуем два источника:

Дьяконов К.Н., Касимов Н.С., Тикунов B.C. Совре­менные методы географических исследований. — М.: Просвеще­ние, 1996;

Жучкова В.К., Раковская Э.М. Географическая среда— методы исследования. — М.: Мысль, 1982.

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

Дата добавления: 2015-05-09