Развитие методов в физической географии

Метод науки — это «общий способ достижения адекватного и всестороннего отражения предмета исследования, раскрытия его сущности, познания его законов». В каждой науке методы исследования формируются в процессе ее развития в зависимости от предмета и цели исследования, уровня развития теории, и в то же время сами способствуют дальнейшему разви­тию теории.

Множественность методов, используемых при научных иссле­дованиях, требует определенной их систематизации. Б.М. Кедров все научные методы в естествознании делит на три основ­ных группы: общие, особенные и частные.

Общие методы используются всеми естественными науками при изучении любого из их объектов. Наиболее общим методом иссле­дования природы является диалектический, который конкретизи­руется в двух различных формах: в виде сравнительного метода, с помощью которого раскрывается всеобщая связь явлений, и исто­рического, служащего для раскрытия и обоснования принципа раз­вития в природе.

Особенные методы тоже находят применение во всем естество­знании и не ограничиваются рамками одной какой-либо формы движения материи. Однако они касаются не всего исследуемого объекта в целом, а лишь одной определенной его стороны (явле­ния, количественной стороны и т.д.) или же определенных при­емов исследования, таких как наблюдение, эксперимент, измере­ние, индукция и дедукция, анализ и синтез, формализация, модели­рование и т.д.

Частные методы — это специальные методы, связанные со специфическим характером той или иной формы движения мате­рии (химические, физические, биологические, геологические). Одни из них применяются только в пределах отдельных естествен­ных наук, другие используются при изучении объектов в смежных науках, но на уровне определенной формы движения материи.

Таким образом, в основу классификации методов Б.М. Кедров положил степень их универсализации. В согласии с этим принци­пом мы можем предложить для методов комплексных физико-гео­графических исследований следующую классификацию:

общие, представляющие собой конкретизацию диалектическо­го метода, - сравнительно-географический и историко-географический (исторический);

особенные, используемые во всех географических науках, - картографический, математический, моделирования, прогнозирова­ния, районирования, эксперимента;

частные, применяемые во всех естественно-географических (физико-географических) науках, - геохимический, геофизический, палеогеографический, аэрометоды, космические методы.

Для экономико-географических наук характерен иной набор частных методов.

Рангами ниже являются специфические и конкретные методы (или простые методы и методические приемы). Они существуют как бы внутри общих, особенных и частных методов.

Специфические методы формируются в процессе решения опре­деленных научных задач и в последующем применяются для реше­ния задач данного класса. В комплексной физической географии это методы: ландшафтный, комплексной ординации, физико-геогра­фического районирования и т.д. Некоторые из специфических мето­дов комплексной физической географии могут использоваться и в других науках, но уже в виде определенных модификаций. Напри­мер, ландшафтный метод в виде ландшафтно-индикационного на­ходит все более широкое применение в геологии, географии почв, мерзлотоведении, гидрогеологии и т.д.

Конкретные методы - это составные части специфического метода, простые методы и приемы решения частных задач. Напри­мер, метод сбора образцов для ландшафтно-геохимических или других видов исследований, конкретные методы фиксации мате­риалов наблюдений или их обработки и т.д.

Множественность методов исследования порождает попытки их классификаций (Д.Л.Арманд, В.С.Преображенский, и др.). К.К. Марков особо выделял так называемые «сквоз­ные» методы — сравнительно-описательный, геофизический, гео­химический, палеогеографический, картографический и математи­ческий, применяемые во всех физико-географических науках.

Представляет известный интерес и его классификация методов физической географии по истории их становления. Различают ме­тоды: традиционные (сравнительно-географический, историко-географический, картографический), зародившиеся на заре челове­ческой культуры; новые (геофизические, геохимические, аэроме­тоды), применяемые в физико-географических исследованиях с 30 - 50-х гг. XX в.; и новейшие (космические, математического моделирования, геоинформационные и др.), появившиеся в фи­зической географии в 60 — 80-х гг. XX в.

Методы исследований динамичны. Каждый из них со временем приобретает новые черты. Набор применяемых методов существенно меняется на разных уровнях исследования — глобальном, регио­нальном и локальном. Меняется он и при решении конкретных задач физико-географических исследований.

Традиционные методы. Едва ли не самым древним и широко распространенным методом географических исследований являет­ся сравнительно-географический. Основы его были заложены еще античными учеными (Геродотом, Аристотелем), однако в Сред­ние века в связи с общим застоем науки методы исследований, применявшиеся учеными античного мира, были забыты. Осново­положником современного сравнительно-географического метода считают А. Гумбольдта, применившего его первоначально для изу­чения связей между климатом и растительностью. Географ и путе­шественник, член Берлинской Академии наук и почетный член Петербургской Академии наук, Гумбольдт посетил в 1829 г. Россию (Урал, Алтай, Прикаспий). В России были опубликованы его монументальный пятитомный труд «Космос» и трехтомник «Центральная Азия».

«Исходя из общих принципов и применяя сравнительный ме­тод, Гумбольдт создавал физическую географию, призванную вы­яснять закономерности на земной поверхности в ее твердой, жид­кой и воздушной оболочках».

Широко использовал сравнительный метод в географии и К. Риттер. Его наиболее известные труды — «Землеведение в отношении к природе и к истории человека, или Всеобщая сравнительная география», «Идеи о сравнительном землеведении».

В настоящее время сравнение как специфический логический прием пронизывает все методы географических исследований, но вместе с тем оно давно выделилось в качестве самостоятельного метода научных исследований — сравнительно-географического, который приобрел особенно большое значение в географии и био­логии.

Природа Земли столь разнообразна, что только сравнение раз­личных природных комплексов позволяет выявить их особенно­сти, их наиболее характерные, а потому и наиболее существенные черты. «Сравнение способствует выделению из потока географи­ческой информации особенного и потому главного». Выявление сходства и различия ПТК позволя­ет судить о причинной обусловленности сходства и генетических связях объектов. Сравнительно-географический метод лежит в ос­нове любой классификации ПТК и других объектов и явлений природы. На нем базируются различного рода оценочные работы, в процессе которых свойства ПТК сопоставляются с требованиями к ним, предъявляемыми тем или иным видом хозяйственного использования территории.

На первых этапах своего применения сравнительный метод ис­черпывался зрительным сопоставлением объектов и явлений, за­тем стали анализироваться словесные и картографические образы. В обоих случаях сравнивались преимущественно формы объектов, их внешние признаки, т.е. сравнение было морфологическим. В даль­нейшем, с развитием геохимического, геофизического и аэрокос­мических методов, появилась возможность и необходимость ис­пользования сравнительного метода для характеристики процес­сов и их интенсивности, для изучения взаимосвязей между раз­личными объектами природы, т.е. для изучения сущности ПТК. Возможности и надежность сравнительного метода, глубина и пол­нота получаемых с его помощью характеристик, точность и досто­верность результатов постоянно возрастают. Массовость геогра­фической информации заставляет ужесточать требования к ее од­нородности. Достигается это путем строгой фиксации наблюдений в специальных бланках и таблицах. На непродолжительном этапе (в 60 — 70-х гг. XX в.) для анализа большого количества материалов использовались перфокарты. В настоящее время сравнительный метод неразрывно связан с математическим и с использованием компьютерной техники.

Особенно велика роль сравнительного метода на этапе нахож­дения эмпирических зависимостей, но фактически он присутству­ет на всех уровнях научных исследований.

Различают два основных аспекта применения сравнительно-гео­графического метода. Первый аспект связан с использованием умо­заключений по аналогии (метод аналогий). Он заключается в сопо­ставлении слабо изученного или неизвестного объекта с хорошо изученным. Например, в ландшафтном картографировании еще в камеральный период и в процессе рекогносцировочного ознаком­ления с территорией выделяются группы сходных по своему ха­рактеру ПТК. Из них детально обследуются лишь немногие, на остальных объем полевых работ весьма сокращенный, некоторые вовсе не посещаются, а их характеристика в легенде карты дается на основании материалов хорошо изученных ПТК.

Второй аспект состоит в исследовании одинаково изученных объектов. Возможны два пути сравнения таких объектов. Можно сравнивать объекты, находящиеся на одинаковой стадии развития, что позволяет установить их сходство и различие, искать и нахо­дить факторы и причины, обусловливающие их сходство. Это по­зволит сгруппировать объекты по сходству, а затем применить ха­рактеристики однотипных объектов для рекомендаций по их ис­пользованию, прогнозированию их дальнейшего развития и т.д. Другой путь заключается в сравнении объектов, существующих одновременно, одинаково изученных, но находящихся на разной стадии развития. Этот путь дает возможность раскрыть стадии раз­вития близких по генезису объектов. Такое сравнение лежит в ос­нове эргодического принципа Больцмана, позволяющего по из­менениям ПТК в пространстве проследить их историю во времени. Например, развитие эрозионных форм рельефа от промоины до балки и долины ручья. Этим путем сравнительный метод логиче­ски и закономерно привел географию к историческому методу ис­следования.

Картографический метод познания действительности столь же широко распространенный и такой же (или почти такой же) древ­ний, как и сравнительно-географический. Прародителями совре­менных карт были наскальные рисунки древнего человека, рисун­ки на коже, резьба по дереву или кости, позже - первые прими­тивные «карты» для мореплавания и т.д. Первым осознал значение картогра­фического метода и ввел его в обиход еще Птолемей. Картографи­ческий метод продолжал интенсивно развиваться даже в Средние века. Достаточно вспомнить фламандского картографа Меркатора, который создал цилиндрическую равноугольную проекцию карты мира, до сих пор используемую в морской кар­тографии.

Особенно большое значение и развитие картографический ме­тод приобрел в эпоху Великих географических открытий. Первона­чально карты использовались исключительно для изображения взаимного размещения и сочетания различных географических объектов, сопоставления их размеров, с целью ориентирования, оценки расстояний. Тематические карты для научных исследований появились лишь в XIX в. А. Гумбольдт был одним из первых созда­телей карт, на которых изображались абстрактные понятия. В част­ности, он ввел в науку новый термин «изотермы» — линии, по­зволяющие изобразить на карте распределение на территории теп­ла (невидимого на местности). В.В. Докучаев в почвенном карто­графировании также не только изображал пространственное раз­мещение почв, но и строил легенды карт с учетом генетического принципа и факторов почвообразования. А.Г. Исаченко писал, что с помощью карт может изучаться не только состав и структура географических комплексов, но и элементы их дина­мики, развития.

Постепенно картографический метод стал неотъемлемой ча­стью самых разнообразных географических исследований. Л.С. Берг отмечал, что карта является началом и концом географи­ческого изучения, описания и выделения ландшафта. Н.Н. Баран­ский также утверждал, что «карта есть «альфа и омега» (т.е. начало и конец) географии. От карты всякое географическое исследова­ние исходит и к карте приходит, с карты начинается и картой кончается». «Карта... способствует выявлению географических закономерностей». «Карта является как бы вторым языком геогра­фии...».

По К.А. Салищеву, картографический метод исследования заключается в использовании разнообразных карт для описания, анализа и познания явлений, для получения новых знаний и характеристик, изучения процессов развития, установ­ления взаимосвязей и прогноза явлений.

На начальных этапах познания картографический метод — ме­тод картографирования — используется как метод отображения объективной реальности. Карта служит специфической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранения гео­графической информации.

Своеобразным протоколом полевых наблюдений является кар­та фактического материала, дальнейший анализ которой позволя­ет создать первичную тематическую (специальную) карту. Легенда к карте представляет собой результат классификации изображен­ных на ней объектов. Таким образом, в создании тематической карты используется не только картографический, но и сравни­тельный метод, применение которого позволяет провести класси­фикацию фактических данных, выявить определенные закономер­ности и на их основе выполнить генерализацию, т.е. перейти от конкретного к абстрактному, к формированию новых научных понятий.

На основе карты фактического материала может быть состав­лен целый ряд специальных карт, главной из которых служит ландшафтно-типологическая карта - итог поле­вого ландшафтного картографирования.

Ландшафтная карта, представляющая собой уменьшенное ге­нерализованное изображение ПТК на плоскости, - это, прежде всего, пространственная знаковая модель природных территори­альных комплексов, полученная по определенным математиче­ским законам. И как всякая модель она сама служит источником новой информации о ПТК. Картографический метод исследова­ния как раз и направлен на получение и анализ этой информации с целью более глубокого познания объектов и явлений.

Источником информации в этом случае служит не сама объек­тивная реальность, а ее картографическая модель. Результаты та­ких опосредованных наблюдений в виде разнообразных качест­венных или количественных данных фиксируются в виде сло­весного описания, таблиц, матриц, графиков и т.д. и служат мате­риалом для выявления эмпирических закономерностей с помо­щью сравнительного, исторического, математических и логиче­ских методов.

Еще более широкие перспективы для изучения взаимосвязей и зависимостей между объектами, установления основных факторов их формирования и причин наблюдаемого размещения открываются при сопряженном изучении нескольких карт различного со­держания. Сопоставляться могут карты одинакового содержания, но составленные и изданные в разное время, либо карты, состав­ленные одновременно, но фиксирующие разные моменты време­ни (например, серия карт среднемесячных температур, серия па­леогеографических карт и т.д.). Главная цель сравнения разновре­менных карт - изучение динамики и развития изображенных на них объектов и явлений. При этом большое значение имеют точ­ность и достоверность сравниваемых карт.

Совершенствуются не только картографические методы и со­ставляемые карты, но и методы их анализа. В недалеком прошлом основным и едва ли не единственным приемом анализа карт был визуальный анализ. Его результат — качественное описание объек­тов с некоторыми количественными характеристиками, которые могли быть прочтены с карты или оценены глазомерно и пред­ставлены в виде отдельных показателей, таблиц, графиков. Важно при этом не ограничиваться простым изложением фактов, а по­стараться вскрывать связи и причины, давать оценку изучаемым объектам. Затем появился и стал широко применяться графический анализ, который заключается в составлении по данным, получен­ным с карт, различных профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и т.д. и дальнейшем их изучении. Графоаналитиче­ские приемы анализа карт заключаются в из­мерении по картам количественных пространственных характери­стик объектов: длин линий, площадей, углов и направлений. На основании результатов измерений рассчитываются разнообразные морфоаналитические показатели. Графоаналитические приемы ча­сто называют картометрией, или картометрическим анализом.

Картографический метод исследования особенно широко используется на начальных этапах познания (при сборе и фикса­ции результатов наблюдений в природе и их систематизации), а также для отражения выявленных в процессе изучения эмпири­ческих закономерностей и получения с готовых карт новой ин­формации, переработка которой с помощью других методов по­зволяет не только получать новые эмпирические закономерности, но и формировать теорию науки. Картографирование результатов исследований - неотъемлемая часть комплексных физико-геогра­фических исследований.

Исторический метод познания природы также один из тради­ционных методов географических исследований, хотя он сформи­ровался значительно позднее сравнительного и картографическо­го методов и в значительной мере опирается на них.

Возникновение исторического метода стало возможным лишь в XVIII столетии, когда распространилось представление об измен­чивости природы поверхности Земли. Основоположниками его были немецкий ученый И. Кант, создавший небулярную космогоническую гипотезу, и наш великий соотечественник М.В. Ломо­носов. Всем известно замечательное высказывание Ломоносова в его труде «О слоях земных»: «И, во-первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начал от создания, как ныне находим; но великие происходили в нем перемены, что показывают История и древняя География, с нынешнею снесенная...».

Признание изменчивости природы Земли требовало ее изуче­ния. Попытки использовать для решения этой проблемы уже суще­ствовавшие методы привели к их трансформации в связи с появ­лением новых аспектов их применения, решением новых задач и использованием новых приемов, в результате чего и сформиро­вался исторический метод.

Современный исторический метод базируется на положении диалектического материализма о непрерывном движении и разви­тии материи. Исторический метод играет решающую роль во всех случаях, когда исследуемые объекты и процессы требуют своего рассмотрения в развитии и становлении, поэтому он является од­ним из основных методов комплексной физической географии. Еще в 1902 г. Д.Н. Анучин писал, что «представление об эволюции, о ходе развития, о процессах и силах, которыми это развитие вызы­валось и обусловливалось», необходимо иметь «для более осмыс­ленного понимания настоящего». Исторический метод позволяет «познать настоящее в его развитии», является ключом к пониманию современных закономерностей природы и помогает дать прогноз ее развития в будущем.

Задача исторического анализа в комплексных физико-геогра­фических исследованиях - проследить становление современных черт природы Земли, установить исходное состояние того или иного ПТК и ряд его конкретных переходных состояний (стадий разви­тия), изучить современное состояние как результат произошед­ших изменений, выявить движущие силы и условия процесса развития. Однако при историческом анализе чаще всего используются не сами состояния природных комплексов, а разнообразные «сле­ды» когда-то существовавших состояний. Ретроспективный анализ, основанный на изучении «следов состояний» ПТК, дает возмож­ность познать взаимосвязи между различными компонентами и комплексами в историческом аспекте, т.е. создать пространствен­но-временную характеристику ПТК.

В.А.Николаев обращает внимание на то, что при комп­лексных физико-географических исследованиях и ретроспектив­ный анализ должен быть достаточно комплексным, т.е. должен включать не только литогенные, но и биогенные компоненты, которые фиксируют наиболее поздние этапы становления ПТК и поэтому дают ценный материал для установления тенденций даль­нейшего развития комплексов. Насколько глубоко такой анализ может проникнуть в прошлое ПТК и насколько достоверен и дета­лен он будет, зависит от возраста, обилия и разнообразия таких «следов состояний».

Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ПТК для палеогеографических реконструкций используется ряд других методов: спорово-пыльцевой, карпологический, палино­логический, фаунистические анализы, изучение погребенных почв и коры выветривания, археологический, радиоуглеродный, стра­тиграфический, минералогический, гранулометрический и т.д.

Глубина палеогеографического анализа в очень большой степе­ни зависит от ранга изучаемого природного комплекса. Чем круп­нее комплекс, чем он устойчивее, тем более длительный отрезок времени требуется проанализировать при изучении процессов его становления. Чем мельче комплекс, чем он моложе, тем он мо­бильнее и тем короче временной отрезок его формирования. Чаще всего палеогеографический анализ применяется для изучения чет­вертичной (антропогеновой) истории, но может применяться и для более отдаленных периодов.

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 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, собственно 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.

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 аэрофотометодах 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 спектрозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совер­шенствование методов дешифрирования аэрофотоизображения.

Советские географы выработали свой, весьма эффективный ме­тод дешифрирования аэрофотоснимков — ландшафтный. 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». Ландшафтный метод постепенно становится основ­ным при различных территориальных исследованиях с примене­нием аэрофотоматериалов.

Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифровочных признаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, а также отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут быть отдешифрированы 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 черноольшаников 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 географической 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. 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.

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.

Кроме методов математической статистики и теории вероятно­сти, широко используемых в настоящее время в физической географии, 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.

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. 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 конце 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.

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)». 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».

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. 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. 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.

Дата добавления: 2014-01-05