Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Диссертационная работа:

Владимиров Игорь Николаевич. Динамика таежных геосистем Предбайкалья: моделирование и прогнозирование : Дис. ... канд. геогр. наук : 25.00.23 : Иркутск, 2004 221 c. РГБ ОД, 61:05-11/79

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ГЕОСИСТЕМЫ -ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИРОДНЫЕ СИСТЕМЫ 12

•*[. 1. Основные понятия и методы исследования географических объектов как динамических систем 12

1.1.1. Основыне понятия 12

1.1.2. Графы и модели 22

1.2. Динамика и устойчивость геосистем 24

1.3. Исследование и моделирование динамики компонентов геосистем 27

1.3.1. Лесная растительность 29

1.3.2. Динамика популяций животных 36

1.3.3. Гидрологическая динамика 38

1.3.4. Геохимические процессы 40

1.4. Система математических моделей таежных геосистем. Модели динамики биотических компонентов 43

1.5. Учет изменения эколого-экономической ситуации при моделировании и решении прогнозных ЗАДАЧ 47

ГЛАВА 2. ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ И ГЕОСИСТЕМНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 50

2.1. Территориальные особенности Предбайкалья 50

2.2. Динамика лесов Предбайкалья 56

2.3. Описание ключевого участка и методика натурных исследований

2.3.1. Усть-1 Ілимский район 62

2.3.2. Обшая характеристика используемой информации 66

2.3.3. Методика наземных наблюдений и обработки результатов 71

2.4. Ландшафтно-динамическая структура района исследования 79

ГЛАВА 3. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ГЕОСИСТЕМ 86

3.1. Информационное обеспечение задач прогнозирования динамики растительного покрова 86

3.2. Интегрированная многоуровневая геоинформационная система оценки состояния таежных геосистем ПРЕДБАЙКАЛЬЯ 89

3.2.1. П 1С состояния лесного фонда 89

3.2.2. П 1С квартальных итогов 92

3.2.3. П 1С иовыделыюй информации 96

3.2.4. ГИС «Животные ресурсы Иркутской области» 98

3.2.5. ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов 100

3.3. Ландшафты Иркутской области 104

ГЛАВА 4. МНОГОУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ: ОПИСАНИЕ, ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗ И ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ Ю7

4.1. Однозначность прогнозных динамических моделей 107

4.2. Многоуровневая система моделей 111

4.2.1. Модели локального уровня 111

4.2.2. Модели субрегионального уровня 112

4.2.3. Модели регионального уровня 113

4.3. Прогноз динамики лесных ресурсов Иркутской области 115

4.4. Проверка работоспособности моделей и правильности оценки коэффициентов базовых уравнений, связь с ландшафтной структурой территории 1 17

4.5. Ландшафтная обусловленность направления и интенсивности биотических процессов в Приангарской ТАЙГЕ 127

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ГЕОСИСТЕМ И ПРОГНОЗНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ 135

5.1. Анализ антропогенной динамики геосистем по разновременным космическим снимкам 135

5.2. Выделение природных границ по временной серии космических снимков 142

5.3. Математическое моделирование сезонной динамики геосистем по космическим геоизображениям 148

5.4. Прогнозно-анимационное картографирование динамики растительного покрова 156

5.5. Восстановительно-возрастная динамика лесного покрова в разных ландшафтных ситуациях (ландшафтная идентификация) 163

5.5.1. Взаимосвязь классификационных лесотипологических и ландшафтно-географических единиц 164

5.5.2. Восстановительно-возрастная динамика лесного покрова в Усть ілимском районе 167

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 184

ЛИТЕРАТУРА 189

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 202

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 208

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 214

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 218 

Введение к работе:

К числу основных задач учения о геосистемах В.Б. Сочава (1978) относил моделирование геосистем с учетом их спонтанной и антропогенной динамики и соответствующих им природных режимов, поиск рациональных приемов количественной оценки геосистем и ландшафтообразующих процессов, познание пространственно-временных закономерностей и анализ состояний геосистем.

В связи с этим актуальным остается решение задачи изучения и моделирования динамики таежных геосистем, в частности, района Предбайкалья, который характеризуется уникальными и контрастными природными условиями, с одной стороны, разнообразным и активным антропогенным воздействием на геосистемы, с другой.

Современное моделирование основано на совместном использовании натурных исследований, геоинформационных технологий, способствующих эффективному решению научных и прикладных задач оценки и контроля состояния геосистем, и математических моделей прогнозирования динамики геосистем, описывающих фундаментальные закономерности смены состояний таежных лесов с учетом местных особенностей природной среды. По причине продолжительности восстановительно-возрастной динамики геосистем математические модели становятся необходимым и единственным инструментом для исследования естественной динамики геосистем и оценки последствий воздействия внешних антропогенных факторов.

Цели исследовании - системное изучение факторов, условий, закономерностей динамики таежных геосистем, их внутренних и внешних связей, совершенствование информационных основ и развитие математических методов моделирования геосистем с учетом особенностей их местоположения, разработка методов прогнозно-динамического картографирования таежных геосистем на различных уровнях организации.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи.

1. Провести анализ методов исследования и моделирования компонентов геосистем как динамических систем.

2. Разработать методы оценки параметров математических моделей прогнозирования динамики геосистем применительно к конкретным географическим местоположениям.

3. Реализовать методику автоматизированного выделения границ геосистем по временным сериям космических снимков.

4. Создать геоинформационную систему оценки состояния и прогноза динамики таежных геосистем Предбайкалья.

5. Разработать методику прогнозно-динамического картографирования лесов на различных уровнях организации геосистем.

Объект исследования - таежные ландшафты Предбайкалья разной степени антропогенной нарушенности. Натурные работы проводились в Слюдянском, Иркутском, Ольхонском и Усть-Илимском районах Иркутской области. В качестве модельной территории выбраны ландшафты Усть-Илимского района. Предмет исследования - структура и динамика геосистем.

Исходные материалы. Для территории Предбайкалья использовались космические снимки высокого (Ресурс-Ф2М (МК-4), Terra (Aster), Landsat (ТМ, ЕТМ+)) и низкого пространственного разрешения (NOAA/AVHRR), топографические карты Ml:100 000, 1:200 000 (бумажный и электронный варианты), данные государственного учета лесного фонда лесхозов Иркутской области, лесотаксаци-онные материалы по Усть-Илимскому району, материалы маршрутных исследований, литературные источники и тематические карты различного содержания.

Методы исследования. Исследования выполнены с использованием методов натурных физико-географических исследований, математического, компьютерного и геоинформационного моделирования, статистического анализа данных, визуального и автоматизированного дешифрирования космических снимков.

Теоретической основой и руководящими принципами данной работы стали идеи, изложенные в учении о геосистемах В.Б. Сочавы и экспериментальном ландшафтоведешш А.А. Крауклиса, теоретические представления о методах дистанционного зондирования Б.В. Виноградова, А.Д. Китова, А.К. Черкашина, методология иолисистемного моделирования А.К. Черкашина, результаты Л.В. Попова но исследованию восстановительных рядов по генетическим типам леса, ландшафтный метод изучения лесов Д.М. Киреева, представления о роли пожаров в формирование лесов В.В. Фуряева.

Научная новизна.

1. Впервые разработана комплексная ГИС, отражающая ландшафты и состояние компонентов региональной системы Предбайкалья и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности.

2. Проведен специальный анализ главных тенденций естественных и антропогенных изменений таежных лесов Иркутской области за 30-летний период, доказана адекватность результатов расчета по региональной математической модели лесных ресурсов наблюдаемым за этот период изменениям в лесном фонде.

3. Созданы основные блоки интегрированной ГИС, объединяющей оперативную космическую информацию, материалы текущей инвентаризации природных ресурсов, хозяйственные характеристики природопользования, ландшафтно-тииологические карты разного масштаба и многоуровневую систему математических моделей.

4. Проведены расчеты показателей интенсивности динамических процессов в лесах Предбайкалья и доказано существование связи этих показателей с ландшафтной структурой территорий.

5. Проверена и обоснована адекватность моделей геосистемным процессам субрегионального и локального уровня и возможность их использования для решения задач прогнозирования динамики лесов.

6. Впервые разработана и реализована методика прогнозно-динамического картографирования лесов на различных уровнях организации геосистем на основе принципов геоинформационного моделирования и картографирования.

Практическое значение и внедрение.

Исследования выполнялись по следующим научным темам Института географии СО РАН.

2.-5.2.3. Развитие методов получения, преобразования и отображения географических данных и знаний о состоянии природной среды.

Раздел 2.1. Разработка принципов и методов картографирования и геоинформационных технологий с целью создания комплексных и тематических ГИС для решения природно-хозяйственных проблем географического содержания.

Раздел 2.2. Геоиндикационные исследования природных и природно-хозяйственных систем юга Восточной Сибири.

1.3. Проблема 3. Современные методы получения, отображения и анализа данных.

Раздел 1.3.1. Разработка методов пространственно-временного анализа и картографирования структуры и динамики природных и природно-технических комплексов на основе космических геоизображений и новых информационных технологий.

Раздел 1.3.2. Теория и методы полигеосистемного моделирования географических объектов различной сложности.

Результаты работы вошли в отчеты и были применены в рамках следующих проектов.

1. "Системы географических знаний как основа эколого-географической экспертизы" (Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований Проект 99-05-64075).

2. "ГИС планирования политики землепользования Слюдянского района (Иркутской области)" (Проект ROLL 116GR3/ISC-98).

3. "Оценка фактического и потенциального аккумулирования углерода в бо-реальных экосистемах Сибири" (Интеграционный проект №67-2000 Сибирского отделения РАН).

4. "Системный анализ динамики лесных ресурсов Иркутской области (моделирование естественной и антропогенной динамики)" (Проект РФФИ 01-05-06226мас, рук. И.Н. Владимиров).

5. "Компьютерная система прогнозирования и управления динамикой лесных ресурсов" (договор-контракт с Администрацией Иркутской области, совместно с центром космического мониторинга Институтом солнечно-земной физики СО РАН).

6. "Разработка и внедрение механизмов устойчивого природопользования в центральной зоне Байкальского региона" (Проект по программе "Местные инициативы" (ГЭФ) (IO10008-S3).

7. "Теория геосистем: основные понятия и законы" (Проект РФФИ J\» 02-05-65054).

Полученные результаты переданы для практического использования в следующие организации:

- информационно-аналитический комитет администрации Иркутской области;

- Мэрия Слюдянского района Иркутской области;

- Иркутское управление лесами;

- Иркутский региональный Центр геоинформационных технологий;

- Центр космического мониторинга Института солнечно-земной физики СО РАН.

Защищаемые положения.

1. Геоинформационная система, объединяющая оперативную космическую информацию, материалы текущей инвентаризации природных ресурсов, хозяйственные характеристики природопользования, ландшафтно-типологические карты разного масштаба и систему математических моделей, становится информационной основой для проведения географических исследований, прогнозирования и планирования использования природных ресурсов на разных уровнях организации территории.

2. Коэффициенты динамических моделей однозначно определяются географическим местоположением, разновидностью условий среды, что позволяет параметризировать расчетные уравнения и получать достоверные прогнозы динамики биотической составляющей таежных геосистем.

3. Математические модели динамики геосистем, реализующиеся в комплексе с геоинформационными системами и системами географических знаний, -эффективное средство обработки космической и наземной информации для выявления скрытых закономерностей и прогнозно-динамического картографирования ландшафтов.

Личный вклад автора.

Основные результаты исследования получены автором лично. В совместных работах автор был ведущим специалистом в разработке геоинформационного обеспечения моделирования, анализа и прогнозирования динамики таежных лесов, структуры базы данных ГИС лесных ресурсов, методов определения параметров моделей динамики геосистем, в проведении расчетов и экспедиционных работ. На разных этапах исследований часть работ проводилась совместно с к.т.н. Е.А. Чер-каншным и Л.К. Чудненко (Институт динамики систем и теории управления СО РАН) при создании компьютерных программ для прогнозно-анимационного картографирования динамики растительного покрова (раздел 5.4. - ими создано программное обеспечение); с С.А. Тащилиным, Н.А. Абушенко, А.В. Татарниковым и Д.А. Алтынцевым (Центр космического мониторинга Института солнечно-земной физики СО РАН) при разработке и создании ГИС мониторинга лесных пожаров на территории Иркутской области и прогнозирования динамики лесных ресурсов (раздел 3.2.5 - ими разработаны компьютерные программы и создана квартальная сеть для ГИС).

Апробации работы.

Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: научно-практической конференции "Вопросы охраны и изучения горных экосистем Байкальского региона" (сентябрь 1999 г., п. Танхой, Республика Бурятия); XXXVIII международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (март 2000 г., г. Новосибирск); геоэкологической школе-семинаре Института Географии СО РАН (апрель 2000 г., г. Иркутск); международной конференции "Интеркарто 6: ГИС для устойчивого развития территорий" (август 2000 г., г. Апатиты); всероссийской конференции "Экология ландшафта и планирование землепользования сентябрь 2000 г., г. Иркутск); конференции "Дендрологические исследования в Байкальской Сибири" (декабрь 2000 г., г. Иркутск); практической конференции "Региональная геоинформатика - 2001" (февраль 2001 г., г. Иркутск); презентации результатов ландшафтного планирования и экологического зонирования Байкальской природной территории в рамках Российско-германского сотрудничества по реализации Федерального закона "Об охране озера Байкал", заданий Администрации Иркутской области и Министерства природных ресурсов Российской Федерации (февраль 2001 г., г. Иркутск); XIV молодежной всероссийской научной конференции "Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира" (апрель 2001 г., г. Иркутск); студенческой конференции "Байкальский регион: состояние, ресурсы, экологические проблемы" (апрель 2001 г., г. Иркутск); VII научном совещании по прикладной географии (май 2001 г., г. Иркутск); международной конференции "Интеркарто 7: ГИС для устойчивого развития территорий" (июль 2001 г., г. Петропавловск-Камчатский); школе-семинаре "Математическое моделирование и информационные технологии: состояние и перспективы" (октябрь 2001 г., г. Иркутск и п. Лршан); XI научном совещании географов Сибири и Дальнего Востока (ноябрь 2001 г., г. Иркутск); всероссийской научно-методической конференции "Дистанционные исследования и картографирование структуры и динамики геосистем" (апрель 2002 г., г. Иркутск); всероссийской конференции (с международным участием) "Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии" (июль 2002 г., г. Иркутск); Сибирской региональной ГИС-конференции (июль-август 2002 г., г. Иркутск); XI Международной конференции IBFRA (International Boreal Forest Research Association) "Boreal Forests and Environment: Local, Regional and Global Scales" (август 2002 г., г. Красноярск); международной научной конференции "Природно-ресурсный потенциал Азиатской России и сопредельных стран: пути совершенствования использования" в рамках II Байкальского экономического форума (сентябрь 2002 г., г. Иркутск); VII научной конференции но тематической картографии: "Картографическое и геоинформационное обеспечение управления региональным развитием" (ноябрь 2002 г., г. Иркутск); XV конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока "География: новые методы и перспективы развития" (апрель 2003 г., г. Иркутск); Всероссийской конференции "Дистанционное зондирование поверхности земли и атмосферы" (июнь 2003 г., г. Иркутск); международной конференции "Интеркарто 9: ГИС для устойчивого развития территорий" (июнь 2003 г., гг.. Новороссийск, Севастополь); Всероссийской конференции "Математические и ин формационные технологии в энергетике, экономике, экологии" (июль 2003 г., г. Иркутск); международной конференции "Закон Российской Федерации "Об охране озера Байкал» как фактор устойчивого развития Байкальского региона"" (сентябрь 2003 г., г. Иркутске); международной конференции "ИнтерКарто/ИнтерГИС 10: устойчивое развитие территорий: геоинформациошюе обеспечение и практический опыт" (июнь 2004 г., г. Владивосток (Россия), г. Чаньчунь (КНР)).

Основное содержание исследований изложено в 27 публикациях, в том числе в 20 работах по теме диссертации.

Структура и объем работы.

На рисунке В.1. представлена блок-схема диссертационной работы, графически показывающая основные этапы исследования и их технологическую последовательность.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений, имеет общий объем 221 страницу, содержит 56 рисунков, 16 таблиц. Список литературы включает 194 наименования.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основная цель работы и решаемые в ней задачи, показаны ее научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об исходных материалах, объектах и методах исследования, результатах апробации работы и публикациях.

В первой главе раскрываются основные теоретические и методические положения, которые явились основой работы.

Во второй главе проанализированы физико-географические и хозяйственные условия формирования геосистем Предбайкалья и ключевого участка в Усть-Илимском районе Иркутской области.

Третья глава посвящена геоинформационному обеспечению задач прогнозирования динамики геосистем, дано описание интегрированной многоуровневой геоинформационной системы оценки состояния таежных геосистем Предбайкалья.

В четвертой главе описывается многоуровневая система математических моделей, проводится проверка работоспособности моделей и правильности оценки коэффициентов базовых уравнений, рассматривается ландшафтная обусловленность направления и интенсивности биотических процессов в тайге Предбайкалья.

В пятой главе представлены результаты приложения математических моделей, геоинформационных систем, космической информации и методов ее обработки к анализу динамики геосистем и анимационному картографированию; рассмотрена восстановительно-возрастная динамика лесного покрова в разных ландшафтных ситуациях.

В заключении подводятся итоги проведенного исследования, приводятся основные выводы.

Автор выражает свою искреннюю признательность к.т.н. Е.А. Черкащину и Л.К. Чудненко за помощь в создании программы моделирования динамики лесных экосистем, к.г.н. Т.Н. Коноваловой за полезные советы при ландшафтном картографировании ключевого участка, к.т.н. А.Д. Китову за полезные советы при использовании программного обеспечения ГИС, научным сотрудникам ЦКМ ИЗСФ СО РАИ С.Л. Тащшшну и Н.Л. Абушенко за предоставленные материалы дистанционного зондирования Земли.

Автор благодарит д.г.н. Л.К. Черкащина за научное руководство диссертационной работой.

Подобные работы
Биличенко Ирина Николаевна
Структура и динамика геосистем хребта Хамар-Дабан
Кобылкин Дмитрий Владимирович
Динамика геосистем Селенгинского среднегорья в поздненеоплейстоценовое время
Хромых Оксана Владимировна
Долинные геосистемы Нижнего Притомья: структура и природно-антропогенная динамика
Чупрынин Владимир Иванович
Нелинейная динамика и моделирование геосистем
Задонина Наталья Витальевна
Динамика временных вариаций интенсивности опасных природных процессов и геоинформационные подходы к их прогнозированию
Бельчикова Галина Владиславовна
Многомерное статистическое моделирование и прогнозирование динамики цен на медикаменты и перевязочные средства
Долгушина Светлана Вячеславовна
Методология статистического моделирования и прогнозирования динамики потребления населением продовольственных товаров
Семенычев Валерий Константинович
Эконометрическое моделирование и прогнозирование рядов динамики на основе параметрических моделей авторегрессии
Семёнычев Валерий Константинович
Эконометрическое моделирование и прогнозирование рядов динамики на основе параметрических моделей авторегрессии
Тоторкулова Мадина Аскеровна
Моделирование и прогнозирование поотраслевой инвестиционной динамики : на примере Карачаево-Черкесской Республики

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net