WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаГеографія фізична, Геоморфологія, Геологія → Патерни поверхні у ландшафтоутворюючому просторі - Реферат

Патерни поверхні у ландшафтоутворюючому просторі - Реферат

Реферат на тему:

Патерни поверхні у ландшафтоутворюючому просторі

Останнім часом географи все більшу увагу приділяють тим процесам, які відбуваються на денній поверхні і проявляються у вигляді поступової або різкої зміни організації її малюнка. Ця увага пояснюється тим, що денна поверхня розглядається як свого роду дисплей, на якому візуалізується складна геосистемна "фізіологія". Ця динаміка має явно виражений нелінійний характер. Нелінійність динаміки зазвичай пов'язують з нелінійною залежністю процесів від керуючих параметрів системи, тобто таких параметрів, які нав'язують системі зміни динаміки, що проявляються у зміні параметрів порядку. Такі зміни режимів відбуваються під час проходження системою через біфуркаційні точки. Отже, будь-яка структура, в т.ч. просторова, є наслідком такої динаміки (напр., Николіс, Пригожин, 1990). Якщо обмежитись простором, характерний розмір якого відповідає локальній реалізації стану, що є наслідком біфуркації, то ми будемо завжди спостерігати тільки один цей відібраний стан системи. Для того, щоб мати можливість спостерігати всю просторову структуру, ми маємо охопити простір, розміри якого роблять можливим реалізацію всіх характерних станів системи.

З цих позицій розглянемо процеси організації геопростору. Тут ми маємо геосистеми як складні режими спряжених кругообігів речовини, серед яких провідна роль належить нелінійним процесам. Така динаміка проявляється у вигляді певної просторової структури, і якщо вийти на рівень ландшафтоутворюючого простору, він буде містити всі "біфуркаційні" варіанти. Оскільки серед режимів геосистем є гомеостатичні, виникає можливість закріпити цю структуру. Вона формує на поверхні відображення (денній поверхні) більш-менш сталий рисунок з певною організацією. Ця організація буде змінюватись тільки за умови зміни режиму функціонування системи. Саме це ми і спостерігаємо у геопросторі, завдяки чому з'являється можливість вести мову про структуру денної поверхні і ландшафт.

Якщо враховувати те, що геосистеми різних рівнів організації (мінеральні, біотизовані, антропізовані) формують відповідні структури денної поверхні, їх можна розглядати окремо. Так, на мінеральному рівні організації найбільш вираженими є флювіальні ландшафти: при невеликій кількості опадів на пласкій поверхні можна спостерігати лише площинну денудацію з причини незначних потенціалів, які зумовлюють ерозію. Але якщо ці потенціали перевищують критичні значення, флювіація породжує процеси лінійної ерозії, що проявляється в утворенні яружно-балкової мережі. Певну стимулюючу роль у цьому процесі відіграє нерівномірний розподіл характеристик земної поверхні. Таким же чином утворює мозаїчну структуру і динаміка рослинних суспільств, хоча тут ситуація є значно складнішою. Рослинне суспільство реагує на зміну концентрації різних ресурсів. Саме ці концентрації відіграють роль керуючих параметрів на біотизованому рівні організації. На рівні антропізованих геосистем кількість керуючих параметрів збільшується, що суттєво ускладнює динаміку: вона стає ще більш нелінійною. Утворення міст починається при перевищенні щільності населення у межах деякої території критичних значень.

Формування структури відбувається завдяки фронтам – відносно вузьким зонам, які слід розглядати як області швидкої зміни станів. Так, О.П. Ковальовим свого часу були введені денудаційні фронти, які з'єднують плакори і заплави річкових долин (Ковальов, 2001). У більшості випадків вони мають ускладнену структуру й у їхніх межах діють свого роду інформаційні машини, функція яких зводиться до відстеження зовнішньої ситуації. Такі ж фронти можна знайти на біогеоценотичному рівні, де вони являють собою екотони різних масштабів. Нарешті, чудовим прикладом фронту є межа великого міста.

Відображення в моделях. Процеси, про які йде мова, важко спостерігати у природі. В такій складній ситуації в нагоді стають моделі. Для того, щоб з'ясувати механізми виникнення малюнка ландшафту, розглянемо модель біотизованої геосистеми на основі кліткових автоматів і прослідкуємо за структурою патернів, які виникають у ході реалізації моделі.

Кожну геосистему можна уявити як відкриту систему, що поєднує в собі дві сутності: 1) сукупність елементів апаратурної реалізації, тобто найменших об'єктів, що не можуть бути подрібненими на ще менші частки на певному рівні генералізації (наприклад, рослини у біогеоценозі, люди у соціумі, підприємства у виробничих системах і т. ін.; 2) рух речовини, енергії та інформації, який завдяки обміну геосистем із зовнішнім середовищем визначає напрямок її еволюції. Отже, рух речовини, підкорюючись певним природним законам, прагне вийти на оптимальний режим і стабілізувати його шляхом відбору відповідних елементів апаратурної реалізації.

Постановка задачі. Для того, щоб отримати модель еволюціонуючої системи достатньо розглядати сукупність елементів апаратурної реалізації одного рівня, (наприклад, трав'яний ярус біогеоценозу), а дію елементів інших рівнів розглядати як зовнішній чинник.

Розглянемо сукупність елементів апаратурної реалізації, яку можна розбити на декілька класів (рослини об'єднано у види). Ці класи мають певний набір параметрів:

Qi={q i1... q ik}1n, де

k=1...m. – кількість параметрів, які враховують у моделі, n – максимальне число класів.

Параметри, тобто характеристики виду, можуть бути як біологічними (як–то: тип онтогенезу, тривалість життя, спосіб розмноження й т. ін) так і екологічними (відношення до освітлення, вологи, хімічного та фізичного складу ґрунту). Співвідношення значень цих параметрів визначають типи стратегій видів.

Кожен вид може існувати лише у обмеженій області значень параметрів – екологічних нішах. Математична їхня сукупність – це множина , визначена для кожного класу. Ця множина встановлює допустимі межі знаходження клітини у „живому" стані.

Модель складається з двох рівнів, тобто кожна клітина містить інформацію про те, до якого класу вона належить у певний момент часу, і те, які значення мають параметри середовища (наприклад, вміст азоту у ґрунті, вологість, pH – середовища і т. п.).

На кожному кроці стан кожної клітини змінюється за правилом:

де, р – вектор, що визначає стан середовища.

Слід розрізняти такі випадки: якщо умови середовища несприятливі для представників певного виду, клітина гине (перший випадок), якщо ж умови сприяють, вона продовжує жити та впливати на середовище, встановлюючи таким чином взаємозв'язок між двома рівнями автомата (другий випадок: функція впливу f(pt)). Якщо ж клітина була „нежива", то діє функція зародження об'єкта певного класу (третій випадок: функція народження Born(Neib(Cellt))). Функція народження залежить від значення параметрів середовища у клітині, а також її оточення, і вона містить елемент випадковості, тобто спочатку розраховують ступінь придатності усіх видів до середовища у цій клітині, а потім, з імовірністю, пропорційною ступеню придатності, вибирають вид, що „поселиться" у клітині.

На кожному кроці, незалежно від стану клітини, працює ще функція дифузії (Diffuzion(Neib(Cellt))), що забезпечує зв'язок між клітинами на рівні параметрів середовища і залежить від градієнта параметрів середовища у цій та сусідніх клітинах. А на рівні елементів апаратурної реалізації такий зв'язок є способом передачі інформації.

В такій постановці машина кліткових автоматів є аналогом системи диференційних рівнянь у часткових похідних, де змінними є кількість елементів різних класів.

Використовували автомат 100 на 100 клітин. Для ліквідації крайових ефектів поле являє собою замкнений тор (тобто сусідом 100-ї клітини у рядку або стовпчику є 99-та та 1-ша).

Результати моделювання. Як найпростіший випадок, розглянемо взаємодію елементів двох різних класів, що „живуть" у однопараметричному середовищі:

Вид q1, що характеризується параметром відношення до ресурсу q11 та екологічною нішею , та вид q2 з параметром q21 та нішею

. Визначимо функцію f(pt+1)=f(pt)+qi1 (i=1 або 2, залежно від того, елемент першого чи другого класу знаходиться в клітині). Функція народження обирає той чи інший вид і залежить від того, скільки цього виду знаходиться у сусідніх клітинах. Дифузія наявна.

Якщо види мають однакові за знаком, але різні за значенням, параметри q11та q21, то за умови відновлення ресурсу можливі два варіанти розвитку подій: 1) виживає один вид, коефіцієнт q якого наближається до коефіцієнта відновлення ресурсу (тобто більш пристосований до динаміки середовища), а ніша ширша, ніж у конкурента; 2) встановлюється рівновага між видами, коли їхні ніші близькі, а сумарне споживання ресурсу дорівнює його відновленню. Ентропія системи зростає і вона переходить у термінальний стан. Які б не були порушення структури, вона все одно повертається до термінального стану. Такий варіант відповідає моделі співіснування двох видів, що борються за один ресурс. Водночас немає вираженої структури суспільства. (рис.1).

Рис.1.Приклад реалізаці моделі для двовидового суспільства

Більш складний випадок: взаємодія елементів кількох класів у однопараметричному середовищі.

Залежно від значень вхідних параметрів, модель демонструє два варіанти функціонування: 1) через досить невелику кількість кроків сходиться до двовидового суспільства; 2) з часом деякі класи випадають і ми спостерігаємо за відбором: у структурі залишаються види, які утворюють парні зв'язки з різним рівнем наявності.

Залишаються види, які симетрично доповнюють один одного з точки зору екологічних параметрів, і є однаковими з точки зору біологічних параметрів, тобто вони формують комплементарні пари. Тут слід звернути увагу на дослідження, які були проведені Хорстемке і Лефевром щодо впливу мінливості середовища на відбір видів з подібними екологічними нішами. Як було доведено цими авторами (Хорстемке, Лефевр, 1987), наявність значних коливань середовища сприяє відбору тільки одного з них, що має зменшувати різноманіття і відповідно ступінь виразності конкуренції у рослинному суспільстві. Структура системи вже не є рівномірною. Чітко відстежуються патерни, сформовані дво- або тривидовими групами.

Такі структури постійно рухаються у просторі: то зникають, то з'являються знову. Вони чітко відокремлені одна від одної. Приклад такої динаміки наведено на рис. 2.

Рис. 2. Приклад динаміки моделі для багатовидового суспільства

Отже, розглядаючи модельне відображення геосистеми, можна виділити механізми процесів, які лежать в основі формування ландшафту. Ці процеси є суттєво нелінійні, і саме завдяки цій нелінійності формуються різноманітні патерни у ландшафтоутворюючому просторі.

Використана література

  1. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Введение. М., 1990.

  2. Ковальов А.П. Ротационные денудационные фронты / Эколого-географические исследования в речных бассейнах. Матер. междунар. науч.-практ. конф. Воронеж, 2001.

  3. Хорстемке В., Лефевр Р. Индуцированные шумом переходы. Теория и применение в физике, химии и биологии / Пер. с англ. М., 1987.

Loading...

 
 

Цікаве