Русское географическое общество
Московский центр
  

Цифровое моделирование рельефа в почвоведении и геологии

И.В. Флоринский (Тезисы доклада на заседании Отделения картографии и аэрокосмических методов, 8.02.2006)

Цифровое моделирование рельефа - система количественных методов моделирования и анализа земной поверхности и взаимосвязей между рельефом и другими естественными и антропогенными компонентами ландшафта [5]. Проведена серия работ, позволивших существенно повысить эффективность применения цифровых моделей рельефа (ЦМР) в почвоведении и геологии. В частности, разработан комплекс методов цифрового моделирования рельефа:

1. Метод анализа, моделирования и прогнозного картирования пространственного распределения свойств почвы, включающий: (а) составление цифровой модели высот (ЦМВ) участка; (б) расчет на ее основе цифровых моделей крутизны и экспозиции склонов, горизонтальной, вертикальной, средней, минимальной и максимальной кривизны, водосборной и дисперсивной площади, топографического и эрозионного индекса; (в) отбор почвенных образцов на репрезентативной делянке в пределах участка; (г) множественный корреляционный и регрессионный анализ характеристик почвы и рельефа по делянке; (д) получение регрессионных уравнений почвенных характеристик, где предикторами являются характеристики рельефа; (е) расчет прогнозных карт характеристик почвы всего участка на основе регрессионных уравнений и ЦМР. Разработанный метод применялся для изучения пространственной структуры содержания влаги, фосфора и органического углерода в почве [14, 12], сорбции пестицидов почвой [2] и почвенной микробиологической активности [18]. Принципы метода использовались при изучении пространственной структуры радиационной температуры ландшафта [15], растительного покрова [16] и почвенного профиля микрорельефа гильгаи [11], а также для составления прогнозных карт вторичного засоления и подтопления территорий, прилегающих к Северо-Крымскому каналу [7], засоления канадских прерий [13] и содержания органического углерода в степных почвах Канады [12].

2. Метод определения адекватного разрешения (шага сетки) ЦМР [17], включающий: (а) получение серии ЦМВ с различным разрешением; (б) расчет по этим ЦМВ моделей характеристик рельефа; (в) отбор почвенных образцов; (г) множественный корреляционный анализ характеристик почвы и рельефа; (д) графическое представление коэффициентов корреляции как функции разрешения. Выположенные участки графиков идентифицируют адекватный шаг сетки ЦМР.

3. Метод расчета локальных характеристик рельефа по ЦМВ, заданной на сетке сфероидических трапеций. Выведены формулы частных производных I и II порядка для их расчета на сетке сфероидических трапеций [6]. Автор применял метод при исследованиях Центральной Евразии [6], Канады [13, 12, 9] и всей планеты [10].

4. Метод выявления и интерпретации выраженных в рельефе разломов, включающий расчет и картирование горизонтальной и вертикальной кривизн земной поверхности [3]. Выявляемые при этом линейные структуры на картах горизонтальной кривизны связаны со сдвигами, а на картах вертикальной кривизны - со сбросами и надвигами. Метод применялся автором для изучения геологического строения Крыма [3], района Курской АЭС [1] и Центральной Евразии [6].

5. Метод оценки точности ЦМР, включающий расчет и картирование среднеквадратических ошибок вычисления характеристик рельефа [4]. Выведены формулы среднеквадратической ошибки функции измеренных величин для частных производных I и II порядка, рассчитываемых на квадратных сетках [4] и сетках сфероидических трапеций [6]. Предложено альтернативное доказательство изотропии локальных морфометрических характеристик [9]. Исследованы три класса ошибок ЦМР: из-за явления Гиббса, "улучшенного" разрешения ЦМР и поворота сетки ЦМР [8].

Систематическое применение цифрового моделирования рельефа позволило получить ряд фундаментальных результатов:

1. Установлено, что пространственное распределение динамических свойств почвы зависит от рельефа, если содержание влаги в почве превышает пороговый уровень [18]. Зависимость динамических свойств почвы от рельефа уменьшается с глубиной почвенного профиля [14]. Существует временная вариабельность зависимости пространственного распределения свойств почвы от рельефа [14].

2. Доказано, что узлы пересечения разрывных нарушений совпадают с выраженными в рельефе зонами относительной аккумуляции поверхностных потоков. Интенсивная трещиноватость пород и источники с высокими дебетами приурочены к зонам аккумуляции. Выраженные в рельефе зоны аккумуляции являются участками контакта поверхностных латеральных потоков вещества с восходящими и нисходящими потоками грунтовых вод и флюидов [7].

3. Подтверждена гипотеза существования двойных спиралевидных структур планетарного ранга, выраженных в рельефе и вероятно связанных с деформациями кручения земной коры [10].

Все работы были проведены с помощью разработанной для этой цели программы LandLord [1]. В ходе исследований ЦМР применялись в широком масштабном диапазоне: делянка [15, 11], поле [14, 18], ландшафт [16], регион [7, 12], платформа [13, 12], континент [9], планета [10]. Разрешение ЦМР находилось в следующем диапазоне: доли метра [11], метры [15, 17], десятки метров [14, 18], сотни метров [16], тысячи метров [3, 7], угловые минуты [13], десятки угловых минут [9, 10].

Литература

  1. Флоринский И.В., Грохлина Т.И., Михайлова Н.Л. Landlord 2.0: система анализа и картографирования геометрических характеристик рельефа // Геодезия и картография, 1995, No. 5, c. 46-51.
  2. Farenhorst A., Florinsky I.V., Monreal C.M., Muc D. Evaluating the use of digital terrain modelling for quantifying the spatial variability of 2,4-D sorption by soil within agricultural landscapes // Can. J. Soil Sci., 2003, Vol. 83, No. 5, pp. 557-563.
  3. Florinsky I.V. Quantitative topographic method of fault morphology recognition // Geomorphology, 1996, Vol. 16, No.2, pp. 103-119.
  4. Florinsky I.V. Accuracy of local topographic variables derived from digital elevation models // Int. J. Geogr. Inf. Sci., 1998, Vol. 12, No. 1, pp. 47-61.
  5. Florinsky I.V. Combined analysis of digital terrain models and remotely sensed data in landscape investigations // Progr. Phys. Geogr., 1998, Vol. 22, No. 1, pp. 33-60.
  6. Florinsky I.V. Derivation of topographic variables from a digital elevation model given by a spheroidal trapezoidal grid // Int. J. Geogr. Inf. Sci., 1998, Vol. 12, No. 8, pp. 829-852.
  7. Florinsky I.V. Relationships between topographically expressed zones of flow accumulation and sites of fault intersection: analysis by means of digital terrain modelling // Envir. Model. Soft., 2000, Vol. 15, No. 1, pp. 87-100.
  8. Florinsky I.V. Errors of signal processing in digital terrain modelling // Int. J. Geogr. Inf. Sci., 2002, Vol. 16, No. 5, pp. 475-501.
  9. Florinsky I.V. Artificial lineaments in digital terrain modelling: can operators of topographic variables cause them? // Math. Geol., 2005, Vol. 37, No. 4, pp. 357-372.
  10. Florinsky I.V. Global lineaments and ring structures: application of digital terrain modelling // Full Papers, Proc. Int. Symp. Terrain Analysis & Digital Terrain Modelling, 23-25 Nov. 2006, Nanjing, China. Nanjing: Nanjing Normal University, 2006, 17 p.
  11. Florinsky I.V., Arlashina H.A. Quantitative topographic analysis of gilgai soil morphology // Geoderma, 1998, Vol. 82, No. 4, pp. 359-380.
  12. Florinsky I.V., Eilers R.G. Prediction of the soil carbon content at micro-, meso- and macroscales by digital terrain modelling // Trans. 17th World Congr. Soil Sci., 14-21 August 2002, Bangkok, Thailand. Symp. 52. Bangkok: ISSS, 2002, pp. 24-1–24-9.
  13. Florinsky I.V., Eilers R.G., Lelyk G.W. Prediction of soil salinity risk by digital terrain modelling in the Canadian prairies // Can. J. Soil Sci., 2000, Vol. 80, No. 3, pp. 455-463.
  14. Florinsky I.V., Eilers R.G., Manning G., Fuller L.G. Prediction of soil properties by digital terrain modelling // Envir. Model. Soft., 2002, Vol. 17, No. 3, pp. 295-311.
  15. Florinsky I.V., Kulagina T.B., Meshalkina J.L. Influence of topography on landscape radiation temperature distribution // Int. J. Remote Sens., 1994, Vol. 15, No. 16, pp. 3147-3153.
  16. Florinsky I.V., Kuryakova G.A. Influence of topography on some vegetation cover properties // Catena, 1996, Vol. 27, No. 2, pp. 123-141.
  17. Florinsky I.V., Kuryakova G.A. Determination of grid size for digital terrain modelling in landscape investigations – exemplified by soil moisture distribution at a micro-scale // Int. J. Geogr. Inf. Sci., 2000, Vol. 14, No. 8, pp. 815-832.
  18. Florinsky I.V., McMahon S., Burton D.L. Topographic control of soil microbial activity: a case study of denitrifiers // Geoderma, 2004, Vol. 119, No. 1-2, pp. 33-53.




Этот домен продается

Его можно купить в Магазине доменов RU-CENTER.





Русское географическое общество - Московский центр

О центре
Объявления
Календарный план
Подразделения
Экспедиции
Архив
Форум
Поиск
Контакт

 Наша "кнопка"
МЦ РГО
88x31 / 1,1 KB


 

 
 

 
Рейтинг@Mail.ruRambler's Top100Яндекс.МетрикаЯндекс цитирования