Кіріспе

Жер бедерінің геоморфометриясын талдау немесе геоморфометрия (γῆ + μορφή + μέτρον) - жер бедерінің ерекшеліктерін, жер бетінің пішінін және осы беттің адам мен табиғи географияға әсерін өлшеу туралы ғылым және практика. Ол жер бетінің морфологиялық, гидрологиялық, экологиялық және басқа да аспектілерін өлшеу үшін қолданылатын әртүрлі математикалық, статистикалық және бейне өңдеу әдістерін жинақтады. Геоморфометрияның жалпы синонимдері - геоморфологиялық талдау (геоморфологиядан кейін), жер бедері морфометриясы, жер бедері талдау және жер бедері талдау. Геоморфометрия - геометрияның, топографияның және Жердің көкжиегінің пішіні мен олардың уақыт аралығындағы өзгерісіне негізделген есептеу шаралары. Бұл географиялық ақпараттық жүйелердің (ГИС) және кеңістікті талдау үшін басқа да бағдарламалық құралдардың негізгі компоненті болып табылады. Қарапайым сөзбен айтқанда, геоморфометрия (жер) бетінің параметрлерін (морфометриялық, гидрологиялық, климаттық және т.б.) алуды көздейді. және объектілер (су бөліктер, өзендер желілері, жер бедері және т.б.) Жер бетінің цифрлық модельін (цифрлық биіктік моделі, DEM) және параметрлеу бағдарламалық жасақтамасын пайдалану. Содан кейін алынған бет параметрлері мен объектілерді, мысалы, топырақтарды, өсімдіктерді, жерді пайдалануды, геоморфологиялық және геологиялық ерекшеліктерді және тағы басқаларды карталау мен модельдеуді жақсарту үшін пайдалануға болады. Қазіргі уақытта DEM көздерінің жылдам өсуімен (әсіресе Шаттл радиолокациялық топография миссиясы мен LIDAR-ға негізделген жобаларға байланысты) жер бетінің параметрлерін алу дәлдікті ауыл шаруашылығынан, топырақ ландшафтын модельдеуден, климаттық және гидрологиялық қолданбалардан қала құрылысы, білім беру және ғарыш зерттеулеріне дейінгі көптеген салаларға тартымды болып келеді. Жердің топографиясы бүгінде барлық жердің үлгісі алынды немесе сканерленді, сондықтан DEM-тер 100 м немесе одан да жақсы шешілімде әлемдік масштабта қол жетімді. Жер бетінің параметрлері қазіргі кезде стохастикалық және процеске негізделген модельдеуде сәтті қолданылады, қалған жалғыз мәселе - бұл ДМ-нің егжей-тегжейлілігі мен вертикальді дәлдігі.

Тарих

Геоморфометрия Бриссонның (1808) және Гаусстың (1827) идеяларымен басталғанымен, бұл сала 1970 жылдары ГИС және DEM дерек жиынтықтарының дамуына дейін көп дамыған жоқ. Геоморфологияның (жер бетін өзгертетін процестерге назар аударатын) ұғым және зерттеу саласы ретінде ұзақ тарихы бар, геоморфометрия - бұл ең көне сабақтардың бірі. Геоматика - бұл жақында дамыған субдисциплина, ал одан да жақында геоморфометрия тұжырымдамасы пайда болды. Бұл жақында ғана географиялық ақпарат жүйесінің (ГИС) икемді және қабілетті бағдарламалық жасақтамасы, сондай-ақ жоғары дайындайтын Цифрлық биіктік моделі (DEM) пайда болғаннан кейін жасалды. Бұл GIS технологиясының дамуына жауап ретінде DEM деректерін (мысалы, қашықтан зондтау, Landsat бағдарламасы және фотограмметрия) жинау және өңдеу. Соңғы уақытта геоморфометрияны әуе және спутниктік қашықтан зондтау арқылы алынған сандық бейнелерді талдаудың айнымалыларымен біріктіруді жалғастыруда. Үшбұрышты бұрыштық желі (TIN) жер бедерін бейнелеудің баламалы моделі ретінде пайда болғандықтан, одан өлшемдерді алу үшін тиісті алгоритмдер жасалды.

Жер бетінің градиенті деривативтері

Жер бетіне байланысты әр түрлі негізгі өлшемдер алуы мүмкін, әдетте векторлық есептеу әдістерін қолданады. Бұл ретте, GIS және басқа бағдарламалық жасақтамада әдетте қолданылатын алгоритмдер таза үздіксіз функция әдістеріне қарағанда дискретті деректер жиынтықтарымен көп уақыт ішінде ұқсас нәтижелер беретін шамамен есептерді қолданады. Көптеген стратегиялар мен алгоритмдер әзірленді, олардың әрқайсысының артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

Жер бетінің нормалы және градиенті

Жер бетіндегі кез келген нүктедегі беткі нормаль - бетке перпендикуляр орналасқан векторлық сәуле. Жер бетінің градиенті - ең тік төменгі бағыт бойынша жер бетіне жанасатын векторлық сәуле.

Қалыптылығы

Жер бетіндегі кез келген нүктедегі жер бедерінің аспектісі - бұл еңіс "басқа қараған" бағыт немесе ең тік төменгі еңіс бағыты. Негізінде, бұл градиентінің көлденең еңістікке проекциясы. Практикада растрлық цифрлық биіктік моделін пайдаланып, ол еңіс үшін әзірленген бірдей ішінара туындылардың бірін қолдану арқылы шамаланады. Бұл 0° шығыс бағыттағы сағат тіліне қарсы бағыттағы бағытты береді.

Жарықтандыру/Көкті рельеф/Аналитикалық көлеңкелеу

Жер бетіне түсірілген тағы бір пайдалы өнім - бұл берілген бағыттан келетін жарық көзінен беттің жарықтандыру дәрежесін шамамен көрсететін көлеңкелі рельефтік кескін. Принцип бойынша, жарықтандыру дәрежесі беттің қалыпты векторы мен жарықтандыру векторы арасындағы бұрышқа кері пропорционал; векторлардың арасындағы бұрыш неғұрлым кең болса, сол нүкте бетінде соғұрлым қараңғы болады. Практикада оны жарық көзінің φ биіктігі мен θ азимутымен салыстырғанда α еңістігі мен β аспектісінен есептеуге болады: Нәтижесінде алынған сурет аналитикалық мақсаттар үшін сирек қолданылады, бірақ көбінесе жер беті бетін интуитивті визуализациялау ретінде қолданылады, өйткені ол бетінің жарық түсірілген үш өлшемді моделіне ұқсайды.

Топографиялық нысандарды алу

Таулар мен каньондар сияқты табиғи жер бедері ерекшеліктері жиі биіктік үлгілері және оның туынды қасиеттері ретінде танылуы мүмкін. Ең негізгі үлгілерге жер бедері кенеттен өзгеретін орындар жатады, мысалы шыңдар (жергілікті биіктік максимумдары), шұңқырлар (жергілікті биіктік минимумдары), қырқалар (сызықтық максимумдар), арналар (сызықтық минимумдар) және өткелдер (қазықтар мен арналардың қиылыстары). Қателіктерді шешу, осьтік бағдар және объект анықтамасы бойынша шектеулер болғандықтан, алынған кеңістіктік деректер субъективті байқау немесе параметрлеу арқылы мағына бере алады немесе, мысалы, нақтысыздықпен күресу үшін білімді болжам жасаудың орнына, қол жетімді деректерді ескере отырып, таудың шыңын бейнелейтін нүктелердің 70% жалпы мүмкіндігі ретінде, әр түрлі үлесті қателерді көбірек сандық түрде өңдеу үшін бұзылған деректер ретінде өңделуі мүмкін.

Жергілікті көмек

Көптеген жағдайларда жер бетінің әр аймақта қаншалықты өзгеретінін білу пайдалы. Мысалы, таулық аймақтар мен биік платолар арасында айырмашылықты анықтау қажет болуы мүмкін, олардың екеуі де биіктікте, бірақ әртүрлі "қатаңдық" дәрежесімен. Ұяшықтардың жергілікті рельефі - бұл айналадағы көршілес аймақтағы (әдетте берілген радиустағы) осы өзгермеліліктің өлшемі, ол үшін бірнеше өлшемдер қолданылды, соның ішінде көршілес аймақтағы жалпы мәндер ауқымы, кванттық аралық ауқымы немесе стандартты ауытқу сияқты қарапайым жиынтық статистика. Сондай-ақ, неғұрлым күрделі формулалар да әзірленді.

Қолданбалар

Геоморфометрия арқылы жер бетін сандық талдау жерді басқаруға қызығушылық танытқан ғалымдар мен менеджерлерге түрлі құралдар ұсынады. Қолданба салаларына мыналар жатады:

Биогеографиялық

Көп жағдайда жер бедері жергілікті ортаға, әсіресе жартылай құрғақ климат пен таулы аймақтарға, оның ішінде биіктік аймақтану және беткей әсері сияқты жақсы танылған әсерлерге терең әсер етуі мүмкін. Бұл оны микроклиматтарды, өсімдіктердің таралуын, жануарлар дүниесінің тіршілік ету ортасын және дәлдікті ауыл шаруашылығын модельдеу мен карталауда маңызды факторға айналдыра алады.

Гидрология

Судың төмен қарай ағып кетуінің қарапайым себебіне байланысты жер беті бетінің түзілімдері жер бетіндегі ағынды ағысын болжауға болады. Бұл аққан су желілерін құруға, су ағызу бассейндерін белгілеуге және жалпы ағынды жинақтауды есептеуге пайдаланылуы мүмкін.

Көріну мүмкіндігі

Таулар мен басқа жер бедері қарама-қарсы жақтағы жерлер арасындағы көрінуді бөгеуі мүмкін. Бұл әсерді болжау әскери тактика мен жасушалардың орналасуын анықтау сияқты әр түрлі қолданбалар үшін құнды құрал болып табылады. Жер бедерін талдау бағдарламалық жасақтамасында кең таралған құралдар екі нүкте арасындағы көзге көріну сызығын есептеуді және бір нүктеден көрінетін барлық нүктелердің аймағын, көру бөлігін құруды қамтиды.

Жер жұмыстары

Көптеген құрылыс жобалары жер бетіне елеулі өзгерістер енгізуді, соның ішінде материалдарды алып тастауды және қосуды қажет етеді. Ағымдағы және жобаланған бетті модельдеу арқылы инженерлер кесулер мен толтырулардың көлемін есептей алады және еңістің тұрақтылығы мен эрозия әлеуеттері сияқты ықтимал мәселелерді болжай алады.

Геоморфометриктер

ГИС-тің салыстырмалы түрде жаңа және белгісіз саласы ретінде геоморфометрия тақырыбында гидрология (Роберт Хортон) немесе геоморфология (Г. К. Гилберт) сияқты басқа салалар сияқты "танулы" ізашарлар аз. Бұрын геоморфометрия көптеген зерттеулерде (оның ішінде Эванс, Леопольд және Вулман сияқты академиктердің кейбір жоғары деңгейдегі геоморфологиялық мақалаларында) қолданылған, бірақ жақында ғана ГИС практиктері оны өз жұмыстарына кіріктіре бастады. Дегенмен оны Энди Тернер мен Джозеф Вуд сияқты зерттеушілер жиі қолданады.

Халықаралық ұйымдар

Үлкен мекемелер геоморфометриялық қолданбаларды ГИС-ке негізделген, мысалы, Лидс университетімен бірлесіп геоморфометрия үшін Java бағдарламалық жасақтаманы жасау.

Оқыту

Академиялық мекемелер геоморфометрияны оқыту мен арнайы курстарға көбірек қаражат бөледі, бірақ олар әлі күнге дейін бірнеше университеттер мен оқу орталықтарына ғана шектелген. Қазіргі уақытта ең қолжетімділері Лидс университетімен бірлесіп онлайн геоморфометриялық ресурстар кітапханасы және кең ГИС модульдерінің бір бөлігі ретінде өткізілетін дәрістер мен практикалық сабақтар, қазіргі уақытта Британдық Колумбия университетінде (Брайан Клинкенберг басқарады) және Далхаузи университетінде ұсынылатын ең толық.