Многофакторный и информационно-логический анализ

Он подразумевает математически обоснованную замену большого числа признаков, по которым разнятся исследуемые объекты, меньшим числом гипотетических факторов без сокращения объема информации. Решением служит система факторов, адекватно описывающая имеющуюся информацию [5].

Обобщение информации происходит при помощи обнаружения корреляции между объектами и факторами и создания специализированной матрицы. Применение многофакторного анализа в форме метода главных компонент позволяет классифицировать объекты путем выявления однородных по одному признаку групп объектов с последующим перенесением их на плоскость. Применялся в сочетании с методом числовой таксономии для изучения фауны наземных позвоночных и рыб штата Канзас [5].

Сущность информационно-логического анализа заключается в выявлении сопряженности и взаимоограничений состояний некоего явления в природе. Применялся для прогнозирования ареала арбовирусов, передававшихся комарами [5].

На основе анализа связей распространения арбовирусов с некоторыми характеристиками климата в Северной Америке была описана функциональная зависимость, которая была применена и подтверждена на территории Евразии [5].

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логических методов, а также методов моделирования и кибернетики [8].

Частнонаучные методы исследования

Сравнительный метод

Метод сравнения - один из старейших традиционных методов в науке. Он важен потому, что даёт возможность более полно и глубоко уяснить многообразие форм сообществ живых организмов в индивидуальном развитии и в связи с окружающей средой. Цель сравнений - в установлении количественных и качественных показателей, их описании и анализе для получения выводов о пространственно-временной структуре природно-территориальных систем, сообществ, их функционировании, состоянии и потенциале [3].

Сравнительный метод подразделяется на:

· собственно сравнительно-географический (применяется при выявлении и отображении качественных и количественных различий одноимённых объектов и явлений);

· географическое сопоставление (проводиться по составу, структурным связям, генезису, типу функционирования);

· сравнение соответствия теоретической модели объективному развитию географических объектов (используется для установления закономерностей пространственной дифференциации объектов, изучения их динамики и развития) [3].

Практические цели биогеографии тесно смыкаются с задачами общей экологии и наук о Земле. Специфика биогеографии состоит, с одной стороны, в получении комплексных, сопряженных данных об органическом мире той или иной территории, а с другой – в сравнительно-географическом подходе к анализу и интерпретации этих данных. С его помощью биогеография способна в принципе прогнозировать результаты различных планируемых и случайных воздействий на биосферу. При этом биогеография выступает как бы в качестве наблюдателя и толкователя экспериментов, поставленных самой природой. Специально ставить такие эксперименты чаще всего нельзя – это либо рискованно для биосферы, либо требует многих сотен и даже тысяч лет для получения результата [3].

Наиболее разработанными частными дисциплинами биогеографии являются зоогеография и фитогеография (география растений, ботаническая география, геоботаника). География микроорганизмов находится на стадии становления по причине трудности изучения самого объекта [3].

Зоогеография и фитогеография четко различаются по объектам, но процессы, определяющие закономерности распределения для животных и растений, имеют много общего. Отсюда вытекает и принципиальное сходство целей и методов для этих биогеографических дисциплин, их синтез в рамках единой науки [3].

Биогеографический синтез наиболее оправдан в тех разделах частных дисциплин, которые занимаются исследованием распределения комплексов организмов по территории и закономерностей этого распределения. Далее следует задача объяснения выявленных закономерностей, что требует знания современных и прошлых взаимодействий между разными группами организмов, между ними и средой. Таким образом, логически осуществляется переход к сравнительно-географи­ческому исследованию сообществ и экосистем разного ранга, что и представляется основой биогеографической методологии. Реально исследователь имеет дело лишь с ограниченным набором видов или групп, однако и здесь необходимо осмысливать материал в биогеоценотическом и экосистемном плане [3].

Сравнительно-географический метод при творческом использовании даёт возможность анализировать черты сходства далёких друг от друга и совершенно непохожих территорий [8].

К сравнительному методу в определённой степени примыкает широко используемый в различных науках метод аналогов. Он состоит в том, что знания и данные о каком-либо географическом объекте выводятся из уже сложившихся представлений о другом, нередко сходном объекте (территории) [8].

Картографический метод

Данный метод имеет совершенно особое значение для выявления и осознания географических "различий от места к месту". Его максимально широкое использование, "упор на карту" представляет важнейшую черту географической культуры и географического мышления [8].

На начальных этапах познания картографический метод используется как метод отображения объективной реальности. Карта служит специфической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранения географической информации [8].

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 [8].

На основе карты фактического материала может быть составлен целый ряд специальных карт, главной из которых служит ландшафтно-типологическая карта - итог полевого ландшафтного картографирования. Также создаются узкоспециализированные карты, такие как распространение видов на определенной территории [8].

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 [8].

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 [8].

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 [8].

В настоящее время метод активно используется в исследованиях по изучению животного и растительного мира ООПТ. В результате возможно создании серии карт на всю территорию ООПТ и ее части, соединение существующих научных материалов и материалов дистанционного зондирования территории [7].

Детальное картирование распределения биоты в пределах обширных регионов дает очень ценные данные, но очень трудоемко. В настоящее время увеличились возможности моделирования распределения организмов, что определяется развитием теории и методологии биогеографии. Географические данные трудны для моделирования, так как они почти всегда многомерны и скоррелированы. Часто существует пространственная автокорреляция, разные факторы действуют в разных пространственных и временных шкалах. Дистанционные методы и географическая информационная система дают мощные средства для изучения изменений среды, но имеют существенные недостатки и могут дать неверные результаты [10].

Исторический метод

Позволяет выявлять состояния и процессы во времени для объяснения и прогноза развития.

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 биогеографии. 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 [2].

Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ПТК для палеогеографических реконструкций используется ряд других методов: спорово-пыльцевой, карпологический, палинологический, фаунистические анализы, археологический, радиоуглеродный и т.д. [2].

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 [2].

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 [2].

Историческое направление в биогеографии ярко проявилось в исследованиях английского биогеографа Э.Форбса (1815- 1854). В замечательной книге "О происхождении фауны и флоры Британских островов в связи с геологическими изменениями" (1846) автор убедительно показал необходимость признания единого центра распространения для каждого вида. При условии постепенных изменений поверхности земного шара он допускал возможность иного, существовавшего ранее распределения материков и океанов. Форбс указывал путь, которым должен идти исследователь-биогеограф, чтобы проследить развитие современных фауны и флоры из предшествующих. Этот путь - изучение геологических данных от современного периода к предшествующим эпохам, а не наоборот, как пытались это делать многие исследователи до него [1].

Изучая животных и растения Британских островов, Э. Форбс считал, что появление их там можно объяснить только бывшим соединением островов с материком. Он выделил пять характерных флор и столько же фаун Британских островов различной древности, которые последовательно сменяли друг друга начиная от миоцена, и привел доказательства их связи с материковыми флорами и фаунами соответствующих эпох. Форбс был также одним из первых биогеографов, исследовавших фауну и флору окружающих Британию морей. Он на много десятилетий определил развитие биогеографии, применив почти современные методы исследования флор и фаун [1].

Геоинформационные методы

Резкое увеличение значения и объёмов самой разнообразной информации о различных территориях требует создания сети автоматизированных географических информационных систем. Это становится одной из самых важных задач географической науки во всех странах [8].

ГИС представляет комплекс различных взаимосвязанных источников информации о природных и социально-экономических процессах, использовании ПР и территории, состоянии окружающей природной среды, в том числе и состоянии биоты на определенной территории. ГИС, таким образом, обеспечивают получение, передачу, хранение, обработку (включая отбор наиболее важных данных) и предоставление пользователям географической информации. Это относится и к оперативной информации о быстротекущих процессах (стихийные бедствия, техногенные взрывы) [8].

Очень часто в географических исследованиях объектов или проблем применяется целый комплекс сопоставимых методов, т.е. методика сопряжённого анализа. В настоящее время особое место в практике научных географических исследований уделяется междисциплинарным сквозным методам и подходам. Такими сквозными направлениями в этой разветвлённой системе являются системный, экологический, конструктивный, исторический подходы [8].

Все эти группы не оторваны друг от друга, а тесно связаны. К сказанному остаётся добавить, что любой метод сам по себе ещё не предопределяет успеха в познании материальной действительности. Важно ещё умение правильно применять научный метод в процессе познания [8].

В конечном итоге овладение географическими методами и способами научного познания, их постоянное совершенствование определяют сущность географического мышления позволяет применять их и в таких комплексных дисциплинах, как биогеография [8].

Аэрофотометоды

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 [6].

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 [8].

Аэрофотосъемка - это фотографирование местности с летательных аппаратов. Результат съемки - аэрофотоматериалы, представленные в виде снимков, репродукций накидного монтажа, фотосхем и фотопланов [8].

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 [8].

Значительно возрастает объем информации, получаемой с аэрофотоснимков, при использовании косвенных дешифровочных признаков. Такими признаками являются взаимосвязи объектов и явлений в пространстве и во времени [8].

Сочетание методов качественного анализа аэрофотоматериалов с количественными (фотометрическим, фотограмметрическим, стереограмметрическим) является наилучшим вариантом применения аэрофотометода, позволяющим полностью использовать богатое содержание аэрофотоснимков [8].

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. [8]

Позволяет быстро получать точные сведения о состоянии сообществ живых организмов разного иерархического уровня. Несмотря на относительную дороговизну использования является одним из наиболее используемых в настоящее время [8].

Космические методы

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 [8].

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 [8].

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 [8].

Фенологические наблюдения

Фенологические наблюдения — наиболее распространенный метод изучения биогеографических явлений. В зависимости от области применения фенология выполняет различные задачи. Интродукционная фенология, особенно широко применяемая в ботанических садах, дает материал о степени соответствия интродуцентановым условиям среды. Также исследования фенологических особенностей сообществ позволяет выяснить специфику условий конкретной территории, влияние антропогенной деятельности, служит материалом для проведения дальнейших исследований. [9]

Виды проходят соответствующую фенофазу в свой оптимальный срок, который для каждого отдельного вида всегда представляет собой компромисс между наследственными задатками и теми условиями, в которых вид произрастает, и которые может предоставить данный сезон в определенной местности. То есть, изучение фенологии может быть средством к отысканию зависимостей между развитием растений и факторов, обусловливающих это развитие. Таким образом, интродукционная фенология на основе фиксации фенодат при визуальном наблюдении помогает оценить приспособляемость видов и сортов к условиям обитания, а также определяет возможность планомерного использования растений в декоративном садоводстве. При подборе растений для ландшафтно-архитектурных композиций стремятся создать эффект непрерывности цветения в данной озеленительной группировке таким образом, чтобы в любое время вегетации в ней всегда были бы цветущие растения. Большое значение фенологические наблюдения имеют при озеленении населенных пунктов, позволяя осуществлять подбор насаждений, цветущих возможно более продолжительное время [9].

Главная цель большинства опытов по интродукции растений — определение возможностей приспособления растений к новым экологическим условиям и выявление способов этого приспособления. Одна из основных линий приспособлений растений к условиям сезонного климата соответствующий ритмический ход биологических процессов. Наиболее наглядным и общим выражением сезонной ритмики служит и смена отдельных фенологических фаз. Под фенологическими фазами мы понимаем изменение сроков и продолжительности прохождения фаз развития в направлении приспособления к новым условиям, что является одним из показателей адаптации [9].

Фенология регистрирует и изучает сезонные явления мира растений и животных (биофенология), а также даты установления и схода снежного покрова, первых и последних заморозков, ледостава и размерзания водоёмов и т.п. У растений (фитофенология) регистрируются сезонные фазы развития: набухание и раскрывание почек, облиствение, цветение (начало и конец), созревание плодов и семян, осеннее расцвечивание листвы, листопад; у животных (зоофенология): у млекопитающих – пробуждение от спячки, начало спаривания (гона), появление молоди, сезонные линьки и миграции; у птиц – гнездование, откладка яиц, вылупливание и вылет птенцов, а у перелётных – также весенний и осенний перелёты; у членистоногих – пробуждение зимовавших особей, вылупление личинок, появление взрослых насекомых из куколок, яйцекладки, развитие личинок, куколок, появление новых поколений, диапаузы и т.п. [9]

Биофенологические наблюдения и исследования ведутся на уровне отдельных организмов, популяций, биоценозов (культурных и диких) и биосферы в целом. Географо-фенологические наблюдения и исследования имеют целью изучение сезонной динамики целых природных комплексов, включая их биотические и абиотические компоненты. Эти исследования ведутся в масштабе отдельных урочищ, ландшафтов, провинций, стран и природных зон. Годичный круг природы геокомплексов и биоценозов подразделяется на естественные, или фенологические, сезоны и субсезоны [9].

Традиционный метод фенологической информации – визуальные наблюдения, т. е. регистрация сроков наступления сезонных явлений. С целью достижения сопоставимости фенологических наблюдений, проводимых разными лицами, издаются программы фенологических наблюдений, методические указания к ним, атласы фенофаз растений и сезонных явлений мира животных [11].

Обработка наблюдений фенологических сетей даёт возможность устанавливать географо-фенологические закономерности, отражаемые на фенологических картах. Факторы и закономерности, определяющие сроки наступления сезонных явлений, изучает экологическая фенология. Эти факторы делятся на эндогенные и экзогенные. Первые обусловливаются наследственностью организмов. Так, подснежники цветут в начале весны, а астры и хризантемы – на спаде лета, грачи прилетают рано весной, а коростели – в начале лета. Зависимость от факторов среды сезонных явлений разных групп неодинакова. Сроки весеннего пробуждения растений в основном определяются тепловым режимом, а осенний листопад – в равной степени тепловым и радиационным (длина светового дня) режимами. Одним из методов обработки ботанических фенологических наблюдений служат фенологические спектры. Сроки сезонных явлений у животных часто связаны с условиями их питания. Так, насекомоядные птицы прилетают тогда, когда весной появляется достаточное количество насекомых. Экологическая фенология проводит моделирование фенологических процессов, т. е. находит выражения связи между сроками наступления сезонных явлений и комплексом эндо- и экзогенных факторов. Это моделирование составляет основу фенологического прогнозирования. Фенологические закономерности лежат в основе составления региональных календарей сезонных работ и мероприятий по отраслям народного хозяйства (сельское, лесное, охотничье хозяйства и т.д.). Такие календари используются при организации мероприятий охраны природы, борьбы с вредителями и болезнями полезных растений, паразитами и трансмиссивными заболеваниями человека, домашнего скота, в пчеловодстве и шелководстве. Авиация нуждается в сведениях о сроках массового пролёта перелётных птиц, а дистанционное (с вертолётов, самолётов и орбитальных ракет) изучение поверхности Земли – в данных об оптимальных сезонах для проведения этого изучения. Фенологические наблюдения помогают выявить местные природные сигналы, или индикаторы, с помощью которых определяют сезонное состояние природы, а также прогнозируют характер текущего вегетационного периода. Они особенно важны при интродукции новых видов растений и животных, а также при освоении новых территорий [11].

Геногеографические методы

В данной науке происходит синтез методов географии, генетики и экологии. Предметом изучения служит географическая изменчивость генофондов [6].

Используя географический популяционный анализ и модель «островного» видообразования С. Райта (1943, 1946 г.) проводится комплексная обработка данных по генетической изменчивости популяций и видов в пределах ареала [6].

Геоэкологические методы

В рамках геоэкологического подхода сформировался целый набор специальных научных методов.

Главным образом, они направлены на изучение находящихся во взаимодействии географической и экологической систем: особое внимание при этом обращается на антропогенные процессы экологической дестабилизации, разработку рекомендаций по рациональному природопользованию и охране природы. Выясняется также влияние антропогенных процессов на отдельные компоненты, такие как растительность и животный мир, последствия этого воздействия и возможные пути решения сформировавшихся проблем [6].

Ландшафтный метод

Для углубленного изучения закономерностей распределения организмов возникает необходимость изучения ландшафтов, в которых они обитают. Каждому сочетанию условий внешней среды соответствует своя группировка организмов, сообщества животных и растений закономерно повторяются всякий раз при сочетании определенных типов рельефа и почвогрунтов с определенными гидротермическими и другими условиями жизни [6].

Заключение

Биогеография использует достаточно широкий спектр методов для исследования живых организмов, их распределения по территориям земного шара. Использование общегеографических и частнонаучных методов позволяет получать достоверные и полные данные о состоянии популяций и видов живых организмов. Помимо перечисленных методов на территориях проводятся различные учеты, имеющие специфику в зависимости от природных условий, целей исследования, возможностей исследователя. Учеты видов живых организмов проводятся посредством проведения маршрутных осмотров, составления на их основе картографических материалов, анализа многолетних данных по разным территориям, проведение отловов живых организмов, мечение пойманных особей и дальнейшее отслеживание их в природной среде. Данные методы подходят для небольших по размерам территорий, для более крупных целесообразно применять дистанционные методы изучения состояния сообществ живых организмов.

Литература

1. Абдурахманов Г. М., Криволуцкий Д. А., Мяло Е. Г., Огуреева Г. Н.. Биогеография Серия: Высшее образование. М.: Академия, 2003. - 480 с.
2. Кафанов А.И. Историко-методологические аспекты общей и морской биогеографии. Моногр./ Отв.ред-ры Б.В. Преображенский, И.А. Черешнев. – Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, 2005. – 208 с.
3. Киселев А.Н. Биогеография http://abc.vvsu.ru/Books/up_biogeografija/page0001.asp
4. Максимов В.Н., Милованова Г.Ф., Булгаков Н.Г., Левич А.П. Индикация состояния экосистем методами детерминационного анализа http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/levich_indikaciya_sost/levich_indikaciya_sost.htm
5. Неронов В.М. Количественные методы в биогеографии. «Биогеография» / Итоги науки и техники, ВИНИТИ АН СССР/ М., 1979, Т.2, С 9-53
6. Петров К.М. Биогеография: учебник для вузов.- М.: Академический Проект, 2006. – 400 с.
7. Применение картографического метода исследования http://www.geogr.msu.ru/science/nirs/lom/karta.php.
8. Ромашова Т. Методы географических исследований http://ou.tsu.ru/hischool/econ_geo/econ_geog1.htm
9. Скроцкий Б. К методике изучения фенологии и феноспектров декоративных однолетников http://ib.komisc.ru/add/old/t/ru/ir/vt/99-21/06.html
10. Современное развитие пространственных методов и данных в моделировании биогеографического распределения. http://cmshelper.info/sovryemyennoye-razvitiye-prostranstvyennih-myetodov-i-dannih-v-modyelirovanii-biogyeografichyeskogo-raspryedyelyeniya/.
11. Шульц Г. Э. Фенология. http://slovari.yandex.ru/