Geum.ru

Микрорельеф как фактор формирования снежного покрова в горах (по материалам воздушного лазерного сканирования) 25. 00. 25 геоморфология и эволюционная география

Вид материалаАвтореферат
Min, км/км
S плановой кривизны для всех типов склонов положителен, однако его значения меняются от 0,08 (ЭДС) до 2,84 (СДС). Величина S
Подобный материал:
1   2   3
Глава 3. Морфологический анализ земной поверхности

Анализ выполнен на основе цифровых моделей рельефа высокого разрешения (1 м). В первом разделе рассматриваются типы склонов экспериментальных полигонов, и приводится их районирование по признаку преобладающих склоновых процессов. Целесообразность районирования вызвана установлением морфологических свойств поверхностей в связи с генетическими типами склонов.

На Аибгинском полигоне выделены 5 типов склонов: 1) эрозионно-денудационные сильно расчлененные склоны (ЭДС), образованные в основном процессами линейной и боковой эрозии и сопутствующей денудацией, общая площадь 1,84 км2; 2) аккумулятивно-ледниковые склоны (АЛС) средней крутизны и умеренной расчлененности, площадь 1,29 км2; 3) эрозионно-ледниковые склоны (ЭЛС), представленные днищами каров и кароидов в верхней части полигона, площадь 0,78 км2; 4) склоны обвально-осыпного сноса (ООС), расположенные в верхней части полигона и образованные скальным обрамлением каров, площадь 0,86 км2; 5) структурно-денудационные слабо расчлененные склоны (СДС) в виде поверхности выравнивания на южном склоне хребта Аибга вблизи гребня, площадь 0,19 км2. В границах Фиштинского полигона выделены 4 типа земной поверхности: 1) склоны обвально-осыпного сноса (ООС), созданные разрывными дислокациями и тождественные поверхностям разломов, общей площадью 0,39 км2; 2) склоны обвально-осыпного накопления (ООН) площадью 1,60 км2; 3) оползневые склоны (ОПС) площадью 0,32 км2; 4) эрозионно-денудационные склоны (ЭДС) суммарной площадью 5,30 км2.

Изучаемые поверхности сформированы под влиянием характерных для Большого Кавказа склоновых процессов, охватывающих широкий диапазон высот от низкогорья до высокогорья.

Во втором разделе раскрыты морфологические свойства рельефа полигонов через картографирование и статистические оценки показателей крутизны, экспозиции, густоты горизонтального расчленения, кривизны поверхности. Закономерности пространственного распределения этих морфометрических показателей выявлены в связи с выделенными типами склонов.

Установлено, что разным типам склонов свойственны существенно различающиеся величины крутизны (табл. 2). Так, наибольший средний уклон по данным Фиштинского полигона отмечается у склонов обвально-осыпного сноса (44,80), наименьший – у склонов обвально-насыпного накопления (19,50). Наиболее представительные эрозионно-денудационные склоны имеют среднюю крутизну, близкую к средним величинам для всего экспериментального полигона.


Таблица 2

Распределение площади склонов по крутизне (Фиштинский полигон)*


Тип склона
Крутизна склонов, град
Средняя крутизна, град

менее 5
5-10
10-15
15-20
20-25
25-30
30-40
более 40

Весь полигон
0,17
0,62
1,07
1,27
1,26
1,14
1,53
0,56
23,7

2,2
8,1
14,1
16,6
16,6
15,0
20,1
7,4

ООС
0,000
0,000
0,001
0,002
0,006
0,020
0,137
0,227
44,8

0,0
0,0
0,1
0,6
1,6
5,0
34,8
57,8

ООН
0,062
0,246
0,337
0,258
0,206
0,202
0,255
0,038
19,5

3,8
15,4
21,0
16,1
12,9
12,6
15,9
2,3

ОПС
0,005
0,020
0,042
0,060
0,064
0,053
0,064
0,017
23,4

1,5
6,2
13,0
18,5
19,7
16,4
19,5
5,2

ЭДС
0,100
0,349
0,693
0,947
0,984
0,864
1,080
0,280
23,4

1,9
6,6
13,1
17,9
18,6
16,3
20,4
5,3

*Описание типов склонов дано в тексте. Единицы измерения площади – км2 (числитель) и % (знаменатель)


Для расчета параметров горизонтальной расчлененности для морфологически однородных склонов и установления закономерностей ее распределения создана модель сети тальвегов. При заданном разрешении ЦМР модель сети имеет 10 порядков, причем густота элементов низших порядков (1-4) ограничивается только пространственным разрешением. Элементы сети тальвегов 1-4 порядков отнесены к артефактам.

Статистические характеристики густоты горизонтального расчленения HL5-10 зависимы от склонов разных типов (табл. 3) и заметно отличаются от статистик, полученных для всего Фиштинского полигона. Наименьшая средняя горизонтальная расчлененность (24 км/км2) свойственна поверхностям наиболее крутых склонов – обвально-осыпного сноса, наибольшая – склонам обвально-осыпного накопления и оползневым склонам (31-34 км/км2). Степень горизонтальной расчлененности микрорельефа увязывается с доминирующими процессами денудации и аккумуляции при довольно большой амплитуде HL5-10. Пространственная изменчивость значений HL5-10 достигает максимальных значений на крутых склонах обвально-осыпного сноса (σ=14 км/км2).

Таблица 3

Статистические показатели густоты горизонтального расчленения HL5-10

со стороной учетного квадрата 200 м*. Фиштинский полигон


Тип склона
Статистические показатели

Min, км/км2
Max, км/км2
Mean, км/км2
σ, км/км2
Quartile 1, км/км2
Med, км/км2
Quartile 3, км/км2

Полигон
0
55
29
11
21
31
37

ООС
0
46
24
14
11
28
36

ООН
0
55
31
12
22
32
39

ОПС
12
45
34
8
28
37
39

ЭДС
0
62
30
11
23
31
38

*Здесь и ниже Min, Max , Mean – соответственно наименьшее, наибольшее и среднее значение, σ, S, E и Med – соответственно стандартное отклонение, коэффициент асимметрии, коэффициент эксцесса и медиана, Quartile 1 и Quartile 3 – соответственно 1-й и 3-й квартили


В качестве морфометрических показателей применены профильная и плановая кривизны земной поверхности. Их расчеты выполнены по методике Зевенбергена и Торна (Zevenbergen, Thorne, 1987), предназначенной для матрицы высот 3×3 ячейки. Особенности распределения плановой kh и профильной kv кривизны земной поверхности примере Аибгинского полигона иллюстрирует рис. 2. Видно, что «узор» кривизн нетривиален. Плановая кривизна поверхности варьирует в пределах значений –6,52…7,31 (табл. 4), при этом экстремумы, как и на Фиштинском полигоне, приходятся на склоны обвально-осыпного сноса. Наименьшей амплитудой значений kh закономерно обладают структурно-денудационные склоны (рис. 2). Стандартное отклонение, показывающее рассеяние величин плановой кривизны, в целом для полигона равно 0,11. Это несколько превышает аналогичный показатель для Фиштинского полигона, что можно трактовать как большую морфологическую сложность Аибгинского полигона. Максимум изменчивости kh (σ=0,23) отмечается на крутых склонах обвально-осыпного сноса. Остальным типам склонов свойственны заметно меньшие величины изменчивости kh; минимум наблюдает на структурно-денудационных склонах (σ=0,04).

В отличие от Фиштинского полигона на Аибгинском полигоне коэффициент асимметрии S плановой кривизны для всех типов склонов положителен, однако его значения меняются от 0,08 (ЭДС) до 2,84 (СДС). Величина S на структурно-денудационных склонах указывает на распределение kh, близкое к нормальному. Положительная симметрия в частотном распределении kh показывает относительное доминирование микроформ рельефа с отрицательной плановой кривизной (вогнутых). В наибольшей мере это присуще структурно-денудационным склонам (табл. 4).





Рис. 2. Распределение плановой kh и профильной kv кривизны на Аибгинском полигоне


Таблица 4

Статистические показатели распределения плановой кривизны kh.

Аибгинский полигон


Тип склона
Статистические показатели

Min
Max
σ
S
E
Quartile 1
Quartile 3

Весь полигон
-6,52
7,31
0,11
0,62
115,5
-0,03
0,03

ЭДС
-1,53
2,35
0,07
0,08
19,6
-0,03
0,03

АЛС
-0,59
0,71
0,05
0,19
9,9
-0,02
0,02

ЭЛС
-0,85
1,02
0,05
0,30
17,8
-0,02
0,02

ООС
-6,52
7,31
0,23
0,26
34,0
-0,08
0,07

СДС
-0,48
0,79
0,04
2,84
41,6
-0,01
0,02

*Здесь и ниже S и E – коэффициент асимметрии и коэффициент эксцесса соответственно


Третий раздел главы посвящен элементарным формам и морфологически однородным элементам. Описание морфологической структуры земной поверхности на любом масштабном уровне анализа так или иначе упирается в необходимость деления земной поверхности на первичные элементы. Цифровые модели рельефа позволяют формализовать эту процедуру на основе воспроизводимых алгоритмов. Описание морфологической структуры рельефа экспериментальных полигонов предполагает как минимум а) выделение элементарных форм и б) дискретизацию поверхности на морфологически однообразные элементы. Поверхность, в зависимости от выпуклой, вогнутой и прямолинейной (выдержанной по простиранию/линейчатой) геометрической формы, действительно может быть синтезирована комбинацией из 9 базовых элементарных форм (Dikau, 1989).

По данным построенной карты распределения элементарных форм поверхности для Фиштинского полигона (рис. 3) получены сведения об их пространственной структуре в пределах установленных типов склонов. Масштаб дискретизации соответствует разрешению.

Среди форм поверхности, идентифицируемых по критерию кривизны, на Фиштинском полигоне по доли занимаемой площади преобладают две формы – всесторонне выпуклые (kv>0, kh>0) с суммарной площадью 24,40% и всесторонне вогнутые (kv<0, kh<0) с площадью 23,07%. Менее представительны выпукло-вогнутые формы, образованные двумя комбинациями показателей профильной и плановой кривизны (kv<0, kh>0 и kv>0, kh<0). Последние две формы, имеющие примерно равные площадные пропорции, занимают суммарную площадь 21,75%. Другие элементарные формы, которые отличает признак прямолинейности поверхности с нулевыми величинами профильной или плановой кривизны, в целом для всего полигона менее представительны (площади от 4,16 до 7%).

Для отдельных типов склонов морфология, выраженная в распределении форм рельефа, специфична. Прежде всего, это относится к склонам обвально-осыпного сноса и обвально-осыпного накопления. Склонам обвально-осыпного накопления свойственно соразмерное представительство всех форм, за исключением вогнуто-выпуклых. Это можно объяснить относительным равновесием геоморфологических процессов на данном участке полигона. В строении склонов обвально-осыпного сноса минимальное участие принимают прямолинейные формы микрорельефа, и, наоборот, существенно возрастает участие вогнуто-выпуклых форм, образованных двумя сочетаниями показателей профильной и плановой кривизны: kv<0, kh>0 и kv>0, kh<0.





Рис. 3. Элементарные формы поверхности. Фиштинский полигон


Следующий шаг в описании морфологической структуры земной поверхности полигонов заключается в разбиении (элементаризации) континуального пространства рельефа на простейшие неделимые составляющие, т.е. на морфологические элементы. Применена техника автоматического распознавания элементов рельефа в окне 3×3 ячейки (Peucker, Douglas, 1975; Collins, 1975).

Микрорельефу Аибгинского полигона в целом присуще доминирование элементов вогнутый (33%) и выпуклый (30%) перегибы, определяющих геометрию поверхности (рис. 4). На седловинообразные элементы приходится 24% площади. Элементы тальвегов (6,6%) и гребней (6,3%) в общем принимают меньшее участие в строении поверхности, чем на Фиштинском полигоне. Представительность морфологических элементов на разных типах склонов характеризует табл. 5.

Отчетливо видно (рис. 4), что морфологические элементы на поверхности образуют сопряженные линейные структуры, подчиненные распределению инвариантов рельефа. Наличие разнонаправленных линейных структур усиливает анизотропию рельефа.





Рис. 4. Выделение первичных морфологических элементов. Аибгинский полигон


Таблица 5

Распределение морфологических элементов. Аибгинский полигон*


Участок
Типы морфологических элементов

впадина
тальвег
вогнутый перегиб
седловина
выпуклый перегиб
гребень

(водораздел)
пик

Весь полигон
0,001
0,33
1,63
1,19
1,49
0,31
0,001

0,05
6,6
33,0
24,0
30,0
6,3
0,05

ЭДС
0,001
0,14
0,58
0,41
0,57
0,14
0,001

0,05
7,8
31,6
22,0
31,0
7,5
0,05

АЛС
0
0,08
0,41
0,34
0,39
0,08
0

0
6,2
31,6
26,2
30,1
5,9
0

ЭЛС
0
0,04
0,25
0,27
0,19
0,03
0

0
4,8
31,7
34,9
24,8
3,8
0

ООС
0
0,06
0,35
0,10
0,29
0,06
0

0
7,2
40,9
11,1
33,3
7,5
0

СДС
0
0,003
0,05
0,08
0,05
0,01
0

0
1,7
24,8
42,5
27,7
3,3
0

*Единицы измерения площади – км2 (числитель) и % (знаменатель)