Библиографическое описание:

Атаев З. В. Морфометрия рельефа как фактор формирования и пространственной дифференциации низкогорно-предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Молодой ученый. — 2014. — №4. — С. 400-407.

В статье анализируются морфометрические характеристики ландшафтов низкогорно-предгорной полосы Северо-Восточного Кавказа, рассматривается их роль в формировании и пространственной дифференциации природно-территориальных комплексов региона.

Ключевые слова: Северо-Восточный Кавказ, низкогорно-предгорная полоса, предгорье, низкогорье, нижнегорье, предгорный экотон, морфометрия, абсолютная высота, гипсометрия, крутизна склона, экспозиция склона, горизонтальное расчленение рельефа, ГИС-технологии.

Рельеф признается всеми исследователями в качестве основного фактора ландшафтной дифференциации территории. В настоящее время, в связи с развитием цифровых технологий и широкой доступностью данных дистанционного зондирования, стал возможным детальная оценка рельефа как ландшафтообразующего фактора. Так, применение цифровых моделей рельефа упростило морфометрический анализ рельефа. Именно рельеф и его параметры признаются наиболее важными при выделении природно-территориальных комплексов наиболее высоких классификационных рангов.

Для выделения ПТК разного уровня и создания ландшафтной карты необходим анализ рельефа: в первую очередь, распределение высот, крутизны и экспозиции склонов. От этих факторов в горных условиях зависят тепловой и водный балансы. Они, в свою очередь оказывают непосредственное влияние на распределение почвенно-растительного покрова.

Морфометрический анализ рельефа является одним из методов геоморфологических исследований, в котором количественные характеристики форм рельефа изучаются с помощью специальных измерений. Обычно измеряют абсолютную и относительную высоту отдельных форм рельефа или их комплексов, углы наклона, экспозицию склонов, площади, занятые положительными и отрицательными формами и некоторые другие [1]. Проблемам количественного описания рельефа посвящено значительное количество работ [2; 3].

Морфометрический анализ рельефа сегодня осуществляется с помощью цифровой модели рельефа (ЦМР). В настоящее время началось создание ЦМР разных разрешений, которые в ГИС-технологиях выполняют, в известной мере, функции масштабов карт [4]. Анализ территории Северо-Восточного Кавказа проводился с использованием пакета ArcGIS на основе ЦМР.

В качестве основы были использованы результаты радиолокационной съемки Shuttle radar topographic mission (SRTM), предназначенной для построения высокоточной сети глобальной ЦМР. Ее среднеквадратическая погрешность оценивается по высоте около 16 м, а точность положения узлов трехсекундной сетки составляет около 20 м, при этом в условиях горного рельефа эти показатели становятся выше. Такая точность ЦМР соответствует для целей, поставленных в работе.

Исправленный снимок SRTM с разрешением около 60 м пригоден для выполнения морфометрического анализа и построения соответствующих карт в среде ГИС. Редактирование снимка, связанное с идентификацией и последующим устранением незначительных ошибок, проведено с использованием средств пакета ArcGIS и его модуля Spatial Analyst. Эта же программа применялась при первичных расчетах и построении карт.

Карта крутизны склонов (углов наклона земной поверхности) строилась с помощью функции Special Analyst и ее опции Surface analysis. Первоначально была карта была получена в растровом представлении и далее она конвертировалась в векторное. В результате конвертирования получены полигоны различной крутизны векторной карте крутизны склонов. При этом изначально строилась гипсометрическая карта с заданными высотными ступенями, затем вычислялись минимальные и максимальные уклоны и площади полигонов по высотным ступеням.

Аналогичным способом строилась карта экспозиции склонов.

По этой методике для территории Северо-Восточного Кавказа на основе цифровых моделей рельефа были составлены гипсометрическая карта и карта крутизны склонов. Далее на эти карты были наложены тематические слои — литология пород (геологическая), распределение климатических параметров (температуры, осадков, увлажнения — Ку), гидрографическая сеть, растительность, почвенный покров, а также имеющиеся ландшафтные карты.

В геоморфологическом отношении здесь отмечается сочетание равнинного и горного рельефа, и, хотя высоты указанных хребтов не превышают 400–600 м, они играют большую роль в формировании ландшафтов, являясь важными локальными климаторазделами.

Предгорья как физико-географический, или ландшафтный, экотон (по терминологии Э. Г. Коломыца [5] и В. А. Николаева [6] характеризуются набором и сочетанием как минимум 3 геоморфологических элементов: 1) хребты, представляющие собой локальные повышения на фоне равнинного рельефа и чаще всего являющиеся низкогорьями в геоморфологическом отношении (до 1000 м над уровнем моря); 2) равнинные участки, характеризующиеся незначительной крутизной (до 2–4°), чаще всего располагающиеся между хребтами, или как минимум с одной стороны прилегающие к ним (то есть, по сути, являющиеся днищами котловин); 3) наиболее низкие хребты собственно горного сооружения Большого Кавказа, в геоморфологическом отношении относящиеся к низкогорьям, а в ландшафтом — к нижнегорьям, так как здесь начинается самый нижний высотный пояс — широколиственные леса.

Столь значительная геоморфологическая «пестрота» приводит к тому, что здесь формируется своеобразный мезоклимат, отличающийся как от прилегающих равнин (меньшие скорости ветра, более стабильный снежный покров и т. п.), так и от гор (более высокие температуры и меньшее количество осадков). В результате геоморфологической «пестроты» и особенностей климата здесь формируется более широкий ряд местоположений, и, соответственно, набор физиономических типов растительности: травяной, кустарниковой и древесной, наиболее типичной для лесостепной зоны.

В низкогорно-предгорных ландшафтах в результате взаимодействия гор с прилегающими равнинами возникает своеобразная предгорная зональность, относимая к парадинамической зональности регионального уровня. Зональность предгорных ландшафтов выражается в чередовании гумидно-предгорного и аридно-теневого вариантов зональности. Гумидно-предгорная зональность характерна для наветренных склонов, где смена ландшафтных комплексов происходит в результате склоновых процессов, связанных c трансформацией воздушных масс на склонах благодаря явлению предвосхождения. Аридно-теневая зональность выражена в области барьерной тени («дождевой» тени), т. е. на подветренной стороне гор, а также в сухих межгорных депрессиях и суходолах, огражденных передовыми хребтами. Чередование гумидно-предгорной и аридно-теневой зональности приводит к быстрой смене типов ландшафта на сравнительно небольших расстояниях, несмотря на то, что высотные отметки местности возрастают незначительно.

Кроме предгорной зональности местами при непосредственном влиянии передовых хребтов, стоящих в виде барьера на пути движения воздушных масс, проявляется барьерно-высотная зональность ландшафтов [7; 8]. Задерживая насыщенные водяными парами воздушные массы и конденсируя их влагу на наветренных склонах, предгорные хребты создают своеобразный мезофильный ландшафт, резко отличающийся от территорий, находящихся в области барьерной тени.

Для объективного анализа и выделения равнинной, предгорной и горной частей нами был проведен анализ морфометрических особенностей рельефа, так как указанные понятия относятся к категории геоморфологических [9–11].

Среди большого количества морфометрических параметров наиболее подходящими для выявления ландшафтообразующей роли подходят такие, как абсолютная высота местности и крутизна поверхностей. Гипсометрический фактор приводит к дифференциации ландшафтов, а крутизна является тем критерием, по которому отграничиваются равнинные и горные ландшафты [12–14].

Одним из наиболее простых и достоверных критериев, по которому отделяется горная часть от равнинной, является крутизна склонов. Чаще всего признается, что при крутизне поверхностей или склонов свыше 6° начинаются горы (или их предгорья).

Распределение территории Северо-Восточного Кавказа по высотным отметкам представлено в таблице 1 и рисунке 1.

Таблица 1

Распределение территории Северо-Восточного Кавказа по высотным отметкам

Высоты, м

Площадь, км2

Площадь, %

В т. ч. предгорья, км2

Менее 100

260

0,6

260

100–200

1849

4,1

1849

200–400

6103

13,6

6092

400–600

4345

9,7

4164

600–800

3104

6,9

2440

800–1000

2187

4,9

784

1000–1200

2094

4,7

191

1200–1400

2253

5,0

30

1400–1800

4991

11,1

1800–2000

2854

6,4

2000–2400

5565

12,4

2400–3200

7465

16,6

3200–3600

1555

3,5

3600–4000

283

0,6

4000–5013

33

0,1

44940

100,0

15810

Рис. 1. Распределение территории Северо-Восточного Кавказа по высотным отметкам

Как видно из приведенных данных, предгорья занимают 35 % от всей площади Северо-Восточного Кавказа. При этом на высоты до 1000 м (низкогорья в геоморфологическом понимании) приходится 17848 км2 (39,7 %), 1000–2000 м (среднегорья) — 12192 км2 (27,1 %), и 2000–3000 м — 11625 км2 (25,9 %), и выше 3000 м — 3223 км2 (7,2 %). То есть в геоморфологическом отношении на территории Северо-Восточного Кавказа более широко представлены низкогорья и высокогорья, тогда как среднегорья занимают несколько меньшую площадь. Наибольшую площадь в низкогорьях занимают высотные отметки 200–400 и 400–600 м, куда входят передовые хребты (Терский и Сунженский). Что касается среднегорий, то здесь распределение территории довольно равномерное. В высокогорьях (до 3000 м) заметно повышение доли территорий с высотами от 2500 м, что можно объяснить наличием значительных поверхностей выравнивания как на Скалистом хребте, так и во Внутригорном Дагестане. Наиболее высокие части горного сооружения занимают не столь значительную территорию.

Ландшафты предгорья, низкогорий и нижнегорий, которые поднимаются до 1000–1200 м заметно, до высоты до 600 м почти полностью заняты ими. Территории с отметками высот 600–800 м тяготеют к предгорной части, а при дальнейшем увеличении абсолютной высоты низкогорья и предгорья постепенно переходят в собственно горное сооружение.

Распределение территории в зависимости от крутизны склонов иллюстрируют таблица 2 и рисунок 2.

Таблица 2

Распределение территории Северо-Восточного Кавказа в зависимости от крутизны склонов

Склоны

Крутизна

Площадь, км2

Площадь, %

В т. ч. предгорья

Плоские и слабонаклонные поверхности

0–2

5011

11,2

4764 (95 %)*

2–4

2933

6,5

2377 (81 %)

4–6

2654

5,9

1851 (70 %)

Покатые склоны

6–8

2649

5,9

1618 (61 %)

8–10

2640

5,9

1393 (53 %)

10–15

5952

13,2

2247 (38 %)

15–20

5262

11,7

984 (19 %)

Средней крутизны

20–25

4832

10,8

367 (8 %)

25–30

4255

9,5

134 (3 %)

Крутые

30–35

3472

7,7

50

35–40

2641

5,9

17

40–45

1620

3,6

6

Обрывистые

45–50

721

1,6

2

50–60

280

0,6

1

Отвесные

60–75

17

~ 0,0

0

44940

100,0

15810

Примечание: * — доля склонов от их общей площади на территории всего Северо-Восточного Кавказа

Рис. 2. Распределение территории Северо-Восточного Кавказа в зависимости от крутизны склонов

На территории Северо-Восточного Кавказа встречаются склоны с крутизной до 75°. Поверхности с крутизной до 6° занимают 10598 км2 (23,6 %). В геоморфологическом отношении они соответствуют равнинам. В горной части территории с такой крутизной склонов чаще всего отмечается либо в котловинах, либо это поверхности выравнивания в довольно возвышенных частях (горные плато). Склоны с разной степенью покатости (от 6 до 20°) занимают наибольшую, по сравнению с другими склонами — до 16503 км2 (36,7 %). Следующая группа склонов — склоны средней крутизны (20–30°), занимают 9087 км2 (20,2 %). Крутые склоны (30–45°) занимают 7713 км2 (17,2 %). Обрывистые склоны (45–60°) занимают 1001 км2 (2,2 %). И, наконец, отвесные скалы (60–75°) занимают ничтожно малую площадь.

Что касается предгорных, низкогорных и нижнегорных ландшафтов, то здесь на склоны крутизной до 10° приходится более 50 % аналогичных склонов, получивших распространение на всей территории Северо-Восточного Кавказа. По мере увеличения крутизны склонов увеличивается доля территории, которая располагается в пределах горного сооружения Большого Кавказа. В целом в пределах предгорных ландшафтов еще сохраняется довольно значительная доля склонов, имеющих крутизну до 25°, а более крутые склоны не характерны для категории предгорных, низкогорных и нижнегорных ландшафтов.

Еще одной важной морфометрической характеристикой является экспозиция склонов (табл. 3).

Таблица 3

Распределение территории Северо-Восточного Кавказа в зависимости от экспозиции склонов

Экспозиция

Площадь, км2

Площадь, %

В т. ч. предгорья, км2

Плоскость

174

0,4

173 (99,4 %)

С (337,5–22,5°)

7120

15,8

2892 (40,6 %)

СВ (22,5–67,5°)

6917

15,4

2709 (39,2 %)

В (67,5–112,5°)

6365

14,2

2173 (34,1 %)

ЮВ (112,5–157,5°)

4635

10,3

1378 (29,7 %)

Ю (157,5–202,5°)

4830

10,7

1532 (31,7 %)

ЮЗ (202,5–247,5°)

4629

10,3

1423 (30,7 %)

З (247,5–292,5°)

5012

11,2

1596 (31,9 %)

СЗ (292,5–337,5°)

5258

11,7

1934 (36,8 %)

44940

100,0

15810

Как видно из приведенных данных, для Северо-Восточного Кавказа наиболее характерными являются склоны северных румбов, суммарная доля которых составляет 42,9 %, что легко объясняется положением территории на северном макросклоне Большого Кавказа. На долю склонов южных румбов приходится 31,3 %. С позиции циркуляции атмосферы склоны западных румбов, которые в умеренных широтах получают максимальное количество осадков, занимают более 30 % (33,2 %), а восточные — около 40 % (39,9 %). То есть, сочетание этих факторов приводит к тому, что здесь более широко представлены местоположения, в которых отмечается некоторый недостаток тепла и влаги.

Что касается предгорных, низкогорных и нижнегорных ландшафтов, то плоские поверхности абсолютно характерны лишь для предгорных ландшафтов, так как на них приходится 173 из 174 км2 (99,4 %). Склоны других экспозиций занимают здесь в целом площадь, пропорциональную общей (рис. 3).

Рис. 3. Встречаемость склонов разной крутизны (в %) в полосе низкогорно-предгорных ландшафтов

Следующим параметром, непосредственно связанным с рельефом, позволяющим количественно оценить его вклад в формирование ландшафтной структуры региона, является карта интенсивности солнечного излучения (радиации) (рис. 4).

Рис. 4. Распределение величины солнечного излучения по территории Северо-Восточного Кавказа (в вт/м2)

На представленной карте отчетливо видно, что по распределению данного параметра низкогорно-предгорные ландшафты занимают промежуточное положение между двумя признаваемыми классами — равнинными и горными.

Также яркое подтверждение того, что переходная полоса между равнинной и горной частями характеризуется контрастными («пестрыми») условиями, отражает карты густоты горизонтального расчленения рельефа. Для создания этой карты был необходим подсчет длин линий водотоков разных порядков (в нашем случае от элементарного, 1 порядка, до 11 — наиболее крупные реки). Далее были подсчитаны длины водотоков в пределах квадрата со стороной 10 км. Итоговая карта (рис. 5) была составлена путем выделения естественных групп в программе MapInfo.

Рис. 5. Карта густоты горизонтального расчленения рельефа Северо-Восточного Кавказа

На рисунке 6 хорошо видно, что наибольшая контрастность и пестрота характерны как раз для предгорного экотона. В собственно горной части региона заметно постепенное увеличение эрозионного расчленения по мере увеличения абсолютной высоты. Именно эрозионное расчленение создает условия для формирования склонов разной крутизны и экспозиции. Наличие квадратов с минимальным расчленением на границе Северо-Восточного Кавказа с Закавказьем связано с тем, что в эти «неполные» квадраты попадает лишь часть рассматриваемой территории.

Таким образом, Северо-Восточный Кавказ отличается большой пестротой природных условий и ландшафтов. Исторические, этнографические и археологические источники свидетельствуют, что эта территория была заселена довольно давно [15]. Современные ландшафты района характеризуются сочетанием природно-территориальных комплексов разной степени трансформации [16]. Природные ландшафты Северо-Восточного Кавказа в настоящее время охарактеризованы довольно подробно, однако вопросам современного состояния ландшафтов и степени их трансформации уделяется гораздо меньшее внимание. Предлагаемые морфометрические показатели ландшафтов горно-равнинной контактной полосы Северо-Восточного Кавказа позволяют не только оценить их роль в формировании и пространственной дифференциации природно-территориальных комплексов региона, но также довольно хорошо иллюстрируют степень их селитебной освоенности. Следовательно, предлагаемые показатели могут также применяться и для общей оценки антропогенной нагрузки на ландшафты, в том числе и рекреационной.

Литература:

1.         Симонов Ю. Г. Морфометрический анализ рельефа. Смоленск: СГУ, 1998. 270 с.

2.         Спиридонов А. И. Основы общей методики полевых геоморфологических исследований. М.: Высшая школа, 1970. 458 с.

3.         Анисимов В. И. Морфометрический анализ рельефа. Сочи, 1999. 321 с.

4.         Погорелов А. В., Думит Ж. А. Бассейн р. Кубани (морфологический анализ). М.: ГЕОС, 2009. 220 с.

5.         Коломыц Э. Г. Экотон как объект физико-географических исследований // Известия АН СССР. Сер. Геогр. 1988. № 5. С. 24–36.

6.         Николаев В. А. Ландшафтные экотоны // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2003. № 6. С. 3–9.

7.         Алибеков Л. А. Взаимодействие горных и равнинных ландшафтов (на примере Средней Азии). Автореф. дис. доктора геогр. наук. М., 1988. 52 с.

8.         Максютов Ф. А. Ландшафты предгорий. Уфа: Изд-во Башкирск. ун-та, 1980. 76 с.

9.         Атаев З. В. Ландшафтный анализ низкогорно-предгорной полосы Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2008. № 1. С. 59–67.

10.     Атаев З. В. Географические особенности формирования и пространственной дифференциации природно-территориальных комплексов горного Дагестана // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2004. № 4. С. 35–39.

11.     Атаев З. В. Ландшафты предгорного Дагестана и вопросы их агрохозяйственной оптимизации. Дисс… канд. геогр. наук. Воронеж: Изд-во ВорГУ, 2002. 152 с.

12.     Абдулаев К. А., Атаев З. В., Братков В. В. Современные ландшафты Горного Дагестана. Махачкала, ДГПУ, 2011. 116 с.

13.     Атаев З. В., Братков В. В. Горно-котловинные ландшафты Северо-Восточного Кавказа: современные климатические изменения и сезонная динамика. Махачкала: ДГПУ, 2011. 128 с.

14.     Атаев З. В., Братков В. В., Гаджимурадова З. М., Заурбеков Ш. Ш. Климатические особенности и временная структура предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2011. № 1(14). С. 92–96.

15.     Атаев З. В., Заурбеков Ш. Ш., Братков В. В. Современная селитебная освоенность ландшафтов Северо-Восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2010. № 1(10). С. 71–74.

16.     Мамонов А. А., Братков В. В., Атаев З. В. Оценка изменения селитебной освоенности ландшафтов контактной полосы Терско-Сулакской и Приморской низменностей Дагестана на основе данных дистанционного зондирования // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2013. № 1(22). С. 84–89.



[1] Работа выполнена при финансировании по Тематическому плану Министерства образования и науки Российской Федерации (Номер темы 2374)

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle