Морфометрия рельефа как фактор формирования и пространственной дифференциации низкогорно-предгорных ландшафтов Северо-Восточного Кавказа

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

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

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

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.