Материалы конференции 9 октября 2020 г.. Рубрика в журнале - Принципы экологии
Статья научная
Предлагаемая работа показывает возможности анализа временных рядов мультиспектральных космических снимков среднего разрешения для выявления инвариантных пространственных структур в условиях сильного антропогенного воздействия. На примере многолетних рядов данных LANDSAT показана процедура выделения пространственных инвариант. Процедура основана на применении метода иерархического факторного анализа многомерного пространства исходных переменных и сегментации полученного факторного пространства на дискретные состояния. Так как каждое мультиспектральное изображение - срез состояния ландшафтного покрова и его способности преобразовывать солнечную энергию, то у каждого такого среза должен быть собственный набор пространственных инвариант, описывающих большую часть информации о работе поверхности. Из инвариант, описывающих отдельные срезы, можно построить новые инварианты, описывающие стационарные состояния временного ряда в целом. С помощью итеративной процедуры классификации к-средних можно выделить пространственную дифференциацию данных состояний. Число таких состояний определяется принципом максимума энтропии. Устойчивость полученных дискретных состояний исследуется с помощью дискриминантного анализа, когда полученные по одному временному ряду инвариантные состояния служат обучающей выборкой для другого временного ряда снимков для той же территории. В данной статье с помощью этого подхода исследуются агроландшафты района Самарской области. Демонстрируется высокая повторяемость дискретных пространственных инвариант в пространстве интегральных факторов для временных рядов, разделенных во времени на 10 лет. Независимо проведенные полевые исследования позволяют утверждать, что выделенные стационарные состояния могут быть соотнесены с типами почв. Проведение такого рода анализа позволяет установить с помощью дистанционных методов генетические свойства территории даже под сильным антропогенным воздействием.
Бесплатно
Закон Шеннона - Хартли и предел внутренней упорядоченности биологических систем
Статья научная
Биологические системы относятся к особому классу физических систем, которые характеризуются способностью одновременно и к самоорганизации, и к эволюции. Любые взаимодействия материальных систем сопровождаются синтезом - передачей - приемом информации. Закон Шеннона - Хартли ограничивает пропускную способность информационного канала. Вслед за У. Р. Эшби мы связываем саморегуляцию/самоорганизацию с ограничениями пропускной способности системного регулятора. Предполагается, что пропускная способность регулятора может быть косвенно определена на основе величины избыточности Шеннона (= мера организованности, R). Теоретическая величина R для точки перегиба графика пропускной способности составляет около 0.31. Предполагается, что самоорганизация сопровождается ростом упорядоченности. Эта гипотеза была проверена на примерах сильной внутренней организации (черепа и метаподиальные кости млекопитающих). Показано, что регулятор не обеспечивает жесткого контроля размеров/формы черепа и костей посткрания, но поддерживает неожиданно высокое разнообразие этих морфологических систем (R
Бесплатно
Организация и динамика органогенного рельефа верхового болота
Статья научная
Работа посвящена исследованию организации структуры и динамики рельефа верхового болотного массива на основе многократных измерений на трансекте с регулярным шагом 5 м и длиной 575 м. Трансект субширотно пересекает склон болотного массива с перепадом высот около 1 м от краевых частей к его центру. Многолетние измерения высот показали их значительное варьирование с амплитудой до 40 см. Для выявления возможных механизмов, определяющих варьирование высот, в течение 5 лет измерялись приросты мха и уровень болотных вод по точкам измерения высот рельефа. На основе измерений высот рельефа с помощью факторного анализа выделены его инвариантная и динамическая компоненты в пространстве-времени. Получено, что для средне-низкочастотных составляющих спектра инвариантной и динамической компонент высот рельефа размерность является топологической. Высокочастотная составляющая спектра инвариантной компоненты рельефа имеет размерность немного ниже топологической, а для динамической компоненты она немного выше бурого шума. По измерениям приростов мха и уровня болотных вод также выделены их инвариантные и динамические компоненты, размерность спектра которых для всех частот сходна и немного выше бурого шума. Совместный анализ измерений высот поверхности болота, приростов мха и уровня болотных вод показал, что инвариантная и динамическая компоненты рельефа практически полностью описываются от уровня болотных вод и приростов мха. При этом инвариантные и динамические компоненты приростов мха и уровня болотных вод определяются от остальных переменных только для больших и средних периодов их варьирования. Таким образом, выделяется два основных механизма организации рельефа поверхности болота, различающихся для его микро- и мезомакроформ. Для приростов мха и уровня болотных вод возможно наличие дополнительных механизмов организации и динамики для малых периодов их варьирования.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется зависимость изменчивости функционирования ландшафта от его пространственной структуры на примере степей Южного Урала. Значения индекса NDVI и его внутрисезонная изменчивость рассматриваются как функции рельефа, соседств, конфигурации урочищ. Полевая верификация показала возможность использовать NDVI как индикатор надземной травяной фитомассы. Приращения NDVI между парами сроков ранжированы по отклонениям от модальных значений. Проверялась гипотеза, что наряду с фоновыми для ландшафта приращениями локальные факторы могут вызывать отклонения от фоновой динамики и частые смены типа динамики. Стабильность динамики NDVI характеризуется индексом Шеннона через соотношение повторяемостей отклонений от фоновых приращений. NDVI адекватно отражает надземную травяную фитомассу начала летнего периода за исключением луговых и лугово-степных сообществ с большим участием кустарников. Статистическими методами выявлено варьирование вкладов факторов организации рельефа и позиционных факторов в динамику NDVI в течение теплого периода. Значение принадлежности к положительным или отрицательным формам рельефа и положения в катене возрастает в летний период. Факторы расчлененности рельефа и инсоляции более значимы в поздневесенний период. На южных склонах и в днищах лощин фитомасса существенно отклоняется от фоновых закономерностей, обусловленных рельефом. Степень стабильности динамики NDVI зависит от положения по отношения к границам урочищ и его формы. В центральных секторах плато и делювиальных шлейфов зависимость от фоновой ландшафтной динамики ослабевает, усиливается вклад положительных обратных почвенно-фитоценотических связей в формирование фитомассы.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено соотношение континуальности и дискретности растительного покрова южно-таежных ландшафтов юга Валдайской возвышенности на примере трансекта длиной 1.72 км (87 точек c шагом описания 20 м), расположенного в ядре Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника (Тверская область, Россия). На территории исследования сохранились достаточно большие участки лесов, не испытавших антропогенное воздействие и воспроизводящих ход естественных экосистемных процессов. Описания лесных сообществ сгруппированы на основе эколого-фитоценотической классификации, выполнен анализ синтаксонов с использованием диагностических видов с показателем IndVal более чем 25 %. В качестве дифференцирующих факторов со стороны условий экотопа оценены морфометрические показатели рельефа (относительная высота и крутизна склонов), относительная влажность верхнего горизонта почвы и гранулометрический состав почвы. Результаты кластерного анализа состава выделенных синтаксонов способствовали распознанию дискретных границ между отдельными классами. В целом на рассматриваемом трансекте преобладали дискретные границы (61 %), связанные главным образом с резкими изменениями форм рельефа и, следовательно, влажностью верхнего горизонта почвы. Континуальные границы наблюдаются при незначительных градиентах высоты для переходных сукцессионных состояний сообществ в процессе зарастания вывалов, а также вследствие изменения мощности и характера органоаккумуляции верхней части почвенного профиля и гранулометрического состава его средней и нижних частей. Анализ показал, что для заболоченных слабо дренированных еловых лесов южно-таежных ландшафтов юга Валдайской возвышенности рельеф и гранулометрический состав почв можно отнести к основным дифференцирующим факторам наземных ярусов растительного покрова.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются термодинамические характеристики муссонных тропических лесов национального парка Каттьен, рассчитанные по 19 срокам съемки спутников семейства Landsat с 2000 по 2018 г. Методом главных компонент получены инварианты (параметры порядка) отдельных переменных и системы в целом и на их основе выделены типы термодинамической системы, соответствующие основным типам ландшафтного покрова территории. Показано существование двух режимов работы системы: конец влажного сезона и конец сухого сезона.
Бесплатно
