ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Пространственное моделирование в агроэкологии

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Пространственное моделирование в агроэкологии • Практические задачи экологии и сельского хозяйства – точечные или пространственные? • Агроэкологические модели – точечные. • Географические информационные системы – пространственный анализ данных.

ТИПЫ ДАННЫХ В ГИС 1. Точка 2. Линия (сегмент) 3. Полигон 4. Растр 5. Таблица Одним из основных преимуществ ГИС является возможность применения к данным ГИС пространственных операторов для получения новой информации. Эти инструменты представляют основу для пространственного моделирования

ТИПЫ ДАННЫХ В ГИС

Моделирование пространственных задач • Концепция процесса моделирования: • Постановка задачи • Деление задачи на логические части • Изучение входных наборов данных • Выполнение анализа • Проверка результатов модели • Реализация результата

Решаемые задачи 1. Модели представления данных 2. Интерполяция данных 3. Классификация данных 4. Моделирование пригодности и рисков (древо) 5. Анализ рельефа и гидрология 6. Расстояния, время, затопляемость, видимость 7. Вычисления в растре 8. Генерализация

Модели представления

Интерполяция данных Полигоны Тиссена – метод ближайшего соседства Принадлежность точки к тому или иному классу определяется путем анализа удаленности от имеющихся точек с данными. Границы – границы равной удаленности от смежных точек с данными

Интерполяция данных Скользящее среднее Принадлежность точки к тому или иному классу определяется путем вычисления средне-взвешенного значения от ближайших точек

Интерполяция данных Трендовая поверхность На все точки с данными измерений накладывается трендовая поверхность заданного порядка. Значение параметра в точке определяется путем вычисления по формуле заданной трендовой поверхности

Интерполяция данных Кригинг Интерполяция на основе анализа вариограмм. Учитывает наличие и специфику пространственной зависимости измерений в имеющихся точках с данными.

Инвентаризация почв на детальном уровне обобщения (опытное поле Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева) Свойство почв Уравнение регрессии R 2 Критерий С 1. Влажность слое 0 -10 см Данные аэрофотосъемки, масштаб 1: 24000, 2 срока) в ВЛ = 6, 88879 – 0, 0616845*А 1 – 0, 0825956*А 2 + 0, 207146*В 52, 44 2, 55 2. Плотность слове 0 -10 в П = -1, 98721 + 0, 000666528*А 2 – 0, 1105116*У + 0, 0126085*В – 0, 000694395*Э 96, 24 2, 77 3. Содержание гумуса в Апах Формы мезорельефа Экспозиция склонов Уклоны местности 91, 05 2, 63 4. Мощность горизонта А Полевые обследования, топокарта, масштаб 1: 2000 Г = 13, 1203 – 0, 107128*Р – 0, 37333*У – 0, 0383294*А 2 М = -15, 545 + 0, 460425*В – 1, 30243*У – 0, 0753776*А 1 51, 14 1, 85 Условные обозначения: П - плотность почв, г/см 3; Г - содержание гумуса %; М - мощность гумусового горизонта, см; ВЛ влажность почв, %; А 1 - фототон изображения на аэроснимке 1; А 2 - фототон изображения на аэроснимке 2; У - уклон местности, градусы; В - абсолютная высота местности, м; Э - экспозиция склона, градусы азимута; Р - радиация, МДж/м 2 д Аллювиальные дерновые почвы разделяются на видовом уровне: по содержанию гумуса: 3% - малогумусные (Ад 1); 3 - 5% - среднегумусные (Ад 2); 5% - многогумусные. Серые лесные пахотные почвы на видовом уровне: по мощности гумусового горизонта: 20 см – маломощные; 20 - 40 см – среднемощные (с); 40 см – мощные (м), на родовом уровне: по степени смытости почв на: слабосмытые (э)- гумусовые горизонты смыты не более чем на одну треть первоначальной мощности, горизонт А 2 В в пашню не вовлекается совсем или едва захватывается по верхней границе; среднесмытые (ээ)- гумусовый горизонт смыт больше чем на одну треть, в пашню вовлекается верхняя часть горизонта В ; сильносмытые (эээ)- гумусовый горизонт смыт полностью, пахотный горизонт представлен в основном горизонтом В ( Классификация и диагностика почв СССР, 1977)

Классификация данных

Инвентаризация почв на региональном уровне обобщения Цифровая модель рельефа Исходная среднемасштабная почвенная карта Классы абсолютных высот Каркас предварительных выделов Классы экспозиции склонов Результат коррекции и детализации выделов исходной карты Классы уклонов Неоднородности растительного покрова Неоднородности открытой поверхности почв

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ПРИГОДНОСТИ ЗЕМЕЛЬ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ И АДЫГЕИ ДЛЯ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР ПО-БЛОЧНАЯ ОЦЕНКА ПРИГОДНОСТИ ЗЕМЕЛЬ ГРУША ПЕРСИК почвы климат интегральная оценка СЛИВА АБРИКОС рельеф Интегральная рейтинговая оценка пригодности земель Краснодарского края и Адыгеи для возделывания груши, персика, сливы и абрикоса (размер пикселя 200*200 м)

ПРИМЕРЫ ОЦЕНКИ ПРИГОДНОСТИ ЗЕМЕЛЬ УПХ «БОГОСЛОВСКОЕ» (Тульская область) плодовые сады свойство земель экстенсивные сенокосы рейтинг оценки Песчаный 70 Супесчаный 100 Легкосуглинистый 100 Среднесуглинистый 100 Тяжелосуглинистый гранулометрический состав почв 70 100 Глинистый 80 100 1, 2 -1, 3 100 80 1, 3 -1, 45 80 80 1, 45 -1, 6 80 20 >1, 6 1 20 Нет плотность почв г/см 3 100 90 5 -10 лет/1 -15 дней 40 5 -10 лет/15 -30 дней 1 80 >3 затопляемость 100 2 -3 90 100 1, 2 -2 50 100 0, 5 -1, 2 50 90 <0, 5 20 50 <3, 0 1 1 3, 0 -3, 5 мощность потенциально корне-обитаемого слоя (м) 1 70 3, 5 -5, 5 100 60 100 1 60 >9, 5 1 1 <0, 8 50 30 0, 8 -1, 0 70 30 1, 0 -1, 5 70 70 1, 5 -2, 5 100 70 2, 5 -3, 0 100 90 >3, 0 100 <5 крутизна склонов в градусах 70 100 8, 0 -9, 5 гумус (%) 70 5, 5 -7, 5 -8, 0 р. Н водный Богословское 80 <1, 2 Богословское 100 5 -15 70 70 15 -20 40 50 >20 1 1 шкала – сумма отклонений рейтингов от отпимума Плодовые сады Экстенсивные сенокосы

СЦЕНАРИИ РАЗМЕЩЕНИЯ УГОДИЙ (Южный Дагестан, абрикос) Сценарий «Наилучший тип землепользования» Сценарий «Оптимальные земли» Дербентский р-он Табасаранский р-он Агульский р-он Хивский р-он Сценарий «Максимальная продуктивность» Сценарий «Экологически безопасное землепользование» Дербентский р-он Табасаранский р-он Агульский р-он Хивский р-он

ОПТИМАЛЬНОСТЬ ЗЕМЕЛЬ РОССИИ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ячмень сахарная свекла гречиха лен долгунец кукуруза просо овес озимая пшеница картофель подсолнечник яровая пшеница озимая рожь (цветом показан процент оптимальных земель)

Анализ рельефа и гидрология 1. Классы абсолютной высоты местности 2. Уклоны 3. Экспозиция склонов 4. Характерные точки склонов 5. Выявление дренажной сети 6. Направление потенциального поверхностного стока 7. Объем потенциального стока 8. Стоковые бассейны

Анализ рельефа и гидрология Направление стока

Анализ рельефа и гидрология Объем стока

Анализ рельефа и гидрология Дренажная сеть и стоковые бассейны

ГИС «Дистанционный мониторинг эрозии черноземов» Создание Базы Данных ГИС Этап 1 Коррекция космического снимка и совмещение с базой данных ГИС Этап 3 Определение проективного покрытия почв и их влажности для каждого ливневого дождя Этап 2 Дешифрирование выделов смытых почв и размещения посевов Этап 4 Расчет смыва почвы за каждый дождь с учетом проективного покрытия, влажности почв и стекания осадков по рельефу Этап 5 Расчет суммарного смыва почвы за вегетационный период в целом + WOFOST Основа моделирования смыва – подход Моргана (Morgan, 1986): E = R*(11. 9+8. 7*log 10 I) , где Е – кинетическая энергия дождя (Дж. м 2), R - количество осадков (мм), I - интенсивность осадков (мм/час). F = K*(Ee-a. A)*b*10 -3 , где F - степень дезагрегации почвы под воздействием капель дождя (кг/м 2), K - индекс устойчивости почвенных агрегатов (г/Дж), a, b, A - константы. G = C*Qd*sin. S*10 -3 , где G - транспортирующая способность потока (кп/м 2), S - уклон (град. ), С – индекс наземного покрова, d - константа.

Расстояния

Расстояния и классификация

Расстояния и классификация Рекреационная зона (загородные парки для отдыха и туризма, перемежающиеся с лесопользованиями, сенокосами и пастбищами) – наиболее близкая к городам зона Агропромышленная зона (зона животноводства и земледелия средней и высокой интенсивности с капитальными постройками и густой сетью дорог, с переработкой сельхозпродукции) – следующая по удаленности от городов зона; Зона консервации ландшафтов (места научных исследований с возможностями проведения кратковременных экскурсий) – максимально удаленная от городов зона;

Генерализация Представление в более мелком масштабе с сохранением специфики объекта картографирования

Генерализация

Генерализация