О применении геоинформационного подхода к комплексному анализу природно-климатического состояния окружающей среды
В задачах анализа природно-климатического состояния окружающей среды возникает необходимость учитывать пространственные свойства объектов, связанные с описанием формы, взаиморасположения объектов и др. Включение пространственных свойств в анализ хотя и усложняет процедуры анализа, но позволяет использовать дополнительную информацию, которая может быть актуализирована на основе применения методов пространственного анализа. В реализации этих методов широкое использование в последнее время получают геоинформационные системы (ГИС), позволяющие манипулировать и управлять пространственными данными, хранящимися в виде тематических слоев, географически определенных относительно цифровой карты-основы.
При изучении свойств природных объектов приходится использовать большие объемы разнородной информации, в связи с чем в задачах статистического анализа данных о состоянии окружающей среды возникает потребность в сжатии информации. Перспективным является применение в статистическом анализе данных метода главных компонент (компонентный анализ, далее К-анализ), который позволяет существенно сокращать размерность массива данных и описывать объекты меньшим числом обобщенных показателей, называемых главными компонентами. Последние являются удобными интегральными показателями, так как они отражают внутренние закономерности, которые не поддаются непосредственному наблюдению.
В наших работах рассмотрены методические вопросы геоинформационного подхода к комплексному анализу многомерных данных о природных объектах на основе применения К-анализа в сочетании с методом пространственного анализа (далее П-анализ). Для реализации этого подхода разработаны алгоритмы и программный комплекс анализа многомерных разнородных данных, использующий средства ГИС. С применением геоинформационного подхода проведен комплексный анализ данных о радиационном загрязнении на территории воздействия предприятия ядерного цикла, результаты которого изложены.
В наших работах иллюстрируется применение геоинформационного подхода к комплексному анализу данных с целью выявления климатических особенностей достаточно ограниченной по площади территории на юге Сибири, связанной с Васюганской болотной системой на границах Томской и Новосибирской областей.
Геоинформационный подход представляется перспективным для анализа данных о состоянии окружающей среды на территориях крупных регионов. Проведён анализ природно-климатического состояния обширной территории Западной Сибири, некоторые результаты которого изложены в малодоступных изданиях. Поэтому возникла необходимость обобщения этих результатов, что и явилось целью данной работы.
Пространственный анализ данных о состоянии объекта исследования с применением средств геинформационных систем (ГИС) в данном случае сводится к классификации пространственно распределенных источников климатической информации об объекте исследования и разбиению массивов климатических данных на подмассивы в соответствии с зонированием территории, используемым при проведении пространственного анализа данных. Каждый подмассив данных далее анализируется методами К-анализа, позволяющими заменять исходное множество наблюдаемых переменных факторным множеством с меньшим числом независимых переменных (главных компонент), являющихся линейными комбинациями исходных переменных.
Объектом исследования является территория Западно-Сибирской равнины в границах шести административных образований – Ямало-Ненецкого автономного круга (ЯНАО), Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) и Томской, Омской, Новосибирской областей и юга Тюменской области.
Западно-Сибирская равнина удалена приблизительно одинаково как от Атлантического океана, так и от центра континентальности Евразии. Поэтому её климат носит умеренно континентальный характер. Расположенная в умеренном поясе, где господствует западный перенос, Западная Сибирь находится под сильным влиянием Атлантического океана, которое сказывается в наибольшей степени в зимний период на севере территории. Известно, что в пределах Западно-Сибирской равнины ярко прослеживается зональное распределение ландшафтов в виде широтных географических зон: субарктической тундры, редколесья, тайги и лесостепи. Однако переходы между зонами недостаточно четки вследствие равнинности и сильной заболоченности. Зональность проявляется во всём комплексе природных условий: в изменении характера климата, растительного и почвенного покрова, состава животного мира и др.
Для анализа природно-климатических особенностей территории были использованы метеорологические данные, полученные на 99 метеостанциях исследуемого региона: временные ряды среднегодовых значений температуры воздуха, количества атмосферных осадков, величины максимальных годовых значений характеристик снежного покрова (СП): высота, плотность и запасы воды, а также числа Вольфа за период 1990–92 гг.
Согласно вышеизложенному геоинформационный подход к комплексному анализу данных предполагает проведение на первом этапе пространственного П-анализа данных. В настоящей работе П-анализ проводился наложением цифровой карты геоботанического районирования на карту расположения метеостанций. В результате этого все метеостанции были разделены на шесть групп в зависимости от их расположения на исследуемой территории. Соответственно этому разбиению метеостанций на шесть групп сформированы и шесть массивов данных для их последующей обработки К-анализом. В результате получено, что первые две главные компоненты Fl=66,50%; и F2=21,25%, что в сумме составляют более 85%. Это позволяет ограничиться в дальнейшем рассмотрением лишь этих двух главных компонент.
В результате геоинформационного анализа многомерных данных о природно-климатическом состоянии территории Западной Сибири показано, что наибольшее воздействие на него оказывает запас воды в снежном покрове, а изменение величины этого показателя определяет различия в природно-климатическом состоянии территорий.
Таким образом, проведённый анализ показал, что рассмотренный геоинформационный подход при исследовании территориальных объектов с использованием метода главных компонент позволяет проводить более эффективный анализ особенностей окружающей среды. Следовательно, совместное применение метода пространственного анализа данных и метода главных компонент в рамках геоинформационного подхода к комплексному анализу природно-климатического состояния территории позволяет исследовать пространственные особенности различных территорий. При этом анализ нагрузок переменных на главные компоненты выявляет наиболее значимые характеристики природно-климатического состояния территории.
При изучении свойств природных объектов приходится использовать большие объемы разнородной информации, в связи с чем в задачах статистического анализа данных о состоянии окружающей среды возникает потребность в сжатии информации. Перспективным является применение в статистическом анализе данных метода главных компонент (компонентный анализ, далее К-анализ), который позволяет существенно сокращать размерность массива данных и описывать объекты меньшим числом обобщенных показателей, называемых главными компонентами. Последние являются удобными интегральными показателями, так как они отражают внутренние закономерности, которые не поддаются непосредственному наблюдению.
В наших работах рассмотрены методические вопросы геоинформационного подхода к комплексному анализу многомерных данных о природных объектах на основе применения К-анализа в сочетании с методом пространственного анализа (далее П-анализ). Для реализации этого подхода разработаны алгоритмы и программный комплекс анализа многомерных разнородных данных, использующий средства ГИС. С применением геоинформационного подхода проведен комплексный анализ данных о радиационном загрязнении на территории воздействия предприятия ядерного цикла, результаты которого изложены.
В наших работах иллюстрируется применение геоинформационного подхода к комплексному анализу данных с целью выявления климатических особенностей достаточно ограниченной по площади территории на юге Сибири, связанной с Васюганской болотной системой на границах Томской и Новосибирской областей.
Геоинформационный подход представляется перспективным для анализа данных о состоянии окружающей среды на территориях крупных регионов. Проведён анализ природно-климатического состояния обширной территории Западной Сибири, некоторые результаты которого изложены в малодоступных изданиях. Поэтому возникла необходимость обобщения этих результатов, что и явилось целью данной работы.
Пространственный анализ данных о состоянии объекта исследования с применением средств геинформационных систем (ГИС) в данном случае сводится к классификации пространственно распределенных источников климатической информации об объекте исследования и разбиению массивов климатических данных на подмассивы в соответствии с зонированием территории, используемым при проведении пространственного анализа данных. Каждый подмассив данных далее анализируется методами К-анализа, позволяющими заменять исходное множество наблюдаемых переменных факторным множеством с меньшим числом независимых переменных (главных компонент), являющихся линейными комбинациями исходных переменных.
Объектом исследования является территория Западно-Сибирской равнины в границах шести административных образований – Ямало-Ненецкого автономного круга (ЯНАО), Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) и Томской, Омской, Новосибирской областей и юга Тюменской области.
Западно-Сибирская равнина удалена приблизительно одинаково как от Атлантического океана, так и от центра континентальности Евразии. Поэтому её климат носит умеренно континентальный характер. Расположенная в умеренном поясе, где господствует западный перенос, Западная Сибирь находится под сильным влиянием Атлантического океана, которое сказывается в наибольшей степени в зимний период на севере территории. Известно, что в пределах Западно-Сибирской равнины ярко прослеживается зональное распределение ландшафтов в виде широтных географических зон: субарктической тундры, редколесья, тайги и лесостепи. Однако переходы между зонами недостаточно четки вследствие равнинности и сильной заболоченности. Зональность проявляется во всём комплексе природных условий: в изменении характера климата, растительного и почвенного покрова, состава животного мира и др.
Для анализа природно-климатических особенностей территории были использованы метеорологические данные, полученные на 99 метеостанциях исследуемого региона: временные ряды среднегодовых значений температуры воздуха, количества атмосферных осадков, величины максимальных годовых значений характеристик снежного покрова (СП): высота, плотность и запасы воды, а также числа Вольфа за период 1990–92 гг.
Согласно вышеизложенному геоинформационный подход к комплексному анализу данных предполагает проведение на первом этапе пространственного П-анализа данных. В настоящей работе П-анализ проводился наложением цифровой карты геоботанического районирования на карту расположения метеостанций. В результате этого все метеостанции были разделены на шесть групп в зависимости от их расположения на исследуемой территории. Соответственно этому разбиению метеостанций на шесть групп сформированы и шесть массивов данных для их последующей обработки К-анализом. В результате получено, что первые две главные компоненты Fl=66,50%; и F2=21,25%, что в сумме составляют более 85%. Это позволяет ограничиться в дальнейшем рассмотрением лишь этих двух главных компонент.
В результате геоинформационного анализа многомерных данных о природно-климатическом состоянии территории Западной Сибири показано, что наибольшее воздействие на него оказывает запас воды в снежном покрове, а изменение величины этого показателя определяет различия в природно-климатическом состоянии территорий.
Таким образом, проведённый анализ показал, что рассмотренный геоинформационный подход при исследовании территориальных объектов с использованием метода главных компонент позволяет проводить более эффективный анализ особенностей окружающей среды. Следовательно, совместное применение метода пространственного анализа данных и метода главных компонент в рамках геоинформационного подхода к комплексному анализу природно-климатического состояния территории позволяет исследовать пространственные особенности различных территорий. При этом анализ нагрузок переменных на главные компоненты выявляет наиболее значимые характеристики природно-климатического состояния территории.
