Единство традиционных и новейших методов в географических исследованиях

На примере картографического метода мы могли убедиться в необходимости сопряженного (комплексного) применения раз­личных исследовательских методов для изучения географических процессов и систем. Отдельные методы перекрываются, так что бывает трудно их разграничить и использование каждого из них в «чистом виде» малоэффективно или просто нереально. Например, математический метод приобретает географическое значение лишь тогда, когда входит в качестве рабочего аппарата в состав сравни­тельного, картографического или иного географического метода.

Основным общенаучным подходам присущи специфические исследовательские методы, что уже можно было видеть на приме­рах исторического и хорологического подходов. Реализация сис­темного подхода требует применения наиболее широкого набора разнообразных, но тесно сопряженных методов. Сказанное, разу­меется, не следует понимать как монопольное право каждого на­учного подхода на «свои» методы исследования, и разграничить последние по этому признаку невозможно. Так, хорологический подход нашел наиболее специфическое свое воплощение в кар­тографическом методе, но с течением времени значение и при­менение последнего вышли далеко за рамки этого подхода.

Космический метод подобно картографическому начал форми­роваться в рамках хорологического подхода, но приобрел широ­кое многоцелевое назначение. Космоснимки могут выполнять роль самостоятельных моделей для изучения многообразных географи­ческих связей и процессов, в особенности динамических явлений разного характера — от текущих синоптических процессов в ат­мосфере до прогрессирующей антропогенной трансформации гео­систем, например опустынивания. На основе использования кос­мического метода возникло особое направление в методике ком­плексных географических исследований, называемое космическим землеведением. Надо подчеркнуть, что космический метод разви­вается не изолированно, а в неразрывной связи с традиционны­ми методами географии и, прежде всего, с картографическим. Космические модели трансформируются в картографические и уже в таком, как бы вторичном, качестве интерпретируются в целях изучения структуры, функционирования и динамики географи­ческих систем. Таким образом, космический метод становится важ­ным инструментом системного подхода в географии.

Сравнительный метод — один из старейших в географии. Сущ­ность его сводится к нахождению эмпирических зависимостей путем сравнения однородных объектов (форм рельефа, ландшаф­тов и др.) по тем или иным свойствам. Первоначально географи­ческие объекты сравнивались преимущественно визуально в натуре или с помощью карт по их внешним признакам в основном с целью установления закономерностей распространения. Но к на­стоящему времени сравнению подлежат не только внешние фор­мы, но и различные качественные и количественные, простран­ственные и временные, статические и динамические характерис­тики. Сравнительный метод сочетается с другими методами, осо­бенно с картографическим и историческим, и опирается на раз­личную информацию — карты, дистанционные снимки, матери­алы полевых наблюдений, архивные и исторические данные и др. Использование современной электронно-вычислительной и ин­формационной технологии значительно расширяет возможности метода. Сравнительный метод выявления сходства и различия слу­жит основой систематизации, которая в географии осуществляет­ся в двух формах — типологической (собственно классификация) и региональной (районирование, см. разд. 2.12). В процессе сравне­ния и систематизации могут наметиться эмпирические законо­мерности, которые при должной апробации с применением де­дуктивного подхода создают основу для формулирования геогра­фических законов.

Метод географических аналогов близок к предыдущему. Сущ­ность метода также состоит в сравнении, но разнородных объек­тов, один из которых, достаточно изученный, рассматривается как аналог другого, неизученного; при этом свойства первого в той или иной степени переносятся на второй. Известна, напри­мер, аналогия между системой влагооборота в ландшафте и кро­веносной системой организма, — этим подчеркивается особая функциональная роль влагооборота в геосистеме. Метод аналогов соприкасается с моделированием и в сущности лежит в основе картографических и некоторых других моделей.

При более широком подходе к методу географических анало­гов практически стираются его отличия от сравнительного метода. Для географии достаточно типичны ситуации, когда в рамках не­которого множества однородных объектов (форм рельефа, водо­емов, фаций, населенных пунктов и т.п.) выборочно изучаются один или несколько примеров и их выявленные свойства перено­сятся на все другие объекты данного множества. Такой подход имеет универсальное значение для географии, ибо, как известно, не­возможно изучить в отдельности каждый индивидуальный геогра­фический объект любого масштаба. В сущности, сюда же следует отнести метод ключевых участков, основанный на сравнении и аналогии.

Метод аналогов применяется также в прикладных целях (на­пример, при оценке ландшафтов с экологической или производ­ственной точек зрения) и при географическом прогнозировании. В последнем случае используются аналоги во времени: ситуации (процессы, состояния), наблюдавшиеся к настоящему времени, например при ритмических колебаниях или антропогенных воз­действиях, экстраполируются на расчетные сроки в будущем. Осо­бый случай метода аналогов — применение эргодического прин­ципа: последовательность событий во времени устанавливается по аналогии с изменениями в пространстве.

Математические методы имеют универсальное общенаучное значение и в географии применяются на всех стадиях научного исследования — при сборе и первичной обработке исходной ин­формации, ее систематизации, выявлении эмпирических законо­мерностей и теоретических обобщениях. Математические методы органически входят в систему геоинформатики, неразрывно свя­заны с географическим моделированием. В географических иссле­дованиях используются различные разделы математики, наиболее широкое применение находят математическая статистика и тео­рия вероятностей (в частности, при анализе протоколов наблю­дений и систематизации фактического материала).

В исследованиях структуры и функционирования геосистем используются математическая логика и теория множеств, в клас­сификации и районировании — методы многомерной статистики (факторный анализ, метод главных компонент, кластерный ана­лиз), а также теория множеств и др., для решения задач, связан­ных с динамикой и прогнозированием, используются методы математического анализа, особенно дифференциальные уравне­ния. В социально-экономической географии наряду с вероятност­но-статистическими методами находят применение математиче­ское программирование, теория графов и др.

Отношение географов к математическим методам нельзя счи­тать единодушным. Прямой перенос в географию методов, пред­назначенных для решения задач других наук, например механи­ки, физики, экономики, часто приводит к упрощенной трактов­ке географической реальности. Так, несомненная польза статис­тических методов состоит в том, что они создают возможность количественной обработки информации о массовых явлениях и отделения общего, типичного от случайного; притом эти методы позволяют упростить оригинал при моделировании, выполняя роль, аналогичную генерализации при составлении карт. Однако, по мнению известного советского географа Д.Л.Арманда, «мето­ды статистики не раскрывают никаких истин, они ничего не го­ворят о причинах взаимосвязей, о структуре ландшафта, о на­правленности влияний. Они только указывают путь поиска»¹. В.Н.Солнцев отмечает, что математические методы выявляют формы соответствия явлений безотносительно к причинам их воз­никновения, они не выражают причинно-следственных связей между зависимой и независимой переменными. Он справедливо замечает, что математические методы результативны только при правильном осмыслении действительности, а это связано с изу­чением физической сущности геосистем. В.Н.Солнцев приводит слова М. Фарадея: «То, что я не пойму в физике без математики, я и с математикой не пойму».

Применение математической статистики при классификации позволяет свести множество признаков к небольшому числу глав­ных, но это не избавляет от субъективизма, так как первоначаль­ный отбор признаков, а также анализ результатов компьютерной обработки зависят от интуиции, опыта и теоретического пред­ставления исследователя. В качестве издержки увлечения статис­тическими методами можно расценивать распространение преуве­личенного представления о вероятностной природе географиче­ского мира. Но следует согласиться с Ю. Г. Симоновым, что для этого нет никаких оснований и детерминистская основа геогра­фии сохраняет свои гносеологические функции². Некоторые гео­графы возлагали большие надежды на возможность создать тео­рию географии, написанную на математическом языке, но им обоснованно возражал Ю. Г. Симонов. По его мнению, в геогра­фии нет ни одной крупной проблемы, которую можно решить математическими методами.

Сталкиваясь с трудностями применения математических мето­дов, географы часто объясняли это тем, что традиционные разде­лы математики не в состоянии справиться с географическими за­дачами, и рассчитывали на то, что в математике со временем воз­никнут новые разделы, приспособленные для решения таких за­дач, но пока эти расчеты не оправдались. Тем не менее в совре­менной географии постепенно складывается система математи­ческих методов, позволяющих описывать и анализировать изучае­мые объекты в рамках целостного системного подхода. Эти мето­ды перспективны для прогнозирования поведения геосистем, для выражения на языке символов и формул эмпирических выводов и географических закономерностей.

География существенно отличается от классических экспери­ментальных наук — механики, физики, химии — крайне ограни­ченными возможностями использования экспериментальных ме­тодов путем направленного воздействия на изучаемые объекты непосредственно в натуре или переноса их в лабораторию. Исклю­чение составляют лишь случаи так называемого непреднамерен­ного эксперимента: 1) аномальные природные изменения (природные катастрофы) — землетрясения, вулканические изверже­ния, наводнения, резкие нарушения режима морских течений, ледников и т.п.; 2) последствия антропогенных воздействий — мелиорации, создания водохранилищ, вырубки лесов, распаш­ки, выброса загрязняющих веществ и т.д.

При таких условиях выдающееся значение приобретает модели­рование — универсальный метод научного исследования, незаме­нимый для изучения сложных систем. Моделирование основано на принципе подобия и в какой-то мере может рассматриваться как развитие метода аналогов. Модель — упрощенный, неполный аналог изучаемого объекта. Она играет роль посредника между ним и исследователем, выступая в качестве своего рода «заместителя» объекта. Одной из первых моделей географической действитель­ности явилась карта. К настоящему времени круг моделей, ис­пользуемых в географии, необычайно расширился. Различают мо­дели мысленные или идеальные (образные и гипотетические, ото­бражающие действительность в сознании исследователя); матери­альные (физические, например лотки в гидрологии, и простран­ственно-подобные, например макеты форм рельефа); образно-знаковые (в том числе карты); знаковые, или символические (ма­тематические). Моделями можно считать аэро- и космоснимки, обычные фотоснимки, художественные образы, описания. В по­рядке усиления формализованное™ основные типы моделей можно разделить на три группы: вербальные (словесные), графические и математические. В этой последовательности ослабевает ясность свя­зей моделей с реальностью и усиливается их абстрактность.

Вербальные модели можно понимать очень широко, от типо­логических географических терминов (верховое болото, пустын­ная зона) до более или менее развернутых классификационных характеристик (в том числе в легендах карт) и описаний. Матрич­ные модели, отображающие классификацию объектов по двум признакам, можно рассматривать как промежуточные между вер­бальными и графическими. Последние используются в географии достаточно широко. Простейшие из них — блоковые, подробно описанные В.С.Преображенским. Они часто служат не отраже­нием какой-либо реальной системы, а умозрительным построе­нием, предшествующим планированию и организации исследо­вания.

Уже отмеченные достоинства картографической модели — обзорность, математическая строгость, геометрическое подобие, высокая информативность и др. — делают их особенно привлекательными для географа. Математические модели счита­ются наиболее перспективными в сочетании с картографически­ми. Математическая модель облегчает формализацию и эффективную переработку на ЭВМ системной географической информа­ции, а карты придают информации наглядность и обеспечивают ее пространственную определенность. В этом случае математиче­ская модель создается на основе карты, корректируется по карте и вновь преобразуется в картографическую форму¹.

В географических исследованиях модели выполняют роль про­токола, гипотезы, инструмента анализа и синтеза. В процессе ис­следования приходится использовать различные модели, притом в сочетании с другими методами. Моделирование начинается уже на стадии сбора эмпирического материала, но этому может пред­шествовать предварительная умозрительная модель объекта (сис­темы). Выбор моделей и последовательность их использования за­висят от характера изучаемого объекта и конкретной задачи ис­следования. При моделировании отдельных географических про­цессов, имеющих в своей основе физические законы, например формирования речных русел, волнения и механизма передачи энергии ветра волнам, возможно применение искусственных фи­зических моделей в лабораторных условиях. В климатологии, гид­рологии, океанологии особенно широко применяется математи­ческое моделирование. В частности, для прогнозирования измене­ния климата строятся его модели в виде системы уравнений.

При изучении геосистем моделируются их структура, функци­онирование, динамика, эволюция, а тем самым и смены состоя­ний в будущем (прогноз). Для этих целей особенно эффективно математико-картографическое моделирование с использованием теории вероятности, математической статистики, теории графов.

В социально-экономической географии находят применение графические и математические модели пространственных (терри­ториальных) взаимодействий. Среди них так называемые каркас­ные модели, графически отображающие линейно-узловые струк­туры, и графы — «деревья». В качестве идеальной модели широ­кую известность получила так называемая теория центральных мест, предложенная немецким исследователем В. Кристаллером в 1933 г. Суть ее сводится к тому, что населенные пункты наиболее рационально размещаются при равномерном распределении в виде треугольной решетки: в этом случае у каждого центрального мес­та образуются шестиугольные поля. При изучении транспортных потоков, миграции населения применяются математические мо­дели потенциалов (модели поля расселения), гравитационные модели. Для моделирования резких сдвигов (например, в расселе­нии при внезапном экономическом спаде) и определения кри­тических порогов при таком переходе используется теория ката­строф.

Моделирование географических процессов в глобальных мас­штабах, ставшее актуальным в последние десятилетия, отличает­ся наибольшей сложностью. На основании математических моде­лей глобального климата при задании различных сценариев ядер­ной войны некоторые американские и советские ученые пришли к выводу о реальной опасности «ядерной зимы». При численном моделировании в глобальных масштабах неизбежен ряд допуще­ний, влияние которых на результаты расчетов не поддается экс­периментальной проверке. Одно из существенных ограничений связано с невозможностью учета всех региональных различий в протекании процессов, стимулируемых предполагаемым воздей­ствием. К аналогии с результатами ядерных испытаний 60-х гг. прошлого века следует относиться с осторожностью в силу слиш­ком большого различия в масштабах процессов.

В системе методов естественно-географических наук существен­ное место занимают физические и химические методы исследова­ния. Таким географическим дисциплинам, как климатология, гид­рология, океанология, присущи физические методы. Современ­ные представления о геосистемах предполагают необходимость изучения физических и химических механизмов их организован­ности и функционирования, познания процессов энерго- и массообмена в геосистемах на уровне физической и химической форм движения материи. Это не означает редукции сложных географи­ческих систем и процессов к более простым. Физические и хими­ческие методы применяются в тесной связи с традиционной по­левой методикой получения географической информации, со сквозными методами — картографическим и сравнительным¹.

Развитие указанных методов осуществляется главным образом в рамках двух научных направлений — геохимии ландшафта и гео­физики ландшафта. В первом из них сфера научных исследований уже оформилась достаточно четко, во втором — существуют не­сколько различающихся подходов. Можно констатировать нали­чие по меньшей мере одного физического метода, имеющего уни­версальное значение как для естественной, так и для обществен­ной географии, а именно метода балансов. Познание количествен­ных соотношений прихода и расхода субстанции, входных и вы­ходных потоков актуально для географических систем разных клас­сов. Метод балансов широко используется при изучении энерге­тики геосистем, их водного и минерального режимов, круговоро­тов вещества и энергии. Сальдо баланса дает возможность судить о тенденциях временных изменений в системе (но при недостаточ­ной точности измерений оказываются средством их верификации).

В социально-экономической географии метод балансов применя­ется для изучения соотношений между приходом и расходом сы­рья, энергии, продукции и т.д.; исследуются как межотраслевые (в рамках одного района), так и межрайонные балансы.

Тесное сплетение различных методов в процессе исследований на общей методологической основе позволяет рассматривать их в рамках географической науки в качестве элементов единого комп­лексного, или ландшафтного, подхода.