Представления о времени

В книге «Флювиальные процессы в геоморфологии», оказавшей очень большое влияние на подходы к изучению рельефообразующих процессов, утверждалось: «Детальное понимание геоморфологических процессов не заменяет применение основных геологических и стратиграфических принципов. Напротив, такое понимание должно помочь сократить число возможных гипотез, привлекаемых для объяснения разных форм рельефа, процессов и отложений на поверхности Земли... Полевые исследования современных процессов нельзя полностью отделять от исторических аспектов развития рельефа» (Leopold, Wolman, Miller, 1964, p. 7—8).

Эволюции природных обстановок во времени, конечно, издавна уделялось внимание при изучении окружающей среды, следуя заимствованной у геологии традиции, практиковавшейся на более ранних этапах развития физической географии. В недавнее время Р. Дж. Чорли и Б. А. Кеннеди (Chorley, Kennedy, 1971, p. 251) вскрыли различие между изменениями, связанными и не связанными со временем, хотя оно и не было признано всеми учеными, рассматривавшими бытие и становление как аспекты идентичного процесса, которые ограничены поведением. Чтобы проиллюстрировать это понятие, Чорли и Кеннеди (Chorley, Kennedy, 1971) использовали спираль (рис. 8-1), в которой причина и следствие проходят от становления на одном уровне общей организации к бытию, воспринимая характерную структуру или морфологию на более высоком уровне, и к поведению, воспринимая характерную морфологию или структуру на еще более высоком уровне. В этом представлении постепенное объединение организованности в пределах системы неизбежно ведет к  последовательности  эволюции,   которая  необратима.

В исследованиях времени часто возникала необходимость использования гипотез эргодичности, в которых пространство подменяется временем. В качестве примера Чорли и Кеннеди ссылались на работу Р. Сэвиджира, изучавшего профили береговых клифов южного Уэльса (Savigear, 1952). Клифы последовательно становились более защищенными от абразии по мере роста косы Логхэрн-Бёрроуз к востоку. Профили 17 клифов были представлены во временной последовательности, что наглядно продемонстрировало возможность замены сбора информации во времени сбором ее в пространстве. Изучение изменений во времени также определило необходимость учета временных рядов данных, если они доступны и если использовались разные хронологические методы (например: Hooke, Kain, 1982). В случае, когда ряды данных труднодоступны, можно использовать моделирование, чтобы продемонстрировать направления, в которых происходят изменения при тесно контролируемых условиях.

Волновые лотки использовались для моделирования береговых процессов, и впоследствии можно было имитировать изменения в виде математических или компьютерных моделей. Так, основанная на компьютерных данных имитационная модель косы Хёрст-Касл на южном побережье Англии была описана К. А. М. Кинг и М. Дж. Мак-Каллагом (King, McCullagh, 1971). Поскольку анализ наблюдавшихся или смоделированных тенденций имеет основополагающее значение для исследования изменений во времени, подыскивались методы для анализа временных рядов. Три типа последовательной зависимости были установлены Дж. Б. Торнсом и Д. Брансде-ном (Thornes, Brunsden, 1977), включая тенденцию, пе риодичность и продолжительность. Тенденция, или тренд,— это долговременное распределение с кратковременными вариациями, выявляемыми фильтрующим методом; периодичность происходит вследствие регулярных периодических или циклических колебаний, которые могли предопределяться, например, климатом, а продолжительность возникает под влиянием природных факторов, которые  производят  итоговые ряды  или  в результате сбора и обработки массивов данных. При сопоставлении данных двух или более временных рядов необходимо провести статистическую корреляцию.

Задачи изучения временных изменений в природной среде, в сущности, зависят от понимания прошлого и оценки будущего. До 1970 г. временные изменения исследовались по отношению к давно установленным и часто качественным моделям, которые имели недостаточную основу для количественных измерений или анализа современных процессов в окружающей среде. С поступлением большего объема данных и возросшим пониманием современных процессов появилась возможность разрабатывать более совершенные модели временных изменений, и такие модели приобретают большое значение, способствуя развитию физической географии. Это можно иллюстрировать двумя или более рядами, которые охватывают один и тот же период, когда статистические методы используются для установления автокорреляции между этими рядами. Это позволяет добиться успехов вне рамок систем типа «процесс — реакция», которые часто исследуются на основе корреляционного и регрессионного анализов применительно к данным физической гидрологии. М. Дж. Андерсон (Anderson, 1975) пришел к следующему заключению:

«Временные ряды и связанные с ними модели позволяют достигнуть проникновения в структуру сравнительно долговременных ответных реакций и иногда даже в структуру всей системы бассейна и, следовательно, просто обеспечить источник единого вероятного стандарта, на фоне которого можно оценить совершенные модели типа «процесс — реакция» для гидрологической системы».

В тех случаях, когда сами ряды организованы в ряды и могут рассматриваться как входы и выходы к системам, было возможно представить математическую функцию, связывающую входы и выходы, и такая система известна как переходная функция. В гидрологии системы водосборного бассейна составляют основу для установления отношения или переходной функции между поступлением осадков и расходом стока. Торне и Брансден (Thornes, Brunsden, 1977) иллюстрируют данный подход на примерах и доказывают, что, хотя модель переходной функции применяется в геоморфологии недостаточно широко, она, по-видимому, заслуживает гораздо большего внедрения, поскольку геоморфологи и гидрологи занимаются проблемами аккумуляции. К другим достижениям в области анализа изменений во времени уместно обратиться после рассмотрения успехов в некоторых отраслях физической географии.