Wybór elementów, cech krajobrazu i kryteriów oceny

Krajobraz obszaru OPN i jego okolic został zredukowany do pięciu typowych elementów charakteryzujących nieożywioną część środowiska przyrodniczego: budowy geologicznej, rzeźby terenu, stosunków wodnych występujących w powierzchniowej części hydrosfery, pokrywy glebowej oraz klimatu (Tab. 4.1). Każdy z elementów krajobrazu opisano za po-mocą rozłącznych zbiorów cech. Budowę geologiczną charakteryzowały: zróżnicowanie litofacjalne i stratygraficzne, tektonika dysjunktywna oraz obecność geostanowisk³². Rzeźbę terenu obrazowały: hipsometria, ekspozycja stoków, nachylenia stoków, krzywizny stoków oraz zróżnicowanie podstawowych form morfologicznych. Powierzchniową część hydrosfery opisywały: cieki powierzchniowe, zlewnie oraz obecność hydrostanowisk³³, zróżnicowanie pokrywy glebowej  – zmienność typów i gatunków gleb, a klimat  – przestrzenna zmienność topoklimatów. Większość z wytypowanych cech krajobrazu miała charakter zregionalizo-wanych zmiennych skokowych (zróżnicowanie litofacjalne i stratygraficzne, tektonika dys-junktywna, obecność geostanowisk, zróżnicowanie podstawowych form morfologicznych, cieki powierzchniowe, zlewnie, obecność hydrostanowisk, zróżnicowanie typów i gatunków gleb oraz zmienność topoklimatów). Pozostałe cechy (hipsometria, ekspozycja stoków, nachylenia stoków i krzywizny stoków) miały charakter zregionalizowanych zmiennych

32 Geostanowisko (ang. geosite), geotop (niem. geotope)  – niewielki fragment zewnętrznej części litosfery, istotny dla zrozumienia historii i budowy geologicznej określonej części Ziemi (Alexandrowicz 2003; Gray 2013).

W opracowaniu reprezentowane za pomocą elementów o geometrii punktowej, np.: stanowisko fauny kopalnej, wyrobisko kamieniołomu, lej krasowy, jaskinia, ostaniec denudacyjny itp.

33 Hydrostanowisko  – niewielki obiekt hydrograficzny. W przyjętym modelu hydrologicznym przedstawiany za pomocą elementów o geometrii punktowej, np.: źródło, ponor, wodospad itp.

ciągłych. Struktury przestrzenne zdefiniowanych cech krajobrazu były obrazowane za pomocą klas obiektów przestrzennych (zob. rozdz. 4.2.3). Cechy wyrażone zmiennymi skokowymi przedstawiano w modelu wektorowym, natomiast te, które były reprezentowane zmiennymi ciągłymi, w modelu rastrowym. Większość cech wyrażonych w modelu wektorowym została odwzorowana za pomocą obiektów o geometrii powierzchniowej. Jedynie dla dwóch z nich (tektonika dysjunktywna oraz cieki powierzchniowe) wykorzystano geometrię liniową, a dla dwóch kolejnych (geostanowiska i hydrostanowiska) geometrię punktową. Klasy cech opi-sywanych zmiennymi skokowymi najczęściej nie podlegały żadnym dodatkowym procesom geoprzetwarzania. Tylko niektóre, jak np. zróżnicowanie podstawowych form morfologicznych czy zmienność topoklimatyczną, poddawano generalizacji (zob. rozdz. 4.2.4.2). Cechy opisane za pośrednictwem zmiennych ciągłych wykorzystywano w postaci „surowej” (hipsometria, nachylenia stoków) lub konwertowano do bardziej intuicyjnych i ułatwiających analizy zmiennych skokowych (ekspozycja, nachylenie, krzywizny stoków). Ocena różnorodności klas wynikowych przebiegała następnie w taki sam sposób jak w przypadku innych cech opisanych zmiennymi skokowymi.

Tab. 4.1. Elementy, cechy krajobrazu i kryteria oceny georóżnorodności OPN i jego okolic Cel oceny Element

dysjunk tywna długość uskoków Dtekt

hipsometria deniwelacja (Z_max−Z_min) ΔZ

ekspozycja

liczba jednostek nachyleń stoków Ljnachyl

liczba kategorii nachyleń stoków Lt_nachyl entropia zróżnicowania nachyleń stoków SHDInachyl

krzywizna stoków

liczba jednostek krzywizny planarnej Ljplan

liczba kategorii krzywizny planarnej Ltplan

entropia zróżnicowania krzywizny

planarnej SHDIplan

liczba jednostek krzywizny profilu Ljprofil

liczba kategorii krzywizny profilu Ltprofil

entropia zróżnicowania krzywizny

profilu SHDIprofil

podstawowe formy morfo-logiczne

liczba jednostek form rzeźby terenu LjSPI

liczba kategorii form rzeźby terenu Lt_SPI entropia zróżnicowania form rzeźby

terenu SHDISPI

po-wierzchniowe długość cieków powierzchniowych Dciek

zlewnie

liczba jednostek typów gleb Ljgl_typ

liczba typów gleb Ltgl_typ

entropia zróżnicowania typów gleb SHDIgl_typ

gatunek

liczba jednostek gatunków gleb Ljgl_gat

liczba kategorii gatunków gleb Ltgl_gat

entropia zróżnicowania gatunków gleb SHDI_{gl_gat}

Procedura ewaluacji środowiska przyrodniczego wymagała zdefiniowania kryteriów oceny (Tab. 4.1). W związku z przyjętą szczegółową skalą opracowania stosowano wyłącznie kryteria ścisłe. Cechy krajobrazu opisywano głównie za pomocą dwóch najczęściej wykorzy-stywanych w literaturze, niezależnych rodzajów miar zróżnicowania  – liczebności elementów bądź kategorii (np. liczba jednostek litofacjalnych i liczba kategorii litofacjalnych) oraz wskaźników entropii (np. entropia zróżnicowania litofacji). Zastosowanie algorytmu badań równoległych miało na celu wykazanie różnic wynikających z użycia dwóch odmiennych typów wskaźników różnorodności. W dalszej części rozprawy kryteria oparte na liczebności elementów lub kategorii są nazywane względnymi, zaś wykorzystujące entropię  – bezwzględ-nymi. Kryteria względne definiują różnorodność jako liczbę elementów oraz ich zróżnico-wanie. Nie uwzględniają jednak proporcji pokrycia obszaru odpowiednimi kategoriami. Ze względu na różnice w stopniu generalizacji materiałów źródłowych (zob. rozdz. 8.1) oraz różną liczbę kategorii opisujących poszczególne cechy, kryteria te tylko w pewnym zakresie można wykorzystywać do porównań różnorodności cech. Kryteria bezwzględne obliczaną wartość różnorodności uzależniają od stopnia zrównoważenia powierzchniowego podziału na kategorie i w nieznacznym stopniu od liczby kategorii oraz stopnia ich rozdrobnienia na poszczególne elementy. Oznacza to, że z relatywnie wyższymi wartościami parametru mamy w nich do czynienia w przypadkach, w których udziały poszczególnych kategorii w stosunku do całości są bardziej wyrównane, a liczba kategorii, a także stopień ich rozdrobnienia, mają znaczenie drugorzędne. W związku z tym że klasyczny wskaźnik entropii Shannona–Weavera (wzór 10) operuje na polach powierzchni kategorii zdefiniowanych jako prawdopodobieństwa ich wystąpienia w całości pola podstawowego, użycie kryteriów bezwzględnych umożliwia porównanie otrzymanych wyników ocen z podobnymi ewaluacjami innych cech, a także z innymi badaniami. W dalszej części rozprawy analiza różnorodności kryteriów względnych była nazywana analizą georóżnorodności względnej, zaś analiza różnorodności kryteriów bezwzględnych analizą georóżnorodności bezwzględnej.

Oprócz najbardziej typowych kryteriów oceny krajobrazu wyrażonych za pomocą zmiennych skokowych oraz obiektów o geometrii powierzchniowej występowały jeszcze kryteria bazujące na: długości elementów liniowych (długości uskoków oraz cieków po-wierzchniowych), zróżnicowaniu wartości pikseli w modelach rastrowych (deniwelacja oraz przestrzenna zmienność nachyleń stoków) oraz zróżnicowaniu występowania elementów punktowych (geo- i hydrostanowiska). Mają one inny charakter od omówionych wcześniej liczebności elementów lub kategorii i entropii, dlatego wymagają dodatkowych wyjaśnień.

Obiekty, które w modelach zróżnicowania składników przyrody są opisywane za pomocą elementów o geometrii liniowej, nie mają powierzchni i trudno w kontekście różnorodności zdefiniować ich kategorie. Także ich liczba oraz klasyfikacje mogą budzić różne wątpliwo-ści. Zróżnicowanie obecności takich obiektów najlepiej uzależnić od ich łącznej długości w polach podstawowych. Wymiar obiektów liniowych ma charakter bezwzględny, dlatego wykorzystujące go kryteria mogą stanowić wygodne narzędzia do porównań pomiędzy dwoma obszarami. Pewną przeszkodą mogą być atrybuty dodatkowe obiektów, np. zróżnicowana szerokość cieków, charakter, widoczność uskoków w morfologii itp. Uwzględnienie ich w analizach wymagałoby jednak trudnych do pozyskania, szczegółowych opisów obiektów.

W celu umożliwienia porównań wyników analiz georóżnorodności względnej i bezwzględnej, oceny różnorodności kryteriów opartych na długościach obiektów liniowych włączono także do analiz względnych.

Kryteria bazujące na danych wyrażonych zregionalizowanymi zmiennymi ciągłymi (deniwelacja oraz przestrzenna zmienność nachyleń stoków) zdefiniowano jako różnice pomiędzy maksymalnymi i minimalnymi wartościami komórek rastrów reprezentujących odpowiednie cechy krajobrazu. Podobnie jak w przypadku kryteriów bazujących na długości obiektów liniowych, tak i tutaj wskaźniki mają charakter bezwzględny. Można je porównywać z dowolnymi analizami wykorzystującymi tę samą wielkość pola podstawowego. Tak jak wcześniej, w trosce o zapewnienie możliwości porównań ocen georóżnorodności względnej i bezwzględnej, kryteria te również włączono do analizy względnej.

Zróżnicowanie obiektów przyrodniczych, które są wyrażone zregionalizowanymi zmien-nymi skokowymi, a na mapach są obrazowane za pomocą elementów o geometrii punktowej, z powodzeniem może zostać opisane za pomocą względnych wskaźników różnorodności  – liczby elementów oraz liczby kategorii w polu podstawowym. Ze względu na to, że w odwzo-rowaniu elementy takie nie mają powierzchni, nie można ich opisać za pomocą klasycznego wskaźnika entropii. Rafał Kot i Krzysztof Leśniak (2007) sugerują, że indeks Shannona można w takich przypadkach zastąpić entropią jednostkową (wzór 11). Należy jednak pa-miętać, że wskaźnik ten jest obarczony kilkoma wadami. Po pierwsze, przy tej samej liczbie kategorii w porównywanych polach podstawowych oraz przy jednakowej liczbie jednostek w poszczególnych kategoriach danego pola entropia jednostkowa nie reaguje na stopień ich rozdrobnienia. Po wtóre, w przypadku tej samej liczby kategorii w porównywanych polach podstawowych większe rozdrobnienie elementów w jednym z pól wpływa odwrotnie pro-porcjonalnie na wartość entropii jednostkowej (Kot & Leśniak 2007).