Geomorfometrie jako nástroj poznání reliéfu

V předchozích kapitolách jsme se věnovali různým tvarům zemského povrchu (morfografii) a procesům, které je utvářejí (morfogenezi). V této kapitole bych chtěl nastínit základy (geo)morfometrie.

Geomorfometrii pěkně definoval prof. John Lindsay: “Geomorfometrie je o porozumění krajiny prostřednictvím digitální topografie.”

Geomorfometrie se zabývá číselným vyjádřením vlastností zemského reliéfu. Můžeme ji rozdělit do dvou oblastí podle toho, jak pojímají zemský reliéf. “Konkrétní” geomorfometrie (specific geomorphometry) se zabývá analýzou jednotlivých forem reliéfu (moréna, sesuv, meandr...). Měříme jejich plocho, objem, půdorysný tvar, u meandrů sinusiotu apod. Druhá oblast geomorfometrie chápe zemský reliéf jako kontinuum. Nevnímáme povrch jako soubor jednotlivých tvarů, ale jako pole nadmořských výšek. Tuto oblast nazýváme obecnou geomorfometrií (general geomorphometry).

Geomorfometrii můžeme považovat za samostatnou disciplínu, která čerpá z celého spektra disciplín. Samozřejmě jedním pilířem jsou vědy o Zemi (geomorfologie, hydrologie...), dále pak čerpá z matematiky (geometrie, topologie, geostatistika...) a v neposlední řadě z informatiky (geografické informační systémy, zpracování obrazu, rozpoznávání vzorů...). Poznatky z těchto disciplín jsou pak využívány pro zjišťování parametrů zemského povrchu, jeho modelování a analýze. Výsledky geomorfometrických analýz pak nacházejí uplatnění v celé řadě odvětví. Jedná se samozřejmě opět o geomorfologii, hydrologii, oceánografii, své uplatnění ale nachází i v civilním inženýrství, ale i vojenství.

V této kapitole se budu zabývat hlavně obecnou geomorfologií.

Digitální výškové modely

Výškopis je možné vyjádřit digitálně pomocí různých datových modelů. Může se jednat o vektorová data v podobě linií a bodů (vrstevnice = linie, výškové kóty = body), nepravidelnou trojúhelníkovou síť TIN, mračno bodů („point cloud“), nejpoužívanější je ale rastrová podoba výškopisných dat.

Jak v české, tak v anglické terminologii panuje poměrně chaos a do digitální výškových modelů (DEM - digital elevation model) jsou zahrnovány jak rastrové modely, TIN ale i mračna bodů. Dle definice @guthDigitalElevationModels2021 je digitální výškový model (DEM) digitální reprezentací nadmořských výšek v pravoúhlém gridu. Alternativní vyjádření výšek pomocí TINu, mračna bodů či vrstevnic není dle této definice DEM, neboť se nejedná o pravoúhlou síť (matici) nadmořských výšek.

Geomorfometrické parametry

Základním parametrem je (nadmořská) výška. Veškeré ostatní parametry jsou nějakým způsobem od výšky odvozené.

Lokální morfometrické parametry jsou počítané z malého okolí a jsou vztažené k centrální buňce. Pro jejich výpočet není zapotřebí celého území (rastru). Příkladem takové morfometrické parametru je například sklon. Pro výpočet tzv. regionálních morfometrických parametrů je zapotřebí všech pixelů digitálního modelu. Zpravidla se jedná o parametry, které souvisí zejména s tokem hmoty (vody) v krajině (akumulace toku apod.)

Nástroje pro geomorfometrické analýzy

Základní morfometrické analýzy jako je výpočet sklonu, orientace, některé druhy zakřivení reliéfu (vrstevnicová a spádnicová křivost) lze provádět ve všech klasických geoinformačních systémech (GIS), které jsou jak komerční (Arc GIS Pro, Arc Map), tak i volně dostupná jako open source QGIS, SAGA GIS, GRASS GIS.

Mimo tyto nástroje se stále více uplatňují i externí knihovny geomorfometrických nástrojů, které rozšiřují možnosti výše uvedených programů, či jsou přímo dělány pro využití při práci v programovém jazyce Python či R.