Принципиальной особенностью развития методов геоморфологии стала возможность получения данных для количественных оценок и построений, охватывающих весь пространственно-временной диапазон, в котором функционируют объекты геоморфологических исследований: от реконструкций рельефообразования на основе глобальных и региональных моделей рельефа до исследования наноформ. Перспективные направления в развитии методов связаны с двумя основными источниками данных о составляющих предмета геоморфологии – рельефе и субстрате, объединяемых понятием “морфолитосистемыˮ. В первой группе — получение новых детальных данных о форме поверхности, которое обеспечивается бурно развивающимися дистанционными методами – высокоразрешающими космическими изображениями, лазерными, сканерными, радарными, акустическими, ультразвуковыми датчиками, с помощью которых оказалось возможным построение 3D-моделей рельефа, ранее недоступного глазу – укрытого густой растительностью или мощной толщей воды в практически любом масштабном диапазоне. Во второй группе – исследование свойств рельефообразующих горных пород и отложений, как путем применения новых дистанционных геофизических технологий, так и контактных методов, касающихся свойств субстрата, и, прежде всего, изотопных, позволяющих оценить возраст, объем и скорость осадконакопления, денудации или собственно рельефообразования. Новые данные требуют и новых методов их обработки, математического моделирования и картографического представления.
Традиционно высокую роль при проведении дистанционных исследований, подготовке рекогносцировочных и собственно полевых работ, а также в камеральной обработке их результатов играют космические снимки. Особый интерес для геоморфологов представляет сравнительно новая технология радиолокационной интерферометрии (InSAR, IfSAR), активно развивающаяся с запуском в 2014 г. спутников Sentinel-1, позволяющая как строить цифровые модели высот на основе фазового сдвига вернувшейся на спутник радиоволны, обусловленного разной абсолютной высотой отражающей поверхности, так и дающая возможность по разновременным радарным изображениям с высокой временной дискретизацией отслеживать изменения отметок высот на обширных территориях. Данный метод активно используется для мониторинга оползней, просадочных явлений, оценки последствий землетрясений и вулканических извержений и т.д.. При этом предельная точность регистрации изменений высот может достигать половины длины радиоволны, т.е. иметь субсантиметровые значения. Обработка долговременных рядов снимков Sentinel-1, а также более ранних и с худшим разрешением – Alos Palsar и др., позволит выйти на качественно новый уровень составления экзоморфодинамических карт.
Важной частью современных геоморфологических исследований является использование цифровых моделей высот и глубин. Толчком к этому было появление свободно распространяемых глобальных продуктов – сначала SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission), затем Aster GDEM, Alos World 3D. Большие возможности для работы в арктическом регионе, дало появление модели высот ArcticDEM, с детальностью 2 м/пикс. Ранее цифровые модели высот подобной детальности можно было получить только путем фотограмметрической обработки стереопар сверхвысокодетальных космических снимков (с коммерческих аппаратов WorldView, GeoEye, Pleiades и др. с разрешением ≤ 1 м), либо путем собственной наземной или воздушной съемки земной поверхности. Цифровые модели высот позволяют проводить морфометрический анализ рельефа, извлекать из этих данных как стандартные характеристики (размах высот и их площадное распределение, построение гипсографических кривых, распределение склонов по крутизне и экспозиции и др.), так и решать более узкие задачи – производить имитационное моделирование стока воды и наносов, денудации и аккумуляции. По ЦМР производятся автоматизированные инженерные оценки рельефа, поиск оптимальных трасс линейных сооружений по геолого-геоморфологическим критериям и т.д.
Значительно повлияло на методику полевых геоморфологических исследований появление и широкое распространение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Основное назначение БПЛА в работе геоморфолога – получение цифровых моделей местности и ортофотопланов высокого разрешения, достигающего миллиметров при съемке с небольшой высоты. Планы используются преимущество для дешифрирования контуров проявления экзогенных процессов, в то время как цифровые модели местности (ЦММ) предназначаются для морфометрического анализа микро- и нанорельефа. Точная привязка позволяет производить сопоставление разновременных ЦММ, расчет объемов денудации и аккумуляции и интерпретацию изменений в морфологии земной поверхности как следствий различных геоморфологических процессов.
Сейчас идет новый виток роста интереса к математическим методам и моделированию в геоморфологии. Выделяется три основных направления математического моделирования в изучении рельефа: 1) автоматизированное распознавание отдельных форм и комплексов рельефа, 2), моделирование развития земной поверхности во времени (в 2D – по профилю, в 3D – на площади), 3) математическое моделирование механизмов геоморфологических процессов. С первым направлением связан поиск математических индикаторов, сигнатур отдельных форм и целых генетических типов рельефа на ЦМР для целей частичной автоматизации геоморфологического картографирования. Здесь подразумеваются как кластеризация земной поверхности по различным индикаторам, успешно примененная, например, в работах по выделению экзодинамических режимов, так и классификация с обучением. Становится возможным обучить статистическую модель проведению границ, взяв в качестве обучающих данных готовые геоморфологические карты и растровые модели различных морфометрических характеристик рельефа, векторные границы геологических разностей, результаты аэрогеофизической съемки и пр.
Классическое геоморфологическое картографирование – создание карт, отражающих морфологические, генетические, возрастные, динамические или иные свойства рельефа. В то же время, акценты в этой сфере смещаются на использование автоматизированных детерминистических или вероятностных алгоритмов. Классификация с обучением позволяет воспроизводить геоморфологические карты, составленные специалистами, с точностью иногда выше 80–90%, на сравнительно малых обучающих выборках.
Переход к количественным оценкам темпов перераспределения наносов в пределах речных бассейнов стал во многом возможен благодаря использованию в качестве трассеров радиоизотопов искусственного и естественного происхождения. В первую очередь это радиоцезиевый метод, применение которого, особенно для условий Европейской территории России, наиболее продуктивно. Это обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, на большей части ЕТР зафиксированы как выпадения из атмосферы цезия-137 глобального происхождения, которые были связаны с проведением ядерных взрывов в открытой атмосфере в период с 1954 по 1963 годы, так и выпадения цезия-137 в апреле-мае 1986 года, последовавшие вслед за аварией на Чернобыльной АЭС. Тем самым, для участков аккумуляции наносов (конусов выноса и шлейфов, днищ балок, речных пойм, озерных котловин и чаш прудов и водохранилищ) при послойном отборе накопившегося материала возникает возможность выявить пики повышенной концентрации 137Cs, которые соответствуют поверхности отложений на момент выпадения цезия-137 в 1963 и 1986 годах. Исследования, проведенные на ряде балочных преимущественно пахотных водосборов, расположенных в различных ландшафтных зонах южного мегасклона Восточно-Европейской равнины, позволили выявить резкое сокращение темпов аккумуляции в период 1986-2018 (19) гг. по сравнению с периодом 1963-1986 гг., наиболее значительное в пределах юга лесной зоны. Для получения данного вывода был использован метод “отпечатка пальцев” или фингерпринтинг (fingerprinting technique), который в своей основе базируется на использовании набора маркеров, отличающихся друг от друга по своим физическим и/или химическим свойствам для выделения долевого вклада различных источников наносов, участвующих в формировании стока наносов реки или заиления водоёма. Этот метод включает в себя различение источников отложений и распределение доли этих источников в мелкозернистых отложениях (обычно <63 мкм), переносимых в пределах речных водосборов. Метод требует подбора трассеров, которые различаются в источниках наносов и использование статистических процедур, что дает возможность разделить неизвестные вклады каждого из источников в сток наносов водотока.