Изучение экологического состояния территории Большеземельской тундры с использованием методов дистанционного мониторинга

Курсовая Работа

   по теме: Изучение экологического состояния территории Большеземельской

         тундры с использованием методов дистанционного мониторинга

                                        Работу выполнил:

                                              Ли чжичао

      Содержание:                                              стр.

      Введение                                                 3

      Краткая характеристика физико-географических

      условий изучаемой территории                                  6

      Материалы и методы исследований                          8

      Обсуждение результатов                                   13

      Основные выводы                                          16

      Литература                                               17

Введение

      Географические информационные системы (ГИС) появились в  1960-х  годах

как инструмент, позволяющий проводить изучение структурных и  функциональных

особенностей   природных   объектов    с    учетом    их    пространственной

приуроченности. Существует  две  общераспространенные  версии  возникновения

первых  ГИС  [8].  Согласно  первой,  наиболее  ранние  ГИС   были   созданы

Гарвардском университете и Массачусетском технологическом  институте  США  с

целью  автоматизированной  обработки  географической  информации.   Согласно

альтернативной версии – первые ГИС  были  создана  в  Канаде  и  имели  цель

картирования природных ресурсов (CGIS).

      В настоящее время важной задачей,  отводимой  для  использования  ГИС,

является  непосредственная   характеристика   состояния   природной   среды,

подвергающейся воздействию естественных и антропогенных факторов.  Важнейшие

свойства   отображаемых   в   ней   показателей   –    их    содержательная,

пространственная и временная локализация. При этом информация,  используемая

в качестве релятивной базы данных  ГИС  всегда  беднее  исходной  природной.

Поэтому  для  обеспечения  объективности  и  репрезентативности  результатов

необходимо соблюдение ряда требований,  прежде  всего  затрагивающих  способ

получения и пространственную достоверность данных.

      Одним из  важных  источников  для  ГИС  разных  уровней  (локальных  и

региональных) являются методы  дистанционного  зондирования  (ДЗ)  природных

объектов, основанные на использовании электромагнитных излучений,  исходящих

от предмета  исследований  и  путем  их  регистрации  без  непосредственного

контакта с ним. Рассматривая ДЗ с  позиций  системного  подхода,  необходимо

определить входные и выходные элементы  системы,  ее  внутреннюю  структуру,

границы и окружающую среду. Входными элементами системы являются  физические

поля,  образуемые  отражением  и/или   излучением   земной   поверхности   и

естественными  процессами  в  недрах  Земли,  а  также   поля   техногенного

происхождения. Входными элементами системы  являются  также  эмпирические  и

теоретические закономерности связи физических полей  с  объектами  природной

среды.  Выходными  элементами  системы   ДЗ   следует   считать   компоненты

дистанционной основы карт природоресурсного содержания.

      дистанционная основа (ДО) карт определена как оптимальная совокупность

материалов ДЗ, результатов их обработок и  интерпретации,  представленной  в

цифровом  и   аналоговом   виде.   Она   состоит   из   фактографической   и

интерпретационной частей. Компонентами фактографической  части  ДО  являются

нормализованные материалы  ДЗ  в  цифровой  и  аналоговой  формах,  а  также

результаты     формализованных     преобразований      этих      материалов.

Интерпретационная   часть   ДО   (схемы   дешифрирования   и   интерпретации

результатов   дешифрирования)   создается   по    результатам    экспертного

интерактивного анализа  изображений  и  другой  информации  (Перцов  и  др.,

2000).  Наиболее  естественным  способом  система   ДЗ   подразделяется   на

следующие три подсистемы: сбор материалов ДЗ, обработка материалов ДЗ  и  их

тематическая интерпретация (Рис.1).

      [pic]

               Рис.1. Входные и выходные элементы системы ДЗ.

      По   способу   получения   первичных   данных   дистанционные   методы

исследования подразделяются на пассивные,  т.е.  основанные  на  улавливании

излучений  от  естественных  источников   (солнца,   Луны,   звезд,   земной

поверхности и самих изучаемых объектов),  и  активные,  т.е.  предполагающие

использование  искусственных   источников   излучения   (ламп   накаливания,

газоразрядных ламп, лазеров). В общеупотребительном смысле термин ДЗ  обычно

включает в себя регистрацию (запись) электромагнитных излучений  посредством

различных  камер,  сканеров,  микроволновых  приемников,  радиолокаторов   и

других  приборов  такого  рода.  Наибольшее   применение   среди   пассивных

дистанционных   методов   получили   исследования   в   оптической   области

электромагнитного  спектра  (фотографирование),  в   том   числе   различных

диапазонах. Достоинство этого метода  состоит  в  том,  что  фотографические

материалы доступны для непосредственного зрительного  восприятия  и  анализа

средств  используемых  в  ГИС   системах.   Космические   и   аэрофотоснимки

обеспечивают территориально полное и непрерывное изучение больших  площадей,

состояние которых зафиксировано на единый момент времени  (Востокова  и  др,

1988).

      В настоящее время методы ДЗ широко используется  для  сбора  и  записи

информации о поверхности Земли, морском дне, атмосфере, Солнечной системе  и

др. объектах. Оно осуществляется с  применением  морских  судов,  самолетов,

космических  летательных  аппаратов  и  наземных   телескопов.   Данные   ДЗ

используются для принятия решений в области многих  научных  и  практических

задач, связанных с экономическим, социальным и экологическим развитием,  как

отдельных регионов, так и страны.

      Наибольшее распространение  в  настоящее  время  получили  методы  ДЗ,

основанные на анализе особенностей  спектральных  характеристик  космических

снимков разного пространственного разрешения. В России в качестве  носителей

аппаратуры используются космические аппараты  гидрометеорологического  (типа

«Метеор» и  «Электро»),  оперативного  (типа  «Ресурс-О1»  и  «Океан-О1»)  и

фотографического  (типа  «Ресурс-Ф»)  наблюдения  [9].  Основными   задачами

мониторинга, осуществляемого с применением данных средств, являются:

    .  контроль  погодообразующих  и  климатообразующих  факторов  с   целью

      достоверного прогнозирования погоды и изменения климата, в том числе и

      в околоземном космическом пространстве;

    . контроль за состоянием источников загрязнения атмосферы, воды и  почвы

      с   целью   обеспечения   природоохранных   органов   федерального   и

      регионального уровней информацией для принятия управленческих решений;

    . оперативный контроль чрезвычайных ситуаций техногенного  и  природного

      характера  с  целью   эффективного   планирования   и   своевременного

      проведения мероприятий по ликвидации их последствий;

    . информационное обеспечение проведения земельной реформы, рационального

      землепользования и хозяйственной деятельности;

    . создание динамической модели Земли как системы с целью прогнозирования

      нарушений  экологического  баланса   и   разработки   мероприятий   по

      сохранению среды обитания человека и животных

      Цель настоящей работы:  Изучение  возможностей  использования  методов

дистанционного мониторинга для  оценки  экологического  состояния  модельных

участков территории Большеземельской тундры.

      Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:

      1. Дать характеристику физико-географических  условий  территории  для

выявления  основных  факторов,  влияющих  на  особенности  пространственного

распределения основных компонентов экосистем в  ландшафтах  Большеземельской

тундры;

      2. Собрать и подготовить серию снимков спутника LANDSAT  и  ASTER  для

выявления закономерностей распределения  спектральных  характеристик  района

исследований;

      3. Выявить динамику нарушений растительного и почвенного  покрова  под

влиянием объектов добычи и транспортировки нефти на основании  использования

разновременных  снимков  1998-2000  гг.  на  участках  испытывающих  влияние

нефтегазового комплекса

      4. Подготовить серию  изображений,  для  проведения  дешифрирования  в

течении летнего полевого сезона 2004 г.

Краткая характеристика физико-географических условий изучаемой территории

      Большеземельская тундра, холмистая моренная равнина,  расположенная  в

пределах междуречья рек Печора и Уса, Уралом и Пай-Хоем, в  административном

отношении в пределах Ненецкого автономного округа (Архангельской области)  и

республики Коми.  Преобладающие  высоты  варьируют  в  пределах  100-150  м,

наибольшая 242 м. низменное, сильно заболоченное приморское побережье к  югу

повышается террасами, сложенными морскими песками и глинами, и  переходит  в

сильно всхолмленную местность с довольно выс

окими грядами:  Вангурей,  Еней,

Лыммусюр  и  др.  От  Хайпудырской  губы  к   устью   Цильмы   протягивается

возвышенность, называемая  Большеземельский  хребет,  служащий  водоразделом

рек, впадающих в Баренцево море и в реку.

      Климат формируется  преимущественно  под  воздействием  арктических  и

атлантических воздушных  масс.  Частая  смена  воздушных  масс,  перемещение

фронтов и связанных  с  ними  циклонов  обуславливают  неустойчивую  погоду.

Климат   субарктический,   с   продолжительной   холодной   зимой   (средняя

температура января от -16°С на Северо-Западе  до  -20°С  на  Юго-Востоке)  и

коротким прохладным летом (средняя температура  июля  от  +8  до  +12°С);  в

летние месяцы возможны заморозки, средне годовая  температура  отрицательна.

Осадков в год от 450 мм  на  Юге  до  250  мм  на  Севере.  минимум  осадков

наблюдается, как правило, в феврале, максимум – в  августе  –  сентябре.  Не

менее  30  %  осадков  выпадает  в  виде   снега.   Избыточное   увлажнение,

обусловленное низким термическим уровнем в сочетании с  равнинным  рельефом,

слабоводопроницаемыми  и  многолетнемерзлыми  грунтами,  определяет   обилие

поверхностных  вод,  способствует  широкому  распространению  болот.   Часты

туманы, от 37 до 72 дней в году. Летом и весной преобладают  ветры  северных

направлений, зимой и осенью  –  южных.  Средняя  скорость  ветра  составляет

около 48 м/с. Для климата округа  характерны  метели  до  60  дней  в  году.

Мощность  многолетнемерзлые   породы   (ММП)   в   Большеземельской   тундре

изменяется в широком диапазоне и достигает 500 м. Температура ММП в  подзоне

сплошного распространения изменяется от -5 °С  до  -2  °С;  в  местах  с  не

сплошным распространением температура пород выше.

      Вегетационный период со  среднесуточными  температурами  свыше  +5  °С

составляет на юге 95 – 110 дней, на севере 72 – 94 дня. Сумма  положительных

температур колеблется от 400 градусов на севере до 1100 градусов на юге.

      Почвообразовательный   процесс   обусловлен   низкими   температурами,

коротким  летом,  широким   распространением   ММП,   переувлажненностью   и

развивается по  глеево-болотному  типу.  Химическое  выветривание  протекает

слабо, при этом  высвобождающиеся  основания  вымываются  из  почвы,  и  она

обеднена кальцием,  натрием,  калием,  но  обогащена  железом  и  алюминием.

Недостаток кислорода и избыточная влага затрудняют  разложение  растительных

остатков, которые медленно накапливаются в виде торфа.  Все  типы  тундровых

почв,   за   исключением   тундровых   поверхностно-глеевых   и    дерновых,

морфологически слабо выражены, маломощные, кислые, слабо гумуфицированные  с

низким плодородием. Дерновые почвы обладают достаточно высоким  естественным

плодородием.

      моховой  и  лишайниковый  покров  сомкнуты,  появляются   заросли   из

карликовых  берез,  низкорослых  видов  ив.  Значительные  площади  занимают

травяно-осоковые болота,  в  долинах  рек  и  ручьев  встречаются  ивняки  и

тундровые луговины с обильным многовидовым разнотравьем и злаками.

      Реки – большей частью притоки Печоры и Усы - в верховьях текут в узких

долинах, ниже долины  их  расширяются  и  течение  становится  спокойным.  В

верховьях главных рек (Шапкина, Колва, Адзьва и др.) много озёр  (Вашуткины,

Шапкинские и др.) (Атлас Арктики, 1985; Ненецкий автономный…, 2001;  Большая

Советская…, 1988).

      Широко   развито   оленеводство,   пушной    промысел    и    молочное

животноводство. В пределах территории находится часть  Печорского  угольного

бассейна,  Тимано-Печорской   нефтегазоносной   провинции;   здесь   открыты

месторождения  нефти  и  газа.   недостаточная   геологическая   изученность

территории,   слабая   разведанность   проявлений   рудного   и    нерудного