Экологический мониторинг

В связи с этим создаются  Центры космического мониторинга (ЦКМ), которые осуществляют

оперативный контроль состояния  окружающей среды и природных  ресурсов (например, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск), создают многоуровневые информационные системы пространственно-временного мониторинга состояния окружающей среды, включающие технические и программные средства сбора, обработки, анализа и хранения спутниковой информации. 1.3.1 Спутниковый экологический мониторинг                

Во всем мире исследования Земли из космоса приобретают  всеобъемлющий характер. Наиболее

информативным методом для  решения задач дистанционного исследования поверхности Земли из космоса  является использование и тематический анализ изображений, полученных приборными комплексами различных частотных  диапазонов, установленных на космических  аппаратах. Целый ряд спутников, оснащенных приборами дистанционного зондирования (радиолокаторами, скаттерометрами, радиометрами и оптической техникой), выведены на орбиту специально для получения разносторонней геофизической информации, необходимой для оценки состояния окружающей среды и для природо-ресурсных исследований.        

Дистанционные методы делят  на активные и пассивные. При использовании активных методов

спутник посылает на Землю  сигнал собственного источника энергии (лазера, радиолокационного передатчика), регистрирует его отражение. Радиолокация позволяет «видеть» Землю сквозь облака. Чаще используются пассивные  методы, когда регистрируется отраженная поверхностью энергия Солнца либо тепловое излучение Земли.                

Для космического экологического мониторинга целесообразно ориентироваться, прежде всего на полярно-орбитальные метеорологические спутники, как на отечественные аппараты (спутники типа "МЕТЕОР", "ОКЕАН" и "РЕСУРС"), так и на американские спутники серии NOAA. Остановимся на кратких характеристиках указанных спутников (подробное описание представлено на сервере SPUTNIK):                

Американские метеорологические  спутники серии NOAA снабжены многозональной оптической и

ИК аппаратурой, а именно радиометром высокого разрешения AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Космические аппараты NOAA запускаются на полярные орбиты высотой порядка 700 км над поверхностью Земли с наклонением 98,89 градусов. Радиометр высокого разрешения ведет съемки поверхности Земли в пяти спектральных диапазонах. Космические съемки проводятся с пространственным разрешением 1100 м и обеспечивают полосу обзора шириной 2700 км.       

Российские спутники серии  «РЕСУРС» принадлежат Федеральной  службе России по

гидрометеорологии и мониторингу  природной среды (Росгидромет). Они  обеспечивают получение многозональной космической информации высокого и  среднего разрешения с помощью двух сканеров видимого и ближнего инфракрасного  диапазонов.       

Космическая гидрометеорологическая система «Метеор», также принадлежащая  Росгидромету,

обеспечивает глобальный экологический мониторинг территории России. Параметры орбиты спутника «Метеор»: приполярная круговая орбита высотой около 1200 км. Комплекс научной  аппаратуры позволяет оперативно 2 раза в сутки получать изображения  облачности и подстилающей поверхности  в видимом и инфракрасном диапазонах, данные о температуре и влажности  воздуха, температуре морской поверхности  и облаков. Осуществляются также  мониторинг озоносферы и геофизический мониторинг. В состав бортового комплекса спутника входят несколько сканирующих ИК-радиометров и сканирующая ТВ-аппаратура с системой запоминания данных на борту для глобального обзора и передачи данных на АППИ.       

Российская космическая  система «ОКЕАН» обеспечивает получение  радиолокационных,

микроволновых и оптических изображений земной поверхности  в интересах морского судоходства, рыболовства и освоения шельфовых  зон Мирового океана. Одной из основных задач спутника является освещение  ледовой обстановки в Арктике  и Антарктике, обеспечение проводки судов в сложных ледовых условиях. Параметры орбиты спутника: приполярная  круговая орбита высотой 600—650 км. Поток  информации в условиях облачности и  в любое время суток обеспечивается радиолокатором РЛС БО и системой сбора информации от автономных морских  и ледовых станций «Кондор». В  состав комплекса бортовой аппаратуры спутника «Океан-01» входят СВЧ-радиометры Р-600 и Р-255, сканирующий СВЧ- радиометр Дельта-2, трассовый поляризационный спектрорадиометр «Трассер», а также комплекс оптической сканирующей аппаратуры. Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать следующие задачи контроля состояния окружающей среды: 1. Определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные характеристики влажности, характер облачности и т. д.; 2. Контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий; 3. Определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности; 4. Обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий; 5. Контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон; 6. Обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах; 7. Выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах; 8. Регистрация дымных шлейфов от труб; 9. Мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек; 10. Обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений; 11. Контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий. Компьютерные методы обработки спутниковых данных.

Целью обработки данных дистанционного зондирования (ДЗ) является получение  снимков или

изображений с требуемыми радиометрическими и геометрическими  характеристиками. Рассмотрим основные этапы обработки данных. В общем  случае обработка данных дистанционного зондирования включает три этапа: 1. предварительная обработка —  прием спутниковых данных, запись их на магнитный носитель, декодировка и корректировка, преобразование данных непосредственно в изображение или космический снимок или в форматы, удобные для последующих видов обработки; 2. первичная обработка — исправление искажений, вызванных нестабильностью работы космического аппарата и датчика, а также географическая привязка изображения с наложением на него сетки координат, изменение масштаба изображения и представление изображения в необходимой географической проекции (геокодирование); 3. вторичная (тематическая) обработка — цифровой анализ с применением статистических методов обработки, визуальное дешифрирование и интерпретация в интерактивном или полностью автоматизированном режиме. Первый и второй этапы обработки в настоящее время могут быть выполнены на борту космического аппарата.

Наземные методы экологического мониторинга.

Физико-химические методы.

-Качественные методы. Позволяют  определить, какое вещество находится  в испытуемой пробе.

-Количественные методы.

-Гравиметрический метод.  Суть метода состоит в определении  массы и процентного содержания  какого-либо элемента, иона или  химического соединения, находящегося  в испытуемой пробе.

-Титриметрический (объемный) метод. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов, как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Методы титриметрического анализа разделяют на 4 группы: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления-восстановления; г) методы комплексообразования.

-Колориметрические методы. Колориметрия — один из наиболее  простых методов абсорбционного  анализа. Он основан на изменении  оттенков цвета исследуемого  раствора в зависимости от  концентрации. Колориметрические методы  можно разделить на визуальную  колориметрию и фотоколориметрию.

-Экспресс-методы. К экспресс методам относятся инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени. Эти методы широко применяются для определения радиационного фона, в системе мониторинга воздушной и водной среды.

-Потенциометрические методы  основаны на изменении потенциала  электрода в зависимости от  физико-химических процессов, протекающих  в растворе. Их разделяют на: а)  прямую потенциометрию (ионометрию); б) потенциометрическое титрование.

Биоиндикационные методы экологического мониторинга. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.