Экологический мониторинг

природа». Такой прогноз глобальной динамики называют также прогнозом экоразвития. Практически он выходит за рамки любой из отраслей знаний и является общенаучным.

Прогноз выполняется на основе создания модели природно-антропогенного процесса. Разрабатываются и применяются различные экологические модели: реальные, идеальные, концептуальные, вербальные, графические, математические, аналитические, имитационные.

Реальная модель отражает существенные черты оригинала по самой природе  своей физической (а может, химической и биологической) реализации. Примером может служить аквариум с растительностью, животным миром и микробами. Несомненно, он воспроизводит некоторые существенные характеристики естественного водоема. На сегодняшний день остается проблема адекватности реальной модели оригинальной экосистеме.

Знаковая модель представляет собой описание с помощью каких-либо символов, которые интерпретируются как отражения свойств и связей экосистемы-оригинала.

Считается, что наиболее значимы концептуальные и математические модели. Назначение первой из них – дать обобщенное и понятное выражение представлений и знаний об изучаемом объекте.

Концептуальная модель экологического процесса позволяет рассмотреть природно-антропогенные процессы различной сложности (рис.5). Как известно, с помощью данной модели можно описать структуру биогеоценоза и процессы образования фотохимического смога.

Прогнозирование рассматривается как совокупность приемов мышления, позволяющих на основе ретроспективного анализа внешних и внутренних связей, присущих объекту, а также их вероятных изменений в рамках рассматриваемого явления или процесса вынести суждения определенной достоверности относительно его будущего развития.

Рис.5. Концептуальная схема экосистемы, экологического процесса:

E – движущая сила процесса; Р – свойства; F – потоки;

I – взаимодействие (по Одуму,1986)

 

Экологическое прогнозирование производится с помощью специальных методик: прямолинейной зависимости; по известным заранее кривым изменений; экспотенциальной зависимости; экстраполяции (продления существующих тенденций во времени); модельной экстраполяции, учитывающей возможную неравномерность в развитии процессов; анализа причинно-следственной связи; проведения аналогий (предполагается, что грядущий процесс будет аналогичен уже известным явлениям, происходившим в сходных условиях).

Продолжают развиваться методики прогнозирования, основанные на анализе данных экспериментов и на натурных моделях для нахождения эмпирических зависимостей.

К наиболее современным способам необходимо отнести так называемый метод Делфи (интуитивное, экспертное предсказание, основанное на логическом моделировании, индивидуально проводимом группой экспертов, сближающих свои позиции на основе специальной математической обработки результатов высказывания), вообще создание тестовых моделей.

В экологическом мониторинге часто применяют метод первичного толчка (наблюдаемое слабое изменение, несущественное сейчас, рассматривается как способное перерасти в сильное, высокозначимое), качественного скачка (предсказание перехода слабого роста в сверхэкспоненциальный — вариант метода экстраполяции). Все способы имеют ограничение, связанное с неполнотой информации.

Рекомендуется при разработке прогноза соблюдать следующую последовательность:

1. Предпрогнозная ориентация.
2. Построение исходной концептуальной модели.
3. Анализ исходных данных.
4. Построение динамических рядов показателей методом экстраполяции.
5. Построение серии предварительных моделей.
6. Оценка достоверности моделей и результатов прогноза.

Предпрогнозная ориентация представляет собой предварительное обсуждение систематизированной информации на совместном заседании исследовательской группы и нескольких специалистов, способных дать важные дополнительные оценки. На этой стадии помимо основных моментов предпрогнозной ориентации определяются и уточняются масштабы и особенности исследуемых природно-антропогенных процессов, круг экспертов, перечень рабочих документов прогнозирования, производится выбор основной концепции.

Выбор и построение концептуальной модели, как правило, зависят от объекта прогнозирования. После выбора объектов рассматриваются имеющиеся фактические сведения (результаты наблюдения) и проводится сбор дополнительных сведений, методами интерполяции решаются задачи по составлению репрезентативной базы данных. Наиболее простое и в то же время достоверное предсказание можно выполнить, продолжая динамические ряды данных на будущее (этап 4). Наконец определяются наиболее оптимальные математические зависимости и модели для описания экологических процессов, дается оценка их достоверности. В случае неудовлетворительных результатов необходимо вернутся ко второму этапу и повторить процедуру разработки прогноза.

 

11. Глобальный мониторинг.

В середине 40-х годов, после начала испытаний ядерного оружия, было отмечено глобальное распространение радиоактивных веществ в атмосфере и их выпадение практически по всему земному шару. Затем было установлено, что на большие расстояния могут перемещаться и многие другие загрязняющие вещества: оксиды серы, азота, тяжелые металлы, органические вещества.

Однако такое загрязнение территорий других государств не является преднамеренным с точки зрения международного права, так как вызвано способностью многих веществ спонтанно распространяться на большие расстояния за пределы национальных границ.

В 1972 г. Стокгольмская конференция ООН по ОС одобрила основные принципы глобальной системы мониторинга и рекомендовала организацию станций наблюдения за загрязнением биосферы. Она поставила перед органами ООН: ВОЗ, ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация), ВМО (Всемирная метеорологическая организация), ЮНЕСКО и др. задачи по построению международной системы мониторинга ОС.

Затем в рамках программы ЮНЕП (Программа ООН по проблемам окружающей среды) в 1974 г. были разработаны основные положения создания Глобальной системы мониторинга ОС (ГСМОС). Основная цель этой организации – предоставление информации, необходимой для обеспечения настоящей и будущей защиты здоровья, благополучия, безопасности и свободы людей и мудрого управления ОС и е ресурсами. В создании ГСМОС рекомендовано опираться на существующие национальные системы. Были предложены первые варианты приоритетных списков определяемых загрязнителей.

В 1975 г. Совет управляющих ЮНЕП усовершенствовал списки загрязнителей и дал рекомендации по расположению станций фонового мониторинга в биосферных заповедниках. Совет наметил планы развития ГСМОС, включая совершенствование моделей и разработку стратегии управления ОС.

В 1979 г. в Женеве на Общеевропейском совещании по охране ОС подписана конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, на основе конвенции принята Совместная программа наблюдений и оценки распространения ЗВ на большие расстояния в Европе (ЕМЕП). В ней участвуют 28 европейских стран, США, Канада. Программа ЕМЕП включает:

1.Отбор проб, их анализ и определение  химических характеристик;

2.Сбор данных о выбросах;

3.Построение математических моделей  для оценки трансграничных потоков;

4.Сопоставление экспериментальных  и расчетных данных и их  анализ.

Целью программы ЕМЕП является предоставление правительствам информации о переносе в атмосфере загрязняющих веществ через границы государств и вкладе в этот перенос внутренних и внешних  источников этих государств.

Информация, получаемая в рамках Программы ЕМЕП, дает основу для долговременных оценок экологических последствий антропогенного загрязнения ОС. В этом тесно смыкаются цели и задачи ЕМЕП и ГСМОС.

Проблемы ГСМОС разрабатываются и решаются в ряде других международных программ.

В рамках Международной программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера» (МАБ) изучается воздействие загрязнителей на наземные и пресноводные экосистемы; ВМО обеспечивает глобальный мониторинг Мирового океана; Международный центр научной культуры – Всемирная лаборатория с 1990 г. участвует в проекте «Глобальный экологический мониторинг» с использованием военных спутников. Росгидромет осуществляет реализацию основных программ ВМО, например, проектов и исследований, которые связаны с глобальным изменением климата, с глобальным изменением атмосферы, Мирового океана, озонового слоя Земли и загрязнения ОС.

 

2.2 Цели, задачи и организация  глобального мониторинга

 

 На совещании в Кении в 1974 г. были определены следующие  цели ГСМОС:

1.Организация расширенной системы  предупреждения об угрозе здоровью  человека;

2.Оценка глобального загрязнения атмосферы и его влияния на климат;

3.Оценка количества и распределение  загрязнителей биосферы, особенно  пищевых цепей;

4.Оценка критических проблем, возникающих  в связи с сельским хозяйством;

5.Оценка реакции наземных экосистем  на загрязнение ОС;

6.Оценка загрязнения океана  и его влияние на морские  экосистемы;

7.Создание и усовершенствование  системы предупреждения о стихийных  бедствиях в международном масштабе.

Конечные цели ГСМОС:

1.Установление уровней выбросов  загрязнителей в определенной среде, их распределение в пространстве и времени;

2.Понимание скоростей и величин  потоков выбрасываемых загрязнителей  и вредных продуктов их превращений;

3.Обеспечение сравнения отбора  проб и анализов между странами, обмен опытом организации мониторинга;

4.Обеспечение информацией в  глобальном и региональном масштабе  для принятия решений при борьбе  с загрязнениями.

В России и других странах национальная сеть станций по контролю за составом атмосферных осадков создана в 1957 г., а к концу 70-х годов она полноценно обеспечивала задачами ГСМОС.

Задачами системы ГСМОС являются:

- осуществление наблюдений за  состоянием природной среды (ПС), в первую очередь за уровнем  ее загрязнения;

- прогноз антропогенных изменений  состояния среды в глобальном  масштабе;

- оценка наблюдаемого и прогнозируемого  состояния среды;

- оценка общих тенденций ее  изменения под влиянием антропогенных  факторов.

В рамках программы ЕМЕП станции наблюдения за атмосферой расположены вдоль государственных границ европейских государств на расстоянии более 150 км. На границе РФ в 90-х годах было создано 7 станций, а по всей Европе – 70. Промежутки между станциями контролируются самолетами-лабораториями в теплое время года.

При проведении глобального мониторинга загрязнители определяются в атмосфере, воде, почве и биоте. Приняты следующие перечни приоритетных загрязнителей, подлежащих определению в этих средах:

1.В воздухе – взвешенные частицы, оксиды серы, азота и углерода, озон, сульфаты, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие пестициды;

2.В атмосферных осадках –  свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, сульфаты, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие пестициды, рН, главные катионы и анионы (катионы  калия, натрия, магния, кальция, сульфат-, хлорид-, нитрат-, гидрокарбонат-анионы);

3.В пресных водах -  свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие пестициды, биогенные элементы (фосфор, азот, кремний);

4.В донных отложениях и почве  – те же, что и в пресных  водах;

5.В биоте - свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие пестициды.

Одновременно проводятся гидрометеонаблюдения, составляющие основу климатического мониторинга. Климатический мониторинг является составной частью глобального.

Для понимания изменений климата необходима информация о состоянии климатической системы атмосфера – океан – поверхность суши (с реками и озерами) – биота. К этому направлению относятся:

1.Мониторинг состояния подстилающей  поверхности, энерго- и массообмена  между атмосферой и подстилающей  поверхностью.

2.Измерение площади морского, речного, озерного льда, ледников, зон вечной мерзлоты, площади и объема снежного покрова на суше.

3.Измерение поверхности и биомассы  растительного покрова, площади  зон опустынивания.

4.Измерение влагосодержания в  почве и растительности, наблюдение  за циркуляцией океана, оптических свойств атмосферы, состояния атмосферы.

 Вторым направлением климатического  мониторинга является мониторинг  внутренних и внешних факторов  по отношению к Земле. Внутренние  факторы – это выбросы в  биосферу, внешние – обусловлены влиянием Солнца.

Важное место в системе глобального мониторинга занимает мониторинг биоты. При этом важную роль играет периодическое картирование биосферы и определение площадей, занятых естественными и антропогенными экосистемами, изменение экосистем во времени. Большой интерес представляет картирование урбанизированных территорий, районов опустынивания, вырубки и насаждения лесов, динамики прибрежных зон, районов вечной мерзлоты и др.