Глобальный экомониторинг

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. История и задачи глобального экологического мониторинга 5
2. Виды глобального экологического мониторинга 6
3. Параметры окружающей среды и способы их контроля 7
4. Международное сотрудничество 8
5. Использование спутниковых систем в глобальном экологическом мониторинге 11
6. Наблюдения за разливами нефти со спутников 15
ЗАКЛЮЧЕННИЕ 18
ЛИТЕРАТУРА 19

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенная деятельность человека в конце ХХ века оказала негативное воздействие на окружающую среду. Так, тепловое, химическое, радиоактивное и другие виды загрязнения окружающей среды в последние десятилетия находятся под контролем специалистов. В последние десятилетия общество все шире использует в своей деятельности сведения о состоянии природной среды.
Уже более 100 лет наблюдения за изменением погоды, климатом проводятся регулярно в цивилизованном мире. К таким наблюдениям относятся метеорологические, фенологические, сейсмологические и некоторые другие виды наблюдений и измерений состояния окружающей среды.
В конце 60-х гг. двадцатого века многие страны осознали, что необходимо координировать усилия по сбору, хранению и переработке данных о состоянии окружающей среды. Так, в 1972 г. в Стокгольме была проведена конференция по охране окружающей среды под эгидой ООН, где впервые возникла необходимость договориться об определении понятия “мониторинг”. Было принято решение, что под мониторингом окружающей среды необходимо понимать комплексную систему наблюдений, оценки а также прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов. Термин появился как дополнение к термину “контроль состояния окружающей среды”.
В настоящее время под мониторингом понимают совокупность наблюдений за определенными компонентами биосферы, специальным образом организованными в пространстве и во времени, а также адекватный комплекс методов экологического прогнозирования.
Основные задачи экологического мониторинга: наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз ее состояния, определение степени антропогенного воздействия на окружающую среду, выявление факторов и источников воздействия.
Целью экологического мониторинга является регуляция отношений человека с природой, экологическая ориентация хозяйственной деятельности.
Экологический мониторинг возник на стыке экологии, биологии, географии, геофизики, геологии и других наук.
Выделяют различные виды мониторинга в зависимости от критериев:
— биоэкологический (санитарно-гигиенический);
— геоэкологический (природо-хозяйственный);
— биосферный (глобальный);
— геофизический;
— климатический;
— биологический;
— здоровья населения и др.
Глобальный мониторинг окружающей среды организуется международными фондами и структурами, например ООН.
Особую роль в системе экологического мониторинга играет биологический мониторинг, т. е. мониторинг биотической составляющей экосистем (биоты).
Биологический мониторинг — это контроль состояния окружающей природной среды с помощью живых организмов. Главный метод биологического мониторинга — биоиндикация, которая заключается в регистрации любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. В биологическом мониторинге могут быть использованы не только биологические, но и любые другие методы, например химический анализ содержания загрязняющих веществ в живых организмах.
История и задачи глобального экологического мониторингаИдея создания Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была высказана на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в 1972 г. Реальные основы ГСМОС были заложены на специальной встрече в Найроби (Кения) в 1974 г., где была уточнена роль агентств и государств - членов ООН.
Основы ГСМОС в бывшем СССР были разработаны академиком Юрием Антоньевичем Израэлем и доложены на заседании Совета управляющих ЮНЕП в 1974 г. Концепция Ю. А. Израэля отличалась тем, что академиком был предложен контроль за антропогенными изменениями в окружающей природной среде. И прежде всего это относилось к антропогенным загрязнениям.
Задачи глобального мониторинга включают:
• организацию расширенной системы предупреждений об угрозе населению;
• оценку глобального загрязнения атмосферы и его последствий для климата;
• оценку количества и распределения загрязнения биосистем и трофических цепей;
• оценку проблем землепользования;
• оценку реакций наземных экосистем на влияние окружающей среды;
• оценку загрязнения океана и состояния морских экосистем;
• организацию международной системы наблюдений при стихийных бедствиях.
Приоритетность для мониторинга загрязнений на первом межправительственном совещании по мониторингу в Найроби в 1974 г. была основана на свойствах загрязнителей и возможности организации измерений:
1. Размер фактического или потенциально возможного эффекта на здоровье и благополучие человека, на климат или экосистемы (сухопутные и водные).
2. Склонность к деградации в окружающей среде и накоплению в человеке и пищевых цепях.
3. Возможность химической трансформации в физических и биологических системах, в результате чего вторичные (дочерние) вещества могут оказаться более токсичными или вредными.
4. Мобильность, подвижность.
5. Фактические или возможные тренды (тенденции) концентраций в окружающей среде и (или) в человеке.
6. Частота и (или) величина воздействий.
7. Возможность измерений на данном уровне в различных средах.
8. Значение для оценки положения в окружающей среде.
9. Пригодность с точки зрения всеобщего распространения для равномерных измерений в глобальной и субрегиональной программахБольшое число загрязнений было оценено в баллах (от 0 до 3) по каждому из выбранных критериев. По наибольшим суммам баллов были определены приоритеты (чем выше сумма, тем выше приоритет) [8].
Хорошо известно, что со временем происходят естественные, т.е. природные изменения климата, погоды, температуры, давления, сезонные изменения биомассы растений и животных. Эта информация давно используется человеком.
Природные изменения происходят сравнительно медленно, за большие отрезки времени. Их регистрируют различные геофизические, метеорологические, гидрологические, сейсмические и другие службы [4].
Антропогенные изменения развиваются гораздо быстрее, последствия их весьма опасны, так как могут стать необратимыми. Для их установления необходимо иметь информацию о первоначальном состоянии объекта окружающей среды, т. е. состоянии до начала антропогенного воздействия. Если такую информацию получить невозможно, она может быть реконструирована по имеющимся данным, полученным за относительно большой промежуток времени, по результатам наблюдений за составом донных отложений в водных объектах, составом ледников, состоянием древесных колец, относящихся к периоду, предшествовавшему началу заметного антропогенного воздействия, а также по данным, полученным в местах, удаленных от источника загрязнения. Эти особенности определяют правомочность другого названия глобального мониторинга — фоновый мониторинг, или мониторинг фонового загрязнения окружающей природной среды [5].
Виды глобального экологического мониторингаГлобальный экологический мониторинг основывается на сведениях, полученных из других уровней – импактного (локального), регионального, фонового.
Импактный мониторинг представляет собой систему наблюдений оценки состояния, прогноза изменений и прогнозируемого состояния природной среды в наиболее опасных зонах и точках. Система импактного мониторинга включают в себя территории, на которых размещаются источники опасного и особо опасного воздействия на окружающую среду и человека [8].
Региональный мониторинг включается в себя контроль за интенсивностью техногенного воздействия и различными видами природных изменений в пределах какого-то региона. Системы регионального мониторинга окружающей среды объединяются в пределах одного государства в единую национальную сеть мониторинга.
В качестве примера для сферы деятельности оперативных служб импактного мониторинга можно привести суммарный выброс ртути вблизи источника выброса.
Поскольку другая доля суммарного выброса ртути длительно не элиминируется из атмосферного воздуха и за счет воздушного переноса охватывает большие расстояния, формируя тем самым антропогенный вклад в фоновое содержание ртути в атмосфере. Именно этот вклад в рассматриваемом примере является предметом фонового (глобального) мониторинга. При этом необходимо проводить исследования по изучению дальнейшего пути распространения ртути - выпадение из атмосферы на почву и поверхность вод, смыв с почвы, перенос водотоками, а также соответствующее биологическое последствие [5].
По отношению к Земле глобальный экологический мониторинг разделяется на внешний и внутренний мониторинг. Цель внутреннего мониторинга заключается в изучение поверхности Земли, а внешний мониторинг направлен в сторону противоположную от Земли. По аспекту размера наблюдаемых территорий во внутреннем мониторинге выделяют следующую иерархию: общеземной, региональный и локальный уровни мониторинга
Внешний мониторинг состоит из следующих уровней: околоземной, геолиоцентрический, дальний космос. Околоземному мониторингу приналежит часть пространства в пределах Луны. Гелиоцентрический включает пространство Солнечной системы. Дальний космос распространяется за пределы солнечной системы [8].
Параметры окружающей среды и способы их контроляПроведение глобального экологического мониторинга сопровождается определением загрязнителей в атмосфере, воде, почве и биоте. Приняты следующие перечни приоритетных загрязнителей, подлежащих определению в этих средах:
1.В воздухе определяют 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, проводят измрение 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 с контролем вышеперечисленных показателей проводятся гидрометеонаблюдения, которы составляют основу климатического мониторинга. Климатический мониторинг является составной частью глобального [6].
Для того, чтобы разобраться в причинах изменения климатических условий, нужно собрать сведения о состоянии климатической системы атмосферы – океан – поверхность суши (с реками и озерами) – биота. Сбор информации осуществляется посредством:
1.Исследования состояния подстилающей поверхности, энерго- и массообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью
2.Измерения площади морского, речного, озерного льда, ледников, зон вечной мерзлоты, площади и объема снежного покрова на суше
3.Измерения поверхности и биомассы растительного покрова, площади зон опустынивания
4.Измерения содержания влаги в почве и растительности, оптических свойств атмосферы, состояния атмосферы, наблюдения за циркуляцией океана [8].
Немаловажную роль в организации глобального мониторинга играет мониторинг биоты. При этом необходимо периодически проводить картирование биосферы и осуществлять наблюдения за площадями, занятыми естественными и антропогенными экосистемами. Кроме этого необходимо контролировать изменение экосистем во времени. Наибольший интерес представляет картирование урбанизированных территорий, районов опустынивания, вырубки и насаждения лесов, динамики прибрежных зон, районов вечной мерзлоты и др.
К интегральным показателям состояния биоты относятся:
сбалансированность биологической продуктивности
скорость образования биологической продукции
интенсивность круговорота биогенных элементов
Ключевую роль при этом играют дистанционные методы мониторинга, особенно мониторинг с помощью космических средств наблюдения [3,8].
Международное сотрудничествоОдной из форм международного экологического сотрудничества, которое осуществляется, как правило, в рамках международных организаций, служит выполнение работ по крупным научно-исследовательским проектам. Международные экологические программы и проекты охватывают широкий спектр экологических проблем различного уровня. Большинство проектов на практике решает задачи, которые формулируются в декларациях, соглашениях и договорах. Одним из существенных направлений международных проектов, в которых участвует Россия, является мониторинг окружающей среды [8].
Кроме большого количества программ, целью которых является сбор данных о состоянии окружающей среды, в настоящее время внимание уделяется организации процедуры хранения и обработки данных, а также возможности последующего предоставления их пользователям. Так например, проекты, включающие в себя вышеперечисленные требования реализуются в рамках следующих программ.
• Глобальная система наблюдения за океаном. К странам, которые являютя участниками этой программы относится Россия является. Разработана Единая государственная система информации о Мировом океане (ЕСИМО). ГИС-сервер ЕСИМО предоставляет более 150 слоев с наблюденной, диагностической и прогностической гидрометеорологической и ледовой информацией по Мировому океану и отдельным морям России, а также прилегающей суше. Получаемые данные периодически обновляются, интервал составляет приблизительно каждые 3 ч. Интерактивная карта содержит условно-постоянные пространственные данные (страны, административные районы России, города, реки и каналы и др.), а также информацию о портах России.
• Система Aquastat, созданная ФАО (Продовольственной и сельскохозяйственной организацией объединенных наций), — информационная система по вопросам использования водных ресурсов и сельского хозяйства.
В системе ООН с 1977 г. действует Международная информационная система по окружающей среде (ИНФОТЕРРА) (International Environmental Infonnation System — INFOTERRA). Количество стран-участниц составляет 149. Главная задача системы заключается в предоставлении информации, а так же организации посреднических и консультативных услуг; осуществлении программ обучения и профессиональной подготовки; создании сети национальных и региональных координационных центров, издании справочного регистра, тезауруса, специализированных изданий.
В настоящее время организована мировая сеть станций фонового мониторинга, осуществляющих слежение за отдельными параметрами состояния окружающей среды. Наблюдения проводятся за всеми типами экосистем: водными (морские и пресноводные) и наземными (лесные, степные, пустынные, высокогорные). Данные исследования реализуются под эгидой ЮНЕП [4].
Станции комплексного фонового мониторинга России расположены в биосферных заповедниках и являются частью глобальных международных наблюдательных станций.
Задача изучения Земли как целостной природной системы поставлена Международной геосферно-биосферной программой (МГБП) и решается путем использования космических средств наблюдений. МГБП, реализация которой началась с 1990 г., предполагает семь ключевых направлений разработок.
1. Роль биологических процессов в круговоротах малых газовых компонентов, а так же закономерности химических процессов в глобальной атмосфере
Целью проектов, которые выполняются по этому направлению, является исследование содержания озона в стратосфере на проникновение к земной поверхности ультрафиолетового излучения, а так же оценка влияния аэрозолей на климат.
2. Взаимное влияние биогеохимических процессов в океане на климат.
Программы заключаются в комплексных исследованиях глобального газообмена между океаном и атмосферой, морским дном и границами континентов, в разработке методик прогнозирования реакции биогеохимических процессов в океане на антропогенные влияния в глобальном масштабе, изучение эвфотической зоны Мирового океана.
3. Исследование прибрежных экосистем и влияния изменений землепользования.
4.Взаимосвязь растений с физическими процессами, оказывающими влияние на формирование глобального круговорота воды.
Это направление предусматривает проведение исследований по программе глобального эксперимента, целью которого является изучение круговорота энергии и воды в дополнение к исследованиям по Всемирной программе исследований климата.
5. Влияние глобальных изменений на континентальные экосистемы.
В этом направлении разрабатываются методики прогноза воздействий изменений климата, концентрации углекислого газа и землепользования на экосистемы, а также обратных связей. Кроме этого исследуются глобальные изменения экологического разнообразия.
6. Палеоэкология и палеоклиматические изменения и их последствия.
Будут проводиться исследования с целью реконструкции истории изменений климата и окружающей среды за период с 2000 г. до н. э. с временным разрешением не более 10 лет.
7. Моделирование земной системы с целью прогноза ее эволюции.
В результате работ, проводимых в рамках международных программ глобального мониторинга, появилась возможность изменения цели экологической политики, раскрыть ранее неизвестные приоритеты в области охраны окружающей среды и природопользования. Так, по итогам работы Международной геосферно-биосферной программы было выявлено снижение приоритетности вопросов выбросов парниковых газов. Первостепенными задачами были определены доступность воды и экологические аспекты здоровья.
Ведущей российская организацией, которая проводит исследования в рамках глобального экологического мониторинга является Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Данной организацией выполняются программы в рамках Всемирной метеорологической организации; осуществляется деятельность по линии Рамочной конвенции ООН об изменении климата, деятельность Межправительственной группы экспертов по изменению климата; контролируется участие в программах ЮНЕСКО, включая Международную океанографическую комиссию ЮНЕСКО. Также Росгидромет участвует в деятельности международных организаций, которая связанна с использованием искусственных спутников для исследования Земли и космического пространства (GEOS, ЕВМЕТСАТ, CGMS, ЕКА). Кроме этого еще одним направлением Росгидромета является участие в работе Международного агентства по ядерной энергетике (МАГАТЭ).
Особенности природных систем северных регионов способствовала образованию международного сотрудничества в Антарктике и многостороннего сотрудничества в Арктике (в частности, международная программа арктического мониторинга и оценки состояния арктической окружающей среды (АМАН)). Несмотря на то, что этом случае поднимается вопрос об охране природных систем отдельных регионов мира (Арктика и Антарктика), проблема может считаться глобальной, поскольку загрязнения и изменения в вышеуказанных регионах обусловлены глобальными процессами. К этим процессам относятся изменение климатических условий и распространение загрязняющих веществ, включая наиболее токсичные компоненты. Программа АМАН осуществляется с 1991 г. такими странами как Дания, Исландия, Канада, США, Финляндия, Норвегия, Швеция и Россия. Данная программа предполагает оценку состояния среды Арктики, учитывая содержание тяжелых металлов, закисляющих веществ, устойчивых органических соединений. Кроме этого в рамках программы АМАН проводится изучение озонового слоя, изменения климата, а так же показываются пути распространения загрязнителей в Арктику [4].
Использование спутниковых систем в глобальном экологическом мониторингеПри проведении глобального экологического мониторинга первое место должно отводиться дистанционным методам, отличительной особенностью которых является возможность предоставлять данные об изменениях в крупном масштабе.
Такие методы используют космические средства. А направление получило название «космическое землеведение».
Наблюдение Земли из космоса началось в 1960-е гг. Для реализации этих целей были созданы специальные спутники. В СССР создаются спутниковые системы Метеор, Метеор—Природа, а в США ЕИТЭ, «Лэндсат». Так, в 70-х годах спутник Метеор передавал изображения, по которым можно было с достаточной точностью судить об изменении состояния пастбищной растительности в республиках Средней Азии [4].
Космическая гидрометеорологическая система «Метеор-3»,принадлежащая Росгидромету, обеспечивает глобальный экологический мониторинг территории России. Параметры орбиты спутника «Метеор»: приполярная круговая орбита высотой около 1200 км, наклонение - 82,5 градуса. Комплекс научной аппаратуры позволяет оперативно 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.
Российская космическая система «Океан-0» 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, наклонение -- 82-83°. 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».
Ведущую роль здесь играют США. Находящаяся под эгидой NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration — Национальное управление по океанам и атмосфере) спутниковая метеорологическая система на полярных орбитах "NOAA" (запускаются с 1970 г.) и геостационарные "GOES" (запускаются с 1975 г.), а также принадлежащая министерству обороны США спутниковая система DMSP (Defense Meteorological Satellite Project — Оборонный проект спутниковой метеорологии; запускаются с 1966 г.) — единственные в мировой практике эксплуатационные системы мониторинга окружающей среды [4,8].
Применение на американских спутниках метеоразведки "DMSP" микроволновых радиометров в качестве всепогодных измерителей геофизических параметров океана и атмосферы позволило с 1991 г. реализовывать круглосуточное всепогодное обеспечение стандартной информацией о гидрометеорологическихпараметрах стран — членов WMO (Всемирная метеорологическая организация). Для национальной безопасности американское правительство в середине 1990-х гг. приняло решение о создании Национальной спутниковой системы мониторинга окружающей среды с полярной орбиты NPOESS (National Polar-Orbiting Operational Environment Satellite System). Она создается путем объединения военной (DMSP) и гражданской (NOAA) спутниковых систем и включает эксплуатируемые в настоящее время КА "DMSP" и "NOAA", а также разрабатываемые совместно с европейской метеорологической организацией Eumetsat ИСЗ "Metop" (запуск планируется в 2004 г.). В работе NPOESS задействованы исследовательские спутники: "Wind" (запущен 1 ноября 1994 г.), "Coriolis" (запущен 6 января 2003 г.; Земля и Вселенная, 2004, № 1), а также по программе EOS -"Terra" (запущен 18 декабря 1999 г.; Земля и Вселенная, 2000, № 6) и "Aqua" (запущен 4 мая 2002 г.; Земля и Вселенная, 2003, № 6). В США исследование глобальных процессов с учетом их взаимодействия и влияния на состояние окружающей среды осуществляется в рамках национальной программы USGCRP (United States Global Change Research Programme — Программа изучения глобальных изменений), а также под эгидой Межправительственного комитета по климатическим изменениям IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change). Ожидается, что полученные результаты станут научной основой для принятия государственных решений по вопросам состояния окружающей среды и климата в глобальном масштабе.
В других странах к числу наиболее значимых космических программ обзорного наблюдения Земли относят европейскую программу мониторинга и обеспечения безопасности Земли GMES, базирующуюся на КА "Envisat" (запущен 1 марта 2002 г.; Земля и Вселенная, 2003, № 6) и "Metop"; канадскую космическую программу с применением спутников "Radarsat" (запускаются с 1995 г.); японскую программу наблюдения Земли на базе ИСЗ "ADEOS" (запускаются с 1996 г.); индийскую систему дистанционного зондирования IRS (запуски с 1988 г.)[4].
Всеохватывающие сведения о разных природных ресурсах, процессах, которые происходят на поверхности земли, поступает и с других космических систем и отдельных спутников. В числе этих спутников можно отметить пилотируемые орбитальные станции «Салют». Отличительной особенностью этого спутника является возможность поиска информации и обнаружение заданного явления. Но наиболее информативные результаты по оценке антропогенного влияния формируются при участии космических систем, самолетов и наземных систем [6,8].
Кроме главного направления космического землеведения, которое заключается в фотографирования земной поверхности с последующим дешифрированием полученных изображений, наблюдается развитие области, связанной с рассмотрением новых свойств изучаемых земных объектов. Для решения поставленной цели находят свое применения многозональные съемки. С помощью последних возможна съемка одного и того же района в различных спектральных диапазонах и выявление дополнительных характеристик исследуемого района. Такая съемка позволяет также определять глубинные характеристики наблюдаемых водных объектов за счет проникновения излучения в определенном диапазоне длин волн на большие глубины (например, в диапазоне 0,5—0,7 мкм — 20 м) [5].
При проведении многозональных спектральных съемок применяется излучение в диапазоне длин волн, относящемся к «окнам прозрачности» атмосферы.
Для проведения данных исследований ультрафиолетовое излучение не используется, поскольку оно практически полностью поглощается атмосферой. Излучение в видимой части спектра легко проходит через атмосферу Земли и поэтому успешно применяется в спектральных съемках. Излучение в ближней инфракрасной области, наиболее часто используется для исследования природных ресурсов и состояния природных сред, выявления антропогенных эффектов.
Для многоцелевого зондирования используют диапазон ИК области 8—15 мкм, поскольку в этом диапазоне практически отсутствует поглощение в атмосфере. Находят свое применение излучения теплового и радиодиапазонов. Правильный выбор одного или нескольких длин волн определяет ценность получаемой информации о подстилающей поверхности и атмосфере.
Вышеописанные методы позволяют в комплексе изучить геосистемы. А именно, в динамике рассмотреть сочетания природных и природно-технических образований на земной поверхности (или природных и культурных ландшафтов). Аэрокосмические методы используются и для исследований природоохранных территорий [6].
При помощи информации, получаемой со спутников уже открыты новые морфо- и геоструктуры, определяется структура землепользования и оценка состояния земельных угодий. Использование многоспектральной съемки позволяет выявить генетические типы и механический состав почв.
Дистанционное исследование почвенного покрова может достигаться путем изучения следующих параметров: влажности, типа почв, засоленности, содержания гумуса, механического состава, нарушенное при сельскохозяйственном использовании, при эрозии почв), наличия растительности.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 лесопарковыхзон;
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.
Эффективность спутниковой системы мониторинга окружающей среды достигается при комплексном применении перспективных космических и новых информационных технологий. Такие технологии представляют собой мощный методологический арсенал синтеза спутниковых систем и весьма продуктивны на всех фазах создания и функционирования спутниковой системы мониторинга: проектирование, изготовление, использование по целевому назначению и модернизация. Они лежат также в основе процесса диагностики наземных объектов из космоса. Научно-техническая поддержка спутниковой системы мониторинга окружающей среды представляет интеграционный процесс, который включает получение научных знаний о Земле, разработку информационных и космических технологий на этапе исследования и проектирования системы, создание моделей и демонстрационные испытания на этапе [4].
Наблюдения за разливами нефти со спутниковВ 2004–2005 гг. в юго-восточной Балтике в районе Кравцовского нефтяного месторождения был организован первый в Российской Федерации успешный комплексный оперативный спутниковый мониторинг нефтяного загрязнения и экологического состояния поверхности моря. Этот пилотный проект выполнялся по инициативе нефтедобывающей компании ООО «ЛУКОЙЛ-Калининградморнефть» силами объединенного коллектива специалистов в различных областях дистанционного зондирования ряда научных организаций РАН.
В 2006–2007 гг. (с апреля по октябрь) совместно со специалистами из НИЦ «Планета» Росгидромета и Института океанологии РАН проводились работы по спутниковому мониторингу загрязнений (береговых, судовых и биогенных) водной среды российского сектора Азово-Черноморского бассейна [1].
В ходе выполнения этих работ развивалась технология спутникового мониторинга состояния и загрязнения водной среды по данным микроволнового, видимого и инфракрасного диапазонов. Благодаря комплексному (многосенсорному) подходу к оперативному спутниковому мониторингу нефтяного загрязнения морей, включающему совместный анализ разнообразной спутниковой, океанографической и метеорологической информации, проблемы корректного детектирования нефтяных пятен на морской поверхности минимизируются. Опыт проведения комплексного спутникового мониторинга и дальнейшее развитие комплексного подхода к решению задачи контроля нефтяного загрязнения морской поверхности из космоса использовались нами при проведении круглогодичного ежедневного оперативного спутникового мониторинга акваторий Черного, Балтийского и Каспийского морей который осуществляется коллективом лаборатории с начала 2009 г. по апрель 2012 г., когда прекратил свое функционирование на орбите ИСЗ Envisat. После вывода на орбиту спутника Sentinel-1, оснащенного радиолокатором с синтезированной апертурой (РСА), работы были возобновлены и продолжаются до сих пор [2,7].
Основным средством спутникового контроля состояния морской поверхности и оценки степени ее загрязненности являются спутниковые РСА. Это обусловлено их физическими и техническими особенностями: 1
• возможность круглосуточной работы благодаря использованию активного зондирования, причём характеристики изображения от времени суток не зависят;
• возможность всепогодной съёмки, т.к. атмосфера практически прозрачна для используемого РСА микроволнового излучения;
• диэлектрические свойства воды в микроволновом диапазоне однородны, что позволяет считать вариации рассеянного сигнала связанными только с геометрическими параметрами возмущений и тем самым облегчает интерпретацию снимков;
• высокое пространственное разрешение современных космических РСА позволяет с необходимой точностью детектировать нефтяные загрязнения даже относительно небольшого размера и оценивать их параметры [1].
Кроме того, использовались данные сенсоров MODIS ИСЗ Aqua/Terra, MERIS ИСЗ Envisat и AVHRR ИСЗ NOAA видимого и инфракрасного диапазонов, несущие информацию о полях температуры поверхности моря (ТПМ) и мезомасштабной динамике вод. Дополнительно использовались данные сканирующих радиометров Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ и Landsat 8 OLI.
Основой метода спутникового мониторинга загрязнения морских вод является возможность выявления областей морской акватории, покрытых поверхностными, в том числе нефтяными, пленками (так называемых пленочных сликов) методами спутниковой радиолокации. Наличие поверхностной пленки приводит к понижению интенсивности волно-ветрового взаимодействия и к затуханию резонансной гравитационно-капиллярной компоненты поверхностного волнения. В этом случае на поверхности океана образуются выглаженные области (слики), которые проявляются на РЛИ как области пониженного рассеяния, которые могут служить индикаторами наличия загрязняющих пленок на морской поверхности [2].
Установлено, что пленки в разливах нефтепродуктов характеризуются сильной неоднородностью по толщине и по степени гашения волн и в среднем оказывают меньшее гасящее действие, чем пленки ПАВ (Браво-Животновский и др. 1984; Ермаков и др., 1987; Ермаков, 2010). Важнейшим фактором, определяющим возможность достоверного детектирования нефтяных загрязнений морской поверхности на РЛИ, является приповерхностный ветер. При скорости ветра, превышающей 9–10 м/с, пленочные загрязнения любой природы – как нефтяные, так и биогенные – не различимы на РЛИ морской поверхности. В штилевых условиях или при слабых неустойчивых ветрах резонансная составляющая поверхностного волнения может не развиться, что приводит к ослаблению радиолокационных контрастов. На РЛИ морской поверхности, полученных в условиях слабого припо- 134 верхностного ветра, присутствует большое количество областей ослабления рассеяния, не относящихся к пленочным загрязнениям, что повышает вероятность «ложной тревоги» при детектировании пятен нефтяных загрязнений по радиолокационным данным. Радиолокационные образы нефтесодержащих разливов на морской поверхности, естественно, зависят от внешних условий. Контраст между областью разлива и окружающей поверхностью определяется рядом параметров, таких как скорость ветра, высота волн, количество и тип содержащейся в разливах нефти. Форма разлива оказывается разной в случаях выброса из стационарного и движущегося объекта [7].
Основными источниками загрязнений, поступающих с судов, являются нефтесодержащие промывочные, балластные, а также льяльные воды из помещений грузовых насосов.
Основным источником поверхностного загрязнения открытых участков моря в центральной его части и в области Апшеронского и Бакинского архипелагов является поступление нефти при добыче и разведочном бурении, подводном ремонте скважин, при аварийных разрывах нефтепроводов и зачистке выкидных линий, а также из естественных и особенно искусственных грифонов (выход нефти на поверхность моря). При этом количество выбрасываемой нефти во время действия грифона может колебаться от 100 до 500 т в сутки. На всех без исключения РЛИ, полученных нами в ходе монитор