Источник: Раздел Общая экология http://csr.spbu.ru/publications
Материалы работы: Об авторе | Реферат | Библиотека
Понятие мониторинг вошло в научную литературу сравнительно недавно, в начале 70-х гг. Современное значение этого слова можно определить как наблюдение и контроль за изменениями состояния биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов, предупреждение о неблагоприятных для жизни, здоровья и производственной деятельности людей последствий, вызванных этими изменениями.
Система контроля за окружающей средой включает три основных вида деятельности:
1) слежение и контроль - систематические наблюдения за состоянием окружающей среды;
2) прогноз - определение возможных изменений природы под влиянием естественных и антропогенных факторов;
3) управление - мероприятия по регулированию состояния окружающей среды.
Не отрицая важности детальных исследований, примем во внимание слова крупнейшего специалиста в области применения аэрокосмических методов изучения и картографирования растительности Б. В. Виноградова о том, что подобно тому, как мышь, бегающая по поверхности персидского ковра, не способна воспринять всю красоту и сложность его рисунка, геоэколог, работающий на земле, не видит целостного узора биогеоценотического покрова больших пространств. Эту возможность открыли средства дистанционного зондирования, устанавливаемые на самолетах и орбитальных спутниках Земли. Изображения земной поверхности, полученные с различных высот, безгранично расширяют поле зрения исследователя.
Аэрокосмические методы дали такой же мощный толчок развитию наук о Земле, как в свое время изобретение микроскопа в биологии. Отмечаются следующие особенности и достоинства космического мониторинга:
-наблюдаются и регистрируются сведения об обширных пространствах, вплоть до всей видимой в момент съемки части Земного шара; благодаря большой обзорности на снимках видны крупные региональные особенности хозяйственного воздействия на природные ландшафты;
-космоснимки дают однотипную и детальную информацию о труднодоступных районах с такой же точностью, как и для хорошо изученных регионов, что позволяет эффективно применять метод экстраполяции дешифровочных признаков на основе выделения ландшафтов-аналогов;
-мгновенность изображения обширных площадей сводит к минимуму влияние переменных погодных и сезонных факторов; возможность регулярного проведения повторных съемок позволяет выбрать лучшие изображения; по материалам повторных съемок изучается динамика природных процессов;
-комплексный характер информации, содержащейся на космоснимках, позволяет использовать их для изучения сложных процессов взаимодействия общества и природы;
-на снимках с высоким разрешением можно распознать особенности морфологической структуры ландшафтов и техногенных образований. Вместе с тем, благодаря естественной генерализации изображения, на космических снимках отображаются наиболее крупные и существенные элементы географической оболочки и следы антропогенного воздействия.
Главной особенностью современного этапа развития дистанционного мониторинга являются разработка и использование новых
технических средств сбора и обработки информации. Геоэкологический мониторинг в силу большого объема и сложности задач обработки данных должен опираться на эффективные технологии. В
настоящее время они связываются с разработкой и внедрением разного рода географических информационных систем (ГИС), в том
числе интегрированных ГИС, синтезирующих методы обработки
традиционных ГИС с методами дистанционного зондирования.
ДЕШИФРИРОВАНИЕ АЭРОКОСМОСНИМКОВ
Дистанционные изображения земной поверхности (аэрокосмоснимки) предстают перед глазами исследователя в непривычных масштабе, проекции и цвете. Чтобы использовать снимки для изучения и картографирования состояния окружающей среды, необходимо научиться их дешифрировать. Полноценные геоэкологические
исследования должны основываться на использовании материалов
аэрофотосъемки и космических снимков высокого разрешения.
Дешифрирование - процесс распознавания объектов
по их изображениям, определения качественных и количественных характеристик этих объектов, изучения.
Граница между государствами четко прослеживается благодаря интенсивному использованию земель в Израиле и преимущественно пустынному облику ландшафта на Синайском полуострове ландшафтообразующей и экологической роли различных факторов. Технологическая схема дешифрирования включает сбор аналитических данных о компонентах природы, видах хозяйственной деятельности и их типизацию; выявление и типизацию природно-территориальных комплексов и природно-хозяйственных систем.
Применяется предметное и логическое дешифрирование. Первое выполняется путем сравнения изображений и объектов в натуре. Последние опознаются по прямым дешифровочным признакам: по форме, размеру, тону, рисунку и структуре изображения. Второе основано на использовании закономерных взаимосвязей компонентов ландшафта. Через характеристику объектов, непосредственно изображенных на снимках, логическим путем делают заключение о наличии и свойствах объектов и явлений, которые скрыты, но связаны с первыми закономерными связями. Наблюдаемые объекты, по которым дешифрируются другие компоненты ландшафта, называются индикаторами, а сам метод - ландшафтным методом дешифрирования. Опыт показал, что наиболее продуктивно дешифрирование в том случае, если к интерпретации изображений подходят не аналитически, исходя из индикаторных способностей отдельных компонентов природы, а системно, основываясь на индикаторных свойствах ландшафтно-экологических комплексов в целом. Существует закономерная связь тектонического строения, типов и форм рельефа, литологии поверхностных отложений, растительности и животного мира, видов хозяйственной деятельности с ландшафтами и морфологическими ПТК.
Дешифрирование осуществляется по общепринятой схеме: предварительное дешифрирование > полевые исследования > камеральное дешифрирование > контроль. На первом этапе на снимках выделяются основные типы рисунков и создается контурная основа. В полевых исследованиях используется метод изучения ключевых участков и проведения ландшафтных профилей. Работа на ключевых участках. В основу составления геоэкологических карт кладется процесс поконтурного дешифрирования.
Важным показателем кондиционности карт является число ключевых участков, отношение занятой ими площади к общей площади
съемки, а также число и протяженность ландшафтных профилей.
Метод ключей основан на типологических свойствах ПТК. Благодаря ключам сокращается объем работ: исследователю нет надобности задерживаться на описании каждого контура, если по ряду
признаков его можно отнести к уже известному типу. Описание ведется по полной программе геоэкологических исследований. Выявляются индикаторы. В дальнейшем такие признаки, как элементы
геологического строения, формы рельефа, растительность, позволяют узнавать однотипные природные комплексы и экстраполировать
на них характеристики, полученные на ключах.
Составление комплексных профилей.
Главным методом полевого дешифрирования является комплексное ландшафтно-экологическое профилирование. Работу проводят по маршрутам, приуроченным к линиям сопряженной смены ПТК, и связывают природу местности с характером изображения. Основу составляет гипсометрический профиль (как правило, он направлен вкрест горизонталей). Условными знаками на профиле показываются: четвертичные отложения, почвы и растительность. Вертикальными линиями обoзначаются границы ПТК. В зависимости от масштаба съемки рекомендуется проводить профили следующих типов. Ландшафтные профили эколого-топологической размерности прокладывают во время крупномасштабных исследований. Длина профилей колеблется от единиц до сотен метров. С помощью крупномасштабных аэрофотоснимков выбирают место и направление профиля. В полевых исследованиях выполняется полная программа биогеоценотических описаний. Ландшафтные профили региональной размерности пересекают изображение ландшафта в наиболее характерном направлении. Длина профиля может достигать нескольких километров. Точки наблюдения закладывают, как правило, в местах, со специфичным изображением, а также на характерных перегибах рельефа, на границах и в центре ПТК. Все эти точки наносятся на фотосхему, карту и профиль.
Межландшафтная экстраполяция осуществляется путем
выявления однотипных контуров в ландшафтах-аналогах. Ареал экстраполяции связан с рубежами физико-географического районирования. Достоверность экстраполяции тем выше, чем ближе в классификационной системе и в сетке районирования лежат ландшафты
аналоги.
КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО АТЛАСА
Картографическая форма обобщения собранной информации составляет основу любых географических исследований. Объектом геоэкологического картографирования являются элементы геосистем, экосистем и социально-производственных систем, их взаимосвязь и динамика. Учитывая комплексный характер исследований, наиболее продуктивным представляется путь аэрокосмического мониторинга состояния окружающей среды и создания геоэкологических атласов. Итогом геоэкологических исследований являются карты, в названии которых часто присутствует слово «экологическая». Однако строгие критерии нового вида тематических работ до сих пор не определены. Учитывая важность картографического метода в комплексе геоэкологических исследований, попытаемся сформулировать требования, совокупность которых приближает нас к пониманию предмета и задач геоэкологического картографирования.
Первое требование - биоцентризм. Экологическими могут называться только такие карты, на которых показано состояние биоты. Другие факторы окружающей среды показываются на них лишь в том объеме, который необходим для характеристики условий обитания организмов, в том числе и человека. Объектом экологического картографирования часто является растительность. Фитоэкологические карты наиболее полно отражают связи растительности с условиями обитания и могут использоваться для индикации параметров окружающей среды.
Второе требование - антропоцентризм. Человечество - часть биоты, но часть, обладающая отличительными чертами, играющая особую роль в жизни географической оболочки в фазе техногенеза. Геоэкология рассматривает человека, население, человечество не только в качестве источника разрушения природы, но и жертвы воздействия как неизменной (стихийные процессы, бедствия), так и в особенности изменяемой им же самим природы.
Третье требование - факторность. В комплект геоэкологических карт входят специальные карты, на которых показывается состояние отдельных компонентов окружающей среды - литогенной основы, рельефа, почвенного покрова, поверхностных и подземных вод, атмосферы, техногенного покрова и источников загрязнения, геохимических условий и др. Биота на этих картах зачастую не показывается. Строго говоря, такие карты не являются экологическими. Это особый класс карт состояния окружающей среды.
Четвертое требование - оценочность и прогнозность. В задачи геоэкологических исследований обязательно входит оценка современного состояния ландшафтов, отдельных компонентов природы и прогноз динамики окружающей среды: в хорошем или плохом состоянии она находится, в благоприятном или неблагоприятном направлении изменяется.
Пятое требование - системность. В ландшафтах (геосистемах), природно-хозяйственных системах заложено свойство эмерджентности. Покомпонентный анализ состояния окружающей среды
сам по себе недостаточен для оценки состояния и прогнозирования
поведения геосистемы в целом. Целое - больше суммы своих частей. При системном подходе основой критериев оценки геоэкологических параметров служат изменения морфологической и генетической целостности ландшафта, степень сохранности его природного и ресурсного потенциала, изменения качества условий жизни наcеления.
СОДЕРЖАНИЕ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО АТЛАСА
Геоэкологическим атласом будем называть собрание карт, представляющее собой целостное произведение. Он включает в себя систему органически увязанных и друг друга дополняющих карт; систему, обусловленную назначением и особенностями использования атласа. Геоэкологические атласы предоставляют наибольшие возможности для системного картографирования процессов экологической дестабилизации ландшафтов и опустошения земель отдельных регионов России. С этой целью в атласы включают карты ландшафтов и природно-хозяйственных систем, состояния отдельных компонентов окружающей среды и техногенного покрова в их взаимосвязи и динамике.
1. Карты ландшафтов и природно-хозяйственных систем
Согласно требованию системности геоэкологические карты строятся на основе ландшафтных карт. Единицами картирования являются морфологические единицы ландшафта и природно-хозяйственные системы. В своем первозданном виде - это общенаучные ландшафтные карты. А. Г. Исаченко называет их констатационными. К числу констатационных относятся карты современного состояния ландшафтов и распределения земельного фонда. На них изображаются контуры ПТК, находящиеся в разной степени антропогенной деструкции и разные типы использования земель. Благоприятное состояние окружающей среды поддерживается, как правило, в районах с ненарушенной структурой природных ландшафтов. Целостность ландшафтов определяется сформировавшимся в результате естественного развития территории составом морфологических природно-территориальных комплексов. Ландшафты с ненарушенной структурой обладают устойчивым природным потенциалом, т. е. способны преобразовывать определенные потоки вещества, энергии и информации. Это позволяет сохранять связи между элементами природной системы и с окружающей средой. Изменение структуры ландшафтов под воздействием антропогенной деятельности ведет, прежде всего, к трансформации растительного покрова, снижению природного потенциала ландшафта в целом. Уничтожение естественной растительности и замена ее на производные сообщества или техногенный покров является одним из главных показателей ухудшения экологического состояния окружающей среды. Ландшафты теряют устойчивость, способность к самовосстановлению.
2. Карты растительного покрова
Требование биоцентризма на геоэкологических картах, как правило, удовлетворяется показом состава и состояния растительного покрова. Объектом картирования является все разнообразие растительных сообществ - естественных, естественно-антропогенных, синантропных сообществ сорной растительности, агроценозов и динамические серии или разные стадии восстановления коренной растительности. Особенность отображения растительного покрова на геоэкологических картах состоит в том, что растительность картируется не сама по себе, а как элемент ландшафтной структуры (растительность фаций, урочищ, местностей и т. п.), или как элемент природно-хозяйственных территориальных систем - растительность контура городской застройки или растительность природно-хозяйственного массива (промышленной зоны, жилого массива, городского парка и др.).
3. Карты литогенной основы ландшафта
Литогенную основу ландшафта следует выделять из общей совокупности свойств земной коры. В это понятие включается только то, что оказывает влияние на формирование и дифференциацию ПТК. Предлагается различать понятия «литогенная основа» и «геологический субстрат». Та часть земной коры, которая оказывает влияние на формирование и дифференциацию ПТК данного ранга. Это литогенная основа, а все то, что находится глубже - геологический субстрат. При проведении нижней границы литогенной основы исходят из того, оказывает земная кора на данной глубине влияние на процессы, протекающие на поверхности, где формируются ПТК данного ранга или нет. В большинстве случаев нижняя граница литогенной основы фаций не опускается глубже первых метров. Она охватывает почвообразующий горизонт, кору выветривания и обычно не опускается ниже первого водоупорного горизонта. Нижняя граница литогенной основы урочищ проходит на глубине нескольких десятков метров и обусловлена мощностью стратиграфического комплекса, обнажающегося на дневной поверхности. Литогенная основа ландшафта имеет глубину в сотни метров и связана с мощностью верхнего структурного яруса.
4. Карты метеорологических процессов и состояния воздушной среды
В качестве экологических факторов, оказывающих воздействие на биоту, в том числе на сельскохозяйственное производство, выступают следующие метеорологические процессы (их показывают на специальных агроклиматических картах): длительность безмороз по сезонам года, неблагоприятные атмосферные явления (ветровая эрозия, атмосферная засуха и т. п.) степень континентальности и засушливости климата. Большое внимание следует уделять картированию микроклиматических особенностей отдельных местоположений. Как известно, экологический эффект микроклимата склонов северной и южной экспедиции, низин и водоразделов, аналогичен сдвигу местообитаний на сотни километров к югу или к северу. Состояние воздушной среды оценивается также по содержанию в ней вредных выбросов: пылевых и газовых. Исходя из розы ветров и режима других метеорологических элементов, определяются закономерности переноса выбросов и формирования геохимических аномалий. Последовательность решения задач картирования загрязнения воздушного бассейна должна быть следующей:
1) выявление всех источников атмосферных выбросов, определение их мощностей, структуры, динамики;
2) определение границ разброса отдельных элементов от каждого источника;
3) проведение районирования территории по уровню атмосферного загрязнения;
4) выявление ореолов (геохимических аномалий) повышенной опасности для здоровья населения и их распространение по степени опасности.
5. Карты гидрогеологических условий
Подземные воды - ценное полезное ископаемое, природный феномен, являющийся составной частью геологической среды и среды обитания человека. От других полезных ископаемых они отличаются тем, что возобновляются как естественным путем, так и с помощью искусственного пополнения. В отличие от поверхностных, подземные воды экологически более чистые и в значительно большей степени защищены от загрязнения. В связи с непрерывно возрастающей урбанизацией, интенсивным загрязнением рек и озер подземные воды становятся едва ли не единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, охрана которого от загрязнения и истощения имеет стратегическое значение. При изучении и картографировании гидрогеологической среды оценивается влияние на экологическую обстановку глубины и естественной защищенности основных водоносных горизонтов; водообеспеченность территории на определенную перспективу; возможность влияния водосбора на окружающую среду.
6. Карты почвенного покрова
Почвы, используя метафору В. В. Докучаева, можно назвать зеркалом, отражающим состояние ландшафта. Особое значение картирование состояния почв имеет потому, что почвы - главное средство сельскохозяйственного производства. В процессе геоэкологического картографирования особое внимание обращается на негативные процессы, ведущие к деградации почвы, и выработку рекомендаций по сохранению и воспроизводству земельного фонда. Выделяются земли, особенно остро нуждающиеся в защите и рациональном землепользовании - это эрозионно- и дефляционноопасные земли, земли с осушенными торфяными и минеральными почвами, орошаемые почвы, почвы нуждающиеся в улучшении - кислые, засоленные, солонцовые и т. п.; земли с экстремальными природными условиями - высокогорные, мерзлотные, ватты, марши и т. п., земли техногенного и радиоактивного загрязнения.
7. Карты техногенного покрова и источников загрязнения
Техногенные объекты, которые наносятся на карту, группируют следующим образом.
1. Земли, насыщенные техническими сооружениями:
Города (по численности населения в тыс. жителей):
-Индустриальные 1 уровня;
-Индустриальные 2 уровня;
Непромышленные
Пригородные зоны
Ареалы геологических разведок и разработок минерального
сырья
Основные транспортные коридоры
Крупные ГЭС
АЭС
2. Возделываемые земли:
Орошаемые (основные массивы)
Осушенные (основные массивы)
Пахотные:
-Интенсивно обрабатываемая пашня;
-Богарная пашня;
Долинные комплексы с пашней
Многолетние культурные насаждения:
-Плантации;
-Сады;
Парки
3. Земли, используемые в естественном виде:
Лесопромышленные:
-Ареалы интенсивных рубок;
-Лесные, используемые без ограничений (леса III группы);
-Лесные, используемых ограниченно (леса II группы)
Пастбищные
Природно-рекреационные
Охотничье-промысловые
Природоохранные (заповедники, леса 1 группы)
4. Земли неиспользуемые.
5. Водопокрытые земли (реки, озера, водохранилища).
Мощные источники техногенного загрязнения концентрируются в пределах урбанизированных территорий, в пределах которых формируются техногенные аномалии разного размера и интенсивности. По геометрической форме и размерам источники техногенного воздействия могут быть точечными, линейными, площадными. По времени действия - постоянные, периодические, временные. По положению относительно поверхности Земли - наземные, подземные и надземные. Физическое техногенное воздействие приводит к повышению уровня физических полей - температурного, электромагнитного, электрического, звуковых и механических колебаний, давления - выше допустимых пределов. Химическое воздействие - это воздействие техногенных потоков вещества, образуемых в результате технической и коммунально-бытовой деятельности, а также при рассеянии продуктов химизации сельского хозяйства. Химическое воздействие можно разделить на подвиды: газовые, пылевые выбросы, твердые отходы, сточные воды, поверхностный сток. В перечне загрязняющих веществ приоритетные места занимают хлорорганические пестициды, полициклические ароматические углеводороды с индикатором этой группы канцерогенным бензопиреном, а также тяжелые металлы и радиоактивные вещества.
8. Карты геохимического загрязнения
Основным объектом являются разномасштабные аномалии содержания химических элементов и их соединений, которые формируются за счет природных и антропогенных факторов. В антропогенных аномалиях источник химических загрязнений расположен чаще всего на дневной поверхности или выше нее. Транспортировка загрязняющих веществ связана с атмосферными процессами, сточными водами, транспортными магистралями, продуктопроводами, химизацией сельского хозяйства.
Комплексное картографирование - метод многостороннего и целостного показа действительности картографическими средствами. К этой группе картографических произведений относятся геоэкологические атласы, отображающие процессы экологической дестабилизации ландшафтов и опустошения земель. Комплексное картографирование, выполняемое на системной основе, имеет большую научную и практическую ценность. Геоэкологические карты - источник новых выводов и знаний о состоянии окружающей среды. Это действенное средство разработки рекомендаций по рациональному природопользованию. Карты позволяют оценивать изменения ландшафтов под влиянием естественных и антропогенных факторов, прогнозировать характер этих изменений в будущем.