Методы, применяемые при проведении экологического мониторинга

В зависимости от точности результатов, которые необходимо получить при проведении мониторинга по тому или иному компоненту, явлению, процессу, от среды, в которой проходят исследования, доступных финансовых и других средств, используют различные методы мониторинга, основными из которых являются аэрокосмические и наземные [34].

Дистанционные методы

Одним из основных источников данных для экологического мониторинга являются материалы дистанционного (неконтактного) зондирования. Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей:

• • космических (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования, автономные спутниковые съемочные системы и т. п.);
• • авиационного базирования (самолеты, вертолеты и микроавиационные радиоуправляемые аппараты);
• • наземного и морского (наводного) базирования, включая, например, фототеодолитную съемку, сейсмо-, электромагниторазведку и иные методы геофизического зондирования недр, гидроакустические съемки рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора, иные способы, основанные на регистрации собственного или отраженного си гнала волновой природы.

Данные неконтактного зондирования составляют значительную часть дистанционных данных наряду с данными, полученными контактными (прежде всего наземными) видами съемок (способы получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки).

Аэрокосмические (дистанционные) методы экологического мониторинга включают систему наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем, а также систему обработки данных дистанционного зондирования (рис. 7.4)^[1].

Рис. 7.4. Обобщенная структура дистанционного мониторинга.

Для космического экологического мониторинга целесообразно ориентироваться прежде всего на полярно-орбитальные метеорологические спутники, среди которых отечественные спутники типа «Метеор», «Океан» и «Ресурс».

Российские спутники серии «Ресурс» принадлежат Федеральной службе 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, выводится на приполярную круговую орбиту высотой около 1200 км и обеспечивает глобальный экологический мониторинг территории России. Комплекс научной аппаратуры позволяет оперативно два 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 наземные автоматические пункты приема информации (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. Спутники функционируют на приполярной круговой орбите 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-радиомегр «Дельта-2», трассовый поляризационный спектрорадиометр «Трассер», а также комплекс оптической сканирующей аппаратуры.

Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать следующие задачи контроля состояния окружающей среды:

• • определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные характеристики влажности, характер облачности и т. д.;
• • контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий;
• • определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности;
• • обнаружение крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий;
• • контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон;
• • обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах;
• • выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах;
• • регистрация дымных шлейфов от труб;
• • мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек;
• • обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений;
• • контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий.

Развитие технологий наблюдения из космоса, создание инфраструктур спутникового экологического мониторинга регионов России наряду с разработкой экологической системы контроля в реальном масштабе времени призваны сыграть ключевую роль в обеспечении безопасности окружающей среды и устойчивого развития экономики России. В связи с этим создаются Центры космического мониторинга (ЦКМ), которые осуществляют оперативный контроль состояния окружающей среды и природных ресурсов, создают многоуровневые информационные системы пространственновременного мониторинга состояния окружающей среды, включающие технические и программные средства сбора, обработки, анализа и хранения спутниковой информации.

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, установленными 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 природоресурсных исследований.

Наземный дистанционный мониторинг. В настоящее время в программах мониторинга помимо традиционного «ручного» иробоотбора сделан упор на сбор данных с использованием электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения в режиме реального времени. Применяют электронные измерительные устройства дистанционного наблюдения посредством подключения к базовой станции, либо через телеметрическую сеть, либо через наземные линии, сотовые телефонные сети или другие телеметрические системы.

Преимуществом дистанционного наблюдения является то, что в одной базовой станции для хранения и анализа могут использоваться многие каналы данных. Это существенно повышает оперативность мониторинга при достижении пороговых уровней контролируемых показателей, например, на отдельных участках контроля. Такой подход позволяет по данным мониторинга предпринять немедленные действия, если пороговый уровень превышен.

Использование систем дистанционного наблюдения требует установки специального оборудования (датчиков мониторинга), которые обычно маскируются с целью предотвращения актов вандализма и воровства, когда мониторинг проводится в легкодоступных местах.

• [1] Муртазов А. К. Экологический мониторинг. Методы и средства. В 2 ч. Ч. I: учеб, пособие. Рязань: Изд-во РГУ им. С. А. Есенина, 2008.146 с.