ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 1, с. 81-94
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.873.004.1
НЕФТЯНЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ: КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ПОДСПУТНИКОВАЯ
ВЕРИФИКАЦИЯ
© 2007 г. К. Ц. Литовченко1' 2*, О. Ю. Лаврова2, М. И. Митягина2, А. Ю. Иванов3, Ю. И. Юренко4
Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения, Москва 2Институт космических исследований РАН, Москва 3Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва 4Специализированный центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Черного и Азовского морей, Сочи *Тел. (495) 673-99-34; e-mail: litov@rniikp.ru Поступила в редакцию 27.04.2006 г.
Обсуждаются результаты радиолокационного мониторинга нефтяных загрязнений в российском секторе Черного моря с помощью спутников ERS-2 и ENVISAT и их верификации путем аэровизуальных наблюдений с вертолета. На основе сбора, анализа и верификации (фотодокументирование с вертолета) построена карта распределения нефтяных загрязнений. Анализ пространственного распределения нефтяных загрязнений для российского сектора Черного моря позволил выявить районы моря, подверженные наиболее частому загрязнению нефтепродуктами. Выполнена оценка площадей обнаруженных пятен.
ВВЕДЕНИЕ
Нефтяные разливы на поверхности моря возникают вследствие ряда причин. Среди них наиболее распространенными являются сбросы судовых балластных и льяльных вод, выносы нефтепродуктов со стоком рек, промышленные и канализационные стоки, аварии на хозяйственных объектах. Нередко нефтяные загрязнения в больших масштабах, имеющие катастрофические последствия, возникают при авариях танкеров и нефтяных платформ; среди последних примеров упомянем катастрофу танкера "Престиж" у берегов Испании в ноябре 2002 г., при которой около 25 тыс. т нефтепродуктов вылилось в Северную Атлантику [1].
Нефтяные загрязнения наносят практически невосполнимый ущерб окружающей среде. Они оказывают пагубное воздействие на флору и фауну прежде всего прибрежных районов, нарушая процессы физико-химико-биологического обмена в системе океан-атмосфера, влияют на социальные процессы, наносят непоправимый урон индустрии туризма и курортному бизнесу, которые несут огромные материальные потери. Своевременное обнаружение и принятие экстренных мер по ликвидации загрязнения может если не предотвратить, то снизить ущерб в десятки раз.
Важную роль в процессе обнаружения, мониторинга и контроля нефтяных загрязнений играют современные методы дистанционного зонди-
рования Земли (ДЗЗ). Средства ДЗЗ, применяемые для обнаружения нефтяных загрязнений, используют электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн: ультрафиолетовый (УФ), видимый (0.26-08 мкм), ближний (0.9-3 мкм) и дальний (7-14 мкм) инфракрасный (ИК), СВЧ (1-100 см) диапазоны [2]. Радиолокационные методы, в частности, основаны на анализе рассеянного поверхностью моря сигнала при ее облучении электромагнитными волнами СВЧ-диапазона и относятся к активным; их можно использовать в любое время суток и при любой погоде. Возможность дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений морских акваторий и их диагностики обеспечивается изменением физического состояния поверхности моря, а именно локальным выглаживанием мелкомасштабных компонент ветрового волнения под влиянием нефтяной пленки.
Опыт работы с радиолокационными данными отечественных и зарубежных космических аппаратов (КА) с радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА) в целом показал, что космическая радиолокация является наиболее эффективным методом ДЗ для мониторинга загрязнений океана. В результате исследований, проведенных авторами с данными КА "Космос-1870", "Алмаз-1", ERS-1 и ERS-2 [1, 3-8], были разработаны методы обнаружения пятен нефти и нефтепродуктов в морях и океанах и выработаны подходы к их мониторингу.
Кроме этого, существенным является зарубежный опыт - в 1998-2002 гг. был проведен ряд экспериментов по обнаружению и мониторингу нефтяных загрязнений в различных морях Мирового океана [9-14]. Так, в [9] впервые была показана перспективность использования большого массива радиолокационных изображений (РЛИ) для картографирования пространственного распределения нефтяных пятен, в [12-14] проанализирована связь между пространственным распределением нефтяных загрязнений и их источниками, а в [6-8] разработан и успешно применен метод картографирования и анализа пленочных загрязнений с использованием геоинформационных систем (ГИС). Наиболее интересный обзор по методам обнаружения, идентификации и классификации пленочных загрязнений, основанных на космической радиолокации моря, сделан в [15].
В настоящее время выполнен или выполняется ряд проектов по мониторингу нефтяных загрязнений в российских морях, например - на Балтике и Каспии, в Баренцевом, Японском и Охотском (на шельфе о-ва Сахалин), а также в Желтом и Восточно-Китайском морях, где принимают участие российские специалисты (см. например [8, 16, 17, 19, 20, 21]).
Запуск в 2002 г. радиолокационного спутника Envisat, имеющего широкообзорный режим съемки, существенно расширил возможности космической радиолокации и позволил вплотную подойти к решению проблемы мониторинга больших акваторий для обнаружения нефтяных загрязнений [8]. Использование этого режима при мониторинге юго-восточной части Балтийского моря на регулярной основе показало свою высокую эффективность [18].
В 2004 г. для оценки загрязнения водной поверхности российского сектора Азово-Черно-морского бассейна были выполнены съемки с европейских спутников ERS-2 и Envisat. Материалы этой съемки были собраны, обработаны и проанализированы с целью создания карт распределения пленочных загрязнений и выявления районов, подверженных наибольшему риску [20]. Наиболее подробно ситуация с загрязнениями в российском секторе Черного моря была проанализирована в августе-сентябре 2004 г.
Задача обнаружения и прогнозирования распространения нефтяных загрязнений на морской поверхности должна решаться на основе совместного использования разнородных данных спутникового зондирования. При том, что основу исследования должны составлять изображения морской поверхности, полученные при помощи радиолокаторов с синтезированной апертурой, необходимо одновременное привлечение всей доступной информации спутникового зондирования в микроволновом, инфракрасном и оптическом диапазо-
нах - MODIS Terra/Aqua, NOAA, QuickScat и т.п. Ключевым вопросом является комплексное использование данных, различных по своей физической природе (активное и пассивное микроволновое зондирование, оптические и ИК-данные), пространственному разрешению и размерности, т.е. необходимо проводить комплексный спутниковый мониторинг прибрежной зоны Российских морей.
Цель настоящей статьи - дальнейшая разработка методов мониторинга, верификации и оценки масштаба загрязнений. Подход основан на сборе, обработке и анализе радиолокационных изображений (РЛИ) с использованием современных методов обработки и ГИС-технологий, частичная верификация данных проведена с вертолета специалистами ГУ "Специализированный центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Черного и Азовского морей" (СЦГМС ЧАМ) Росгидромета в г. Сочи.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЧЕРНОГО МОРЯ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Азово-Черноморский бассейн является морской акваторией с большой антропогенной нагрузкой. Повышенному уровню загрязнения его среды способствует ряд не только антропогенных, но и природных факторов. Не останавливаясь на многочисленных причинах ухудшения экологического состояния Черного моря, отметим, что качественный скачок в его загрязнении нефтепродуктами произошел в конце 80-х - начале 90-х гг. прошлого века, когда на пляжах Черноморского побережья Кавказа в массовом порядке стали появляться сгустки мазута. По воспоминаниям одного из авторов статьи, такое событие было еще достаточно редким в 60-70-х гг.
Сложная экологическая обстановка сложилась в районе г. Новороссийска, крупнейшего российского порта на Черном море, через который ежегодно водным путем экспортируется около 32 млн. т нефти, а в ближайшие 10 лет объем перекачки с учетом увеличения экспорта с каспийских месторождений может увеличиться втрое. В то же время район Новороссийск-Геленджик является одним из крупнейших российских туристических центров на Черном море. Ввод в эксплуатацию нового нефтяного терминала в г. Новороссийске осенью 2001 г. и запуск газопровода "Голубой поток" в декабре 2002 г. делают задачу постоянного мониторинга состояния морской поверхности крайне необходимой.
По данным [22-25], основными причинами загрязнения Черного и Азовского морей нефтепродуктами являются аварийные разливы на побережьях, недостаточная очистка балластных вод с судов, низкий уровень утилизации нефтешламов, аварии на нефтепроводах, поверхностный сток с
Количество нефтяных пятен 25
20
15
10
5
0
Июнь Август Октябрь Июль Сентябрь Июнь Август Октябрь Июль Сентябрь Июнь Август Октябрь Июль Сентябрь
Июль Сентябрь Июнь Август Октябрь Июль Сентябрь Июнь Август Октябрь Июль Сентябрь Июнь Август Октябрь
1999 2000 2001 2002 2003 2004
□ Общее количество □ Вблизи берега
Рис. 1. Количество обнаруженных на РЛИ нефтяных пятен в районе Новороссийск-Геленджик.
мл
I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
территорий, недостаточная очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, аварии на хозяйственных объектах в результате стихийных явлений.
В Черное море в 80-х гг. прошлого века поступало в среднем 80 тыс. т нефтепродуктов в год (примерно 65% из них со стоком рек); при этом 1.5-2.0 тыс. т суммарного количества нефтяных углеводородов поступало со сточными водами промышленных предприятий побережья (заметим, что объем сточных вод предприятий Черноморского побережья Краснодарского края в 1989 г. составлял 18.6% от объема сточных вод, поступивших от предприятий всего побережья на участке от устья р. Дунай до Батуми) [22].
К сожалению, современные оценки составляющих баланса нефтепродуктов, загрязняющих Черное море, имеют большой разброс. Например, поступление нефтепродуктов с судов (сбросы балластных вод, потери при перегрузке
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.