ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 2, с. 62-72
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
РОЛЬ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЗАДАЧАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
© 2012 г. А. Н. Бадалова
Национальная академия авиации, Баку, Азербайджан E-mail: spaseazer@rambler.ru Поступила в редакцию 14.10.2009 г. После доработки 16.03.2011 г.
Рассматриваются перспективы развития методов и средств дистанционного зондирования (ДЗ) для решения задач экологического мониторинга прибрежной зоны. Предложены способы наблюдения динамики береговой линии, идентификации источников загрязнения в прибрежной зоне с помощью данных ДЗ, наземных измерений и геоинформационных технологий.
Ключевые слова: речные выносы, загрязнение, нефть, геоинформационные технологии, наземный приемный комплекс, распознавание, нефтяные пленки, спутниковая информация
ВВЕДЕНИЕ
Повышенный интерес к углеводородным запасам Каспия, развитие добычи и транспортировки нефти, рост населения в прибрежных городах, применение новых синтетических веществ в быту, химизация с.-х. и загрязнение промышленными отходами непрерывно ухудшают экологическую ситуацию в Каспийском море. В результате всего этого экологическое состояние бассейна носит напряженный, а в некоторых местах катастрофический характер. Результаты современных научных исследований подтверждают, что море находится под влиянием мощных антропогенных воздействий, приводящих к ряду негативных экологических последствий (Касумов, 1987; Зонн, 2002; Мамедов, 2000; Мамедов, Беркилиев, 2005). Так, отдельные районы Каспия уже превратились в мертвые зоны, где почти не встречаются рыбы и беспозвоночные животные. В общем, воды Каспийского моря характеризуются как "загрязненные" (Лилиенберг, 1993, 1994; Зонн, 1999; Панин и др., 2005; Мамедов, 2007).
Экологические проблемы Каспия и его побережья являются следствием всей истории экстенсивного экономического развития в странах региона. На это накладываются как долговременные природные изменения (вековые колебания уровня моря, изменение климата), так и социально-экономические проблемы сегодняшнего дня (экономические кризисы, региональные конфликты, развитие добычи нефти и т.д.) (Зонн, 1999). Учет и исследования техногенных факторов загрязнения акватории Каспийского моря, их взаимосвязь с природной средой — трудоемкая и многофакторная задача. Она требует информационной поддержки различных факторных данных
и применения современных методов их анализа. В этом отношении данные дистанционного зондирования (ДЗ) являются реальными источниками информации, а геоинформационные системы (ГИС) — средством их анализа и интеграции с другими источниками данных (Аковецкий, 1983; Дейвис и др. 1983; Иванов и др., 2007; Лурье, Ко-сиков, 2003; Лаврова, 2005) Можно сказать, что развитие геоинформатики и геоинформационных технологий дало мощный инструмент для сбора, систематизации и анализа многофакторной информации в аспекте проведения экологического мониторинга, обеспечения информационной поддержки принятия управленческих решений для оценки и устойчивого развития прибрежных территорий (Берлянт, 1997; Ванюшин и др., 1981; Курбатова, 2000; Лаврова, 2005; Лебедев, Костяной, 2005).
В свою очередь системы информационной поддержки принятия решений должны сегодня иметь оперативно и непрерывно поступающие достоверные данные, четко привязанные к пространственно-временной шкале. Такими данными, бесспорно, являются материалы аэрокосмической съемки и результаты их обработки (Дейвис и др., 1989; Аковецкий, 1983; Кондратьев, Гительзон, 1988). Технология ДЗ основывается, во-первых, на способности земной поверхности отражать излучение и излучать самой, во-вторых, на свойстве некоторых материалов регистрировать такое излучение, и, в-третьих, на особенностях перемещения носителя съемочной аппаратуры. Наблюдение поверхности Земли ведется во всех возможных областях спектра: видимом, ИК-и СВЧ-диапазонах (Лабутина, 2004).
В данной работе рассматривается одна из приоритетных задач исследования состояния Каспийского моря — экологический мониторинг с помощью методов и средств ДЗ.
МОНИТОРИНГ ПРИБРЕЖНОЙ ТЕРРИТОРИИ НА БАЗЕ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Главной особенностью современного этапа развития дистанционного мониторинга в Азербайджане являются разработка и использование новых технических средств сбора и обработки данных (Иванов и др., 2007; Аббаслы и др., 2009; Ширинзаде и др., 2009). Основными направлениями работ являются:
— использование космических снимков различного пространственного разрешения;
— сбор информации с 2007 г., что связано с функционированием наземной приемной станции (прием информации со спутников Terra и Aqua);
— внедрение ГИС, создание которых в последнее время связано с ВЕБ-технологиями. В интерактивном режиме посредством Интернет мы получаем большое количество информации, которая частично отвечает запросам по исследованиям причин, степени и типам загрязнения морской среды в прибрежной зоне (www.dataplus.ru/Arcrev/ Number_44/Index.html; Кошкарев, 2008).
На нескольких примерах в данной статье будет показана роль спутниковой информации при мониторинге прибрежной зоны Каспийского моря.
Мониторинг Бакинской бухты
Источники информации: наземные измерения уровня загрязнения в 16-ти пунктах забора проб морской воды и донных отложений в Бакинской бухте (рис. 1а, б); космоснимки Cartosat 2 (2007 г.), Landsat TM (1998, 2004 гг.), SPOT 5 (2007 г.); топографические карты (1982 г.).
Мониторинг в Бакинской бухте и оценка техногенного загрязнения проводились на основе наземных измерений состава морской воды и донных отложений в различных пунктах забора проб в бухте, картографических материалов, метеорологических данных и по результатам обработки космических снимков. С этой целью в базу данных были введены и систематизированы результаты полевых измерений за 2004—2005 гг., которые были привязаны к картматериалам и снимкам посредством ГИС-технологий (рис. 1а, 3б). На основе собранных данных были построены картосхемы, графики, гистограммы, что значительно облегчило возможности сравнительного анализа. Преимущества ГИС-технологий заключались в том, что на мониторе актуализируется разнородная информация о техногенном загряз-
нении Бакинской бухты в виде информационных слоев, данные сопоставимы посредством привязки к местности в единой базовой картографической проекции. При этих обстоятельствах анализ и обработка данных по определенной методологии показали:
— значительное превышение ПДК по таким составляющим, как хлор, сульфаты, щелочность;
— превышение ПДК по нефтепродуктам;
— среди тяжелых металлов значительное превышение ПДК по цинку, никелю, кобальту.
Как указывают литературные данные (Викторов, 2006; Зонн, 2002; Осадчий, 2002; Мамедов, 2000), подтвержденные результатами обработки космических снимков, основными загрязняющими источниками являются:
— добыча нефти и газа;
— нефтеперерабатывающие заводы: выпуск сточных вод и нефтяных отходов;
— городские и другие промышленные выпуски сточных вод;
— заброшенные территории промышленного производства;
— мусор и старые конструкции;
— подводные сооружения и останки кораблей (в морской части бухты);
— выбросы с судов (отработанные масла, воды после очистки баков и балластные воды).
МЕТОДОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Методология обработки данных состояла в следующем: по всем 16-ти пунктам измерений были собраны и обработаны данные по химическому составу морской воды и донных отложений, проведен сравнительный анализ относительно ПДК. По данным, приведенным на диаграммах (рис. 2), видно, что в донных отложениях наибольшую концентрацию имеют железо, цинк, никель, медь, содержание нефтяных продуктов и фенолов находится выше предельной концентрации (рис 2а, б). По данным проб морской воды (рис. 2в—з), наблюдается очень сильное превышение ПДК по щелочности, хлору и сульфатам.
На рис. 3 показан космический снимок, на котором мы смогли выделить донные отложения в Бакинской бухте. Координаты местоположения пунктов забора проб были получены с помощью GPS-технологий, что позволило наложить их на привязанный снимок (рис. 3б).
Вторая часть методологии обработки данных состояла в интеграции наземных измерений с данными ДЗ. Все пункты измерений были нанесены на изображение, и данные измерений сопоставлялись с пространственной яркостной информацией в шести зонах электромагнитного спектра спутникового изображения Landsat ТМ (2004 г.).
а
А07
Рис. 1. Карты местоположения пунктов сбора проб в эксперименте: а — пункты сбора проб морской воды (кружки), и пункты взятия проб донных отложений (треугольники); б — рельеф береговой зоны и местоположение пунктов забора проб морской воды.
При детальном анализе космического снимка высокого разрешения (SPOT 5) можно наблюдать места выбросов c канализационных труб и потоки загрязнения, выносимые в море (рис. 4а, б). При сопоставлении с картографическим материалом местоположение наиболее загрязненной морской воды совпадает с местом выброса канализационных труб. На рис. 4в темным пятном идентифицируется распространение выбросов с основного городского коллектора. На снимке можно выделить распространение выбросов (светлая широкая полоса) от берега в индустриальном районе прибрежной зоны.
Анализируя полученные снимки, можно сказать, что загрязнители могут находиться далеко от побережья, но в результате наличия каналов, канализационных труб предприятий, городских коллекторов, а также с.-х. деятельности они попадают в море.
МОНИТОРИНГ РЕЧНЫХ ВЫНОСОВ
Другими источниками поступления загрязняющих веществ в Каспийское море являются: вынос их с речным стоком; сброс неочищенных промышленных и с.-х. стоков; сброс коммунально-бытовых сточных вод городов и поселков, расположенных на побережье моря; судоходство; эксплуатация нефтяных и газовых скважин; транспортировка нефти морским путем (Панин и др., 2005; Иванов и др., 2007; Викторов, 2006).
Если раньше основными источниками загрязнения являлись нефтепромыслы на побережьи, то сегодня значительное количество нефтепродуктов поступает с водами рек. От года к г
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.