Инструменты исследования окружающей среды

В экологии под словом «метод» понимают способ изучения явлений природы, определения принципов взаимодействия живых систем. Для этой науки характерно использование собственных способов познания, заимствование методов других наук.

Классификация методов

Экологические способы изучения делятся на:

Полевые.
Лабораторные.
Экспериментальные.
Количественные.

Отдельную категорию составляет системный подход. Его популярность даже дала жизнь отдельному направлению, известному под названием «системная экология». Системный подход основан на системном анализе, изучении объектов как неделимых систем.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Характеристика методов

Для каждой группы методов характерна определенная черта, особенность:

Основной характеристикой полевых методов является изучение природных систем в естественных условиях.
Лабораторные методы отличаются возможностью определения точных качественных и количественных параметров объекта.
Для экспериментальных характерно объединение различных приемов вмешательства в естественное состояние исследуемых объектов.
Количественные способы основаны на математическом моделировании, для них свойственны графики, формулы, уравнения.

Системный подход выделяется многоэтапностью. В него входят такие шаги, как постановка проблем и задач, поиск путей решения, определение возможных действий, оценка результатов.

Значение

Первостепенное значение для экологических исследований имеют полевые методы, так как именно они позволяют определить результат влияния на популяцию или отдельный организм комплекса экологических факторов.

Но, поскольку наблюдение в естественных условиях не всегда дает возможность конкретизировать степень влияния какого-то определенного фактора, необходимостью выступает применение экспериментальных и лабораторных способов изучения. Считается, что по значимости они находятся на втором месте после полевых.

Остальные методы являются дополнительными, позволяющими полностью раскрыть картину происходящего, ответить на более конкретные вопросы, представить результаты изучения в виде цифр.

Лабораторные методы

Эта категория позволяет изучать влияние факторов смоделированной в лабораторных условиях среды на биологические системы. Результаты, полученные в ходе любого лабораторного изыскания, считаются приблизительными, требуют обязательной перепроверки в естественных природных условиях.

Необходимость перепроверки обусловлена невозможностью максимально точно воспроизвести весь комплекс факторов природной среды.

Стационарный метод

Стационарный метод — это способ изучения, предполагающий многолетнее, круглогодичное или сезонное наблюдение за одним объектом.

Такой способ требует многократного повторения одних и тех же действий: составления описаний, выполнения замеров. Как правило, стационарное изучение включает в себя полевые работы и лабораторные исследования.

Маршрутные методы

Эта группа предназначена для определения наличия на изучаемой территории каких-либо экологических объектов: к примеру, редких охраняемых видов, уникальных форм организмов, фитоценозов.

Основными приемами в этом случае выступают:

наблюдение;
проведение измерений;
определение состояния;
составление описания.

Кроме того, для маршрутной группы характерно создание карт, схем, специализированных инвентаризационных перечней.

Наблюдение

Наблюдение является инструментом полевых исследований, предполагает невмешательство в наблюдаемую среду. С его помощью можно решить такие задачи, как:

Выявление присутствующих экосистем и связей между ними.
Определение характеристик почвы, воды, климата.
Составление списка видов, населяющих изучаемую экосистему.
Представление фокусной экосистемы в динамике.
Уточнение количественного состава экологической системы.

Наблюдение дает возможность составить цельную картину, но для конкретизации используют другие приемы.

Проводя наблюдения за природой на первых этапах развития экологии, ученые ограничивались красочными и точными описаниями природных систем. Теперь они активно используют технологичное современное оборудование: цифровые фотоаппараты и видеокамеры, электронику, измерительные акустические устройства.

Статистические приемы

Статистика используется экологами для обработки результатов исследований, получения подходящих для сравнения количественных параметров. Основные инструменты статистики позволяют установить взаимозависимость характеризующих среду обитания переменных.

Реализация способа обычно проводится в три этапа:

Сбор информации.
Систематизация полученного материала.
Применение математических способов обработки.

Среди используемых математических способов ведущими являются определение характеристик выборочной совокупности, корреляционный, регрессионный и дисперсионный виды анализов.

Исторический подход

Исторический подход в экологии тесно связан с развитием технологии, цивилизации. Ученые рассматривают связь технического прогресса с природой, устанавливают его влияние на формирование, состояние и эволюцию биосистем.

Исторический подход подразумевает охват широкого временного периода, учитывает изменения, происходившие с эпохи неолита до наших дней.

Полевые способы

Полевые способы незаменимы при реализации экологического мониторинга. Эту группу можно разделить на:

маршрутные;
стационарные;
экспериментальные;
описательные способы.

При этом ведущими будут описательные, так как именно они используются для решения основных задач полевых исследований: регистрации изменений, инвентаризации охраняемых объектов, картировании явлений.

Метод группового анализа

Метод группового анализа применяется для определения таких признаков популяции, которые не поддаются точному учету из-за высокой динамики варьирования.

По такому принципу традиционно определяется возраст животных: только оценив физиологические признаки, характерные для популяции в целом и для ее отдельных возрастных групп, можно приблизительно определить возраст отдельной особи.

Инструментальные способы

Инструментальные способы относятся к группе лабораторных исследований. Наиболее распространенными среди них являются:

спектральные;
электрохимические;
спектрофотометрические;
кондуктометрические;
потенциометрические;
вольтамперометрические.

Также активно применяются хроматографические способы, включающие использование различных видов хроматографии:

газовой и газожидкостной;
жидкостной распределительной;
ионообменной;
тонкослойной.

Сравнительный метод

Основой сравнительного метода является анализ выявленных различий и сходства между изучаемыми объектами, предметами. С его помощью сопоставляют:

В экологии сравнительный метод применяется не только для сопоставления характеристик двух разных объектов или систем в текущем периоде, но и для сравнения состояния одного и того же объекта или системы в разное время.

Математическое моделирование

Математический подход в экологии базируется на теории динамики популяций. Согласно ее основным принципам, динамика численности микроорганизмов, растений и животных отображается в форме разностных, интегро-дифференциальных, дифференциальных уравнений.

Целью применения математического моделирования является систематизация, упорядочение добытых в ходе исследования физических, биологических и химических сведений для упрощения дальнейшего изучения природных систем.

Поскольку сложные многосоставные биосистемы не поддаются описанию простыми усеченными моделями, ученым приходится применять интегрированные модели или сложные имитационные.

Общенаучные методы

Из других областей науки экологи позаимствовали две группы общенаучных методов:

Эмпирические, основанные на непосредственном изучении реальных, воспринимаемых человеком объектов.
Теоретические, представляющие собой логические механизмы создания теорий, гипотез, законов.

Обе группы неотделимы друг от друга, так как процесс формирования любого научного вывода являет собой путь от модели к природным фактам, либо наоборот: от фактов к модели.

Методы изучения окружающей среды

Состав предметной области геоэкологических исследований. Дистанционное зондирование Земли в системе оценки качества окружающей среды. Изучение компонентов природной среды, втянутых в хозяйственное освоение или подверженных техногенному воздействию.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

3. Дистанционные методы изучения окружающей среды

4. Дистанционное зондирование Земли в системе оценки качества окружающей среды

Для того чтобы определить полный перечень методов, которые могут быть использованы при геоэкологических исследованиях, необходимо выделить объекты изучения и их основные составные части. Объектами геоэкологических исследований являются территории, природно-технические и экологические системы.

В качестве природно-технической системы (ПТС) может выступать любой территориально-промышленный комплекс или любой промышленный объект как источник загрязнения окружающей природной среды. Выделение границ территориального объекта, как правило, обусловлено административным аспектом или определено заказчиком. Например, выполнить оценку геоэкологического состояния г. Ростова-на-Дону(административная граница) или оценить геоэкологическое состояние поймы р. Дон в пределах Ростовской области (граница территории исследований задана заказчиком). В процессе геоэкологических исследований проводится оценка степени воздействия ПТС на все компоненты природной среды, а также определяется ущерб, который наносит ПТС природно-ресурсному потенциалу.

Также объектом геоэкологических исследований выступают экологические системы. Это могут быть лесные массивы, водоемы, реки и другие объекты, за исключением популяций живых организмов, изучением которых занимается биоэкология.

В пределах определенных границ изучаются компоненты природной среды, втянутые в хозяйственное освоение или подверженные техногенному воздействию, природные ресурсы и составные части исследуемых объектов (территорий, ПТС и экосистем).

В состав предметной области геоэкологических исследований входят: почвы и почвогрунты, растительность, поверхностные и подземные воды, приповерхностная атмосфера и природно-техногенные процессы. Кроме этого предметная область включает все виды природных ресурсов и функциональное использование территории (объектов). Таким образом, предметная область состоит из: 1) компонентов природной среды; 2) природных ресурсов; 3) видов функционального использования территории (объектов). Именно характеристики этих трех частей предметной области и являются микрообъектами геоэкологических исследований. В составе методов геоэкологических исследований выделяются следующие основные группы:

? Методы получения информации об изучаемом объекте.

? Методы ведения мониторинговых наблюдений.

? Методы обработки геоэкологической информации.

Геоэкологические исследования оперируют тем же комплексом методов, что и применяемые в геологии, гидрологии, метеорологии и географии. Требуется лишь направить методический аппарат объяснения получаемых данных на выявление тех особенностей, которые проявляют себя как экологические факторы, и, соответственно, представить результаты в такой форме, которая позволяет решать поставленные задачи. Таким образом, говоря о методах геоэкологических исследований, имеется в виду их целенаправленность, а не отличие от традиционного применения.

Геофизические методы изучают распределение естественных или искусственно созданных физических полей — гравитационного, магнитного, электромагнитного, радиоактивного, теплового и других. Современная геофизическая аппаратура обладает очень высокой точностью измерений, благодаря чему обеспечивает возможность выявить и проследить даже слабые изменения полей, соответствующие небольшим изменениям некоторых свойств изучаемых объектов.

Благодаря большому разнообразию методов, методик и модификаций, соответствующей оснащенности современной аппаратурой и широкому спектру применения — на суше, в горных выработках, с самолетов и на кораблях — геофизические методы позволяют решать многочисленные геоэкологические задачи — от локальных до глобальных.

При изучении загрязнения подземных вод, картировании фильтрационных потоков на больших глубинах, при оценке устойчивости зданий и сооружений в криолитозоне положительные результаты получены с помощью электроразведочных методов. Радиоволновой метод показал высокую эффективность по выявлению и оконтуриванию источников нефтяных загрязнений грунтов и подземных вод, при поисках и съемке карстово-суффозионных провалов и др. Хорошо зарекомендовали себя сейсмоакустические методы при изучении геокриологических условий и картировании подземных льдов.

Ведущим геофизическим методом при поисках захоронений боеприпасов времен Второй мировой войны и других объектов (затонувшие суда, самолеты, проложенные по дну трубопроводы и кабели, многие из которых находятся под слоем осадков) является магнитная съемка.

Большой эффективностью обладают комплексные геофизические исследования. Значительный опыт таких исследований на акваториях рек и водохранилищ накоплен специалистами МГУ. Изучение геологического разреза и древних тектонических нарушений проводилось с помощь сейсмического профилирования. Электроразведка позволила установить распределение глин по разрезу. Сейсмоакустические и электроразведочные методы установили геометрию донных отложений, карстовосуффозионные процессы и новейшие тектонические движения. Измерение быстротекущих процессов изменение минерализации воды, температуры, режима водообмена осуществлялись методами резистивиметрии и естественного электрического поля. Для проведения многоцелевых исследований на акваториях создан компьютерный комплекс с его математическим обеспечением, способный работать с движущегося судна.

Геофизические наблюдения обладают способностью контролировать поведение системы «объект-среда». Наиболее эффективным является комплексирование различных геофизических методов с регистрацией в зоне объекта сейсмических волновых полей, медленных движений, вариаций метеопараметров (давления, температуры и др.), параметров гидрогеологического режима. В будущем система геофизического контроля может быть дополнена регистрацией электрических, магнитных и электромагнитных полей Земли и атмосферы. Основная задача геофизического контроля — выработка критериев, позволяющих принять правильное решение и подать сигнал, предупреждающий о критическом состоянии объекта или окружающей среды. На исходе текущего столетия и второго тысячелетия начался новый этап отношений цивилизации с нашей планетой, который характеризуется резким возрастанием техногенного влияния на природу. Одной из значительных становится проблема наведенной сейсмичности, а в следующем столетии, возможно, даже главной. Проблема наведенной сейсмичности уже имеет свою историю, которая началась с наблюдений сейсмических толчков при заполнении искусственных водохранилищ и при разработке полезных ископаемых. Сегодня эта проблема получила новое звучание: теперь можно открыто обсуждать проблемы влияния на сейсмичность подземных ядерных взрывов, запуска тяжелых ракет, захоронения жидких радиоактивных отходов. Анализ влияния на сейсмический режим коротких встрясок, несущих сейсмические волны от землетрясений и взрывов, позволили глубже заглянуть в природу явлений, понять, что Земля не только тензочувствительна, но и виброчувствительна, то есть чувствительна не только к сжатию и деформациям, но и к колебательным воздействиям.

Большое будущее своей науки геофизики видят в изучении связи физических полей (особенно электромагнитных) со многими планетарными явлениями, такими как геодинамический режим планеты, землетрясения, погода, биоритмика живых организмов и самочувствие людей.

Особое место в ряду геофизических методов занимают радиометрические (радиоактивные) методы, основанные на выявлении и изучении радиоактивности различных объектов. Широкое «признание» эти методы получили после Чернобыльской трагедии, которая заставила руководителей и хозяйственников со всей серьезностью относиться к очагам и территориям радиоактивного загрязнения и, соответственно, для контроля за этими явлениями прибегать к услугам геофизиков.

Радиоактивное загрязнение окружающей среды — одна из наиболее острых проблем экологии. Повышенные концентрации радиоактивных элементов связаны как с естественными источниками, так и с деятельностью человека. Контроль радиоактивного загрязнения окружающей среды включает выявление участков с повышенной радиоактивностью, идентификацию излучающих нуклидов, определение их количества, установление источников поступления и зон преимущественного накопления. Радиологические исследования проводятся фактически по всем регионам страны. Начиная с 1986 года, специалисты-геофизики концерна «Геологоразведка» с помощью высокочувствительной аппаратуры и отработанных при поисках урана методик стали решать радиоэкологические задачи. В комплекс радиоэкологических работ вошли аэро- и автогаммаспектрометрическая съемки, пешеходная гамма-съемка, наземное опробование с анализом на широкий круг радионуклидов. Проводится системное обследование на радиоактивность детских учебных заведений, радиационный контроль железных дорог с помощью специализированной железнодорожной автогаммаспектрометрической станции, выполняется эманационная съемка, измеряется концентрация радона в воздухе жилых и производственных помещений.

Аэрокосмические методы — группа дистанционных методов с использованием летательных, воздушных и космических аппаратов. Внутри них выделяют группу аэрометодов и группу космических методов.

Аэрометод — это визуальный метод наблюдения с применением фото- и видеотехники с летательных аппаратов. Результат — аэрофотоснимки. Данный метод был основным методом топографической съемки.

Сейчас ведущее место занимают космическая фотосъемка, спектрометрическое исследование, радиометрическое исследование. Космическая съемка имеет огромное достоинство перед аэросъемкой по следующим позициям:

? огромные обзоры территории (450х500 км);

? огромная скорость получения и передвижения;

? возможность многократного использования снимков одних и тех же объектов и территорий, что позволяет анализировать динамику явлений и объектов (например: снимки озоновой дыры, развитие процессов опустынивания). геоэкологический зондирование природный

Аэрометоды и космические методы за сравнительно короткий срок внесли важный вклад в изучение поверхности Земли, ее природных ресурсов, а также процессов, происходящих в атмо-, гидро-, био-, педо-, литосферах. Наиболее ценными особенностями этих методов являются: оперативность получения информации, объективность передачи информации, возможность получения изображения различной степени генерализации (от глобальной до детальной), возможность одновременного изучения основных оболочек Земли.

В последнюю четверть XX в. приоритетными направлениями аэрокосмических исследований становится изучение техногенной деятельности и ее последствий. Все большее значение приобретают исследования влияния техногенных процессов на природные и природно-техногенные системы, а природных процессов — на территории, освоенные человеком.

Из существующих средств аэрокосмического зондирования наиболее эффективными для геоэкологии являются фотографические системы, которые обладают высоким разрешением и возможностью получения стереоэффекта.

Космическая информация имеет большое значение для обнаружения быстро протекающих и катастрофических явлений — выбросов в атмосферу вредных веществ, сбросов в воду вредных отходов, землетрясений, оползней и т.д. Для этих целей используются космические аппараты, проходящие над одной и той же точкой Земли через минимальные промежутки времени. Изучение поверхности ведется при различных длинах волн — в оптическом, инфракрасном и радиоволновом диапазонах. Таким образом, имеется возможность наблюдать Землю не только в ее естественном виде, но и «видеть» ее тепловое поле со всеми температурными аномалиями и получать изображение независимо от времени суток и наличия облачности.

Широкое применение и большие перспективы имеют аэрометоды (с использованием самолетов и вертолетов), как традиционные — аэрогаммаспектрометрические, так и сравнительно новые — тепловые. Последние эффективны для выявления и контроля загрязнения акваторий, процессов самовозгорания в свалках и терриконах, пожаров горючих полезных ископаемых, торфяников и т.п. Спектр использования аэрокосмических данных весьма широк: это и выявление локальных объектов природных и техногенных воздействий на окружающую среду и выполнение наблюдений в мониторинговом режиме, как за отдельным объектом, так и на региональном уровне.

3. Дистанционные методы изучения окружающей среды

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного контакта с ней, путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения. Методы дистанционного зондирования основаны на том, что любой объект излучает и отражает электромагнитную энергию в соответствии с особенностями его природы. Различия в длинах волн и интенсивности излучения могут быть использованы для познания свойств удаленного объекта без непосредственного контакта с ним.

Дистанционное зондирование сегодня — это огромное разнообразие методов получения изображений практически во всех диапазонах длин волн электромагнитного спектра от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного и радиодиапазона, самая разная обзорность изображений — от снимков с метеорологических геостационарных спутников, охватывающих практически целое полушарие, до детальных съемок участка в несколько сотен квадратных метров. Дистанционные методы исследования окружающей среды ведут свою историю с древнейших времен. Например, еще в Древнем Риме существовали изображения различных географических объектов в виде планов на стенах зданий. В XVIII в. размеры и пространственное положение предметов определяли по их рисованным изображениям в центральной проекции, которые получали с помощью камеры-обскуры с возвышенных мест и судов. Исследователи создавали снимки-рисунки, графически фиксируя оптическое изображение. При этом уже при съемке производился отбор и обобщение деталей объекта.

Следующими этапами в развитии дистанционных методов стали открытие фотографии, изготовление фотообъектива и изобретение стереоскопа. Фотографическая регистрация оптического изображения позволила получать практически моментальные снимки, которые отличались объективностью, детальностью и точностью. Фотографии местности, сделанные с высоты птичьего полета с воздушных шаров и воздушных змеев, сразу же получили высокую картографическую оценку. Для различных военных и гражданских целей использовались снимки с привязных аэростатов и аэропланов. Первые самолетные съемки совершили революцию в дистанционном зондировании, но они не позволяли получать необходимые мелкомасштабные изображения. Однако в 1920—1930-е гг. фотосъемка местности с самолетов широко применялась для создания лесных, топографических, геологических карт, для изыскательских работ. Следующим этапом (с 1945 г. до конца 1950-х гг.) стало использование баллистических ракет для изучения растительности, типов использования земель, для нужд гидрометеорологии и геологии и при исследованиях природной среды.

Началом систематического обзора поверхности Земли из космоса можно считать запуск 1 апреля 1960 г. американского метеорологического спутника Tiros-1 (Television and Infrared Observation Satellite). Первый отечественный спутник аналогичного назначения, «Космос-122», был выведен на орбиту 25 июня 1966 г. Работа спутников серии «Космос» («Космос-144» и «Космос-156») позволила создать метеорологическую систему, впоследствии разросшуюся в специальную службу погоды (система «Метеор»). Со второй половины 1970-х гг. космические съемки стали проводиться в массовом порядке с автоматических спутников. Первым спутником, нацеленным на исследование природных ресурсов Земли, стал американский космический аппарат (КА) ERTS (Earth Resources Technological Satellite), впоследствии переименованный в Landsat, дававший снимки с пространственным разрешением 50—100 м.

По настоящему широкие перспективы открылись перед дистанционным зондированием с развитием компьютерных технологий, переносом всех основных операций по обработке и использованию данных съемок на компьютеры, особенно в связи с появлением и широким распространением географических информационных систем (ГИС). Сейчас задачи оперативного спутникового контроля природных ресурсов, исследования динамики протекания природных процессов и явлений, анализа причин, прогнозирования возможных последствий и выбора способов предупреждения чрезвычайных ситуаций считаются неотъемлемым атрибутом методологии сбора информации о состоянии интересующей территории (страны, края, города), необходимой для принятия правильных и своевременных управленческих решений. Особая роль отводится спутниковой информации в ГИС, где результаты дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса служат регулярно обновляемым источником данных, необходимых для формирования природоресурсных кадастров и других приложений, охватывая весьма широкий спектр масштабов — от 1:10 000 до 1:10 000 000. Основной продукт космического мониторинга — снимок, то есть двумерное изображение, полученное в результате дистанционной регистрации техническими средствами собственного или отраженного излучения и предназначаемое для обнаружения, качественного и количественного изучения объектов, явлений и процессов путем дешифрирования, измерения и картографирования. Космические снимки имеют большую познавательную ценность, усиленную их особыми свойствами, такими как большая обзорность, генерализованность изображения, комплексное отображение всех компонентов геосферы, регулярная повторяемость через определенные интервалы времени, оперативность поступления информации, возможность ее получения для объектов, недоступных изучению другими средствами.

Генерализация изображения на космических снимках включает геометрическое и тоновое обобщение рисунка изображения и зависит от ряда факторов — технических (масштаб и разрешение снимков, метод и спектральный диапазон съемки) и природных (влияние атмосферы, особенности территории). В результате такой генерализации изображение многих черт земной поверхности на снимках освобождается от частностей, в то же время разрозненные детали объединяются в единое целое, поэтому более четко выступают объекты высших таксономических уровней, крупные региональные и глобальные структуры, зональные и планетарные закономерности. Влияние генерализации изображения на дешифрируемость космических снимков двойственное. Сильно обобщенное изображение уменьшает возможность детального изучения снимка, в частности, влечет ошибки дешифрирования. Однако в других ситуациях обобщенность изображения космических снимков становится их достоинством. Это свойство позволяет использовать их для составления тематических карт в средних и мелких масштабах без трудоемкого детального многоступенчатого перехода от крупных масштабов карт к мелкомасштабным картам, что обеспечивает экономию времени и средств. Кроме того, оно дает преимущества смыслового, содержательного плана — на космических снимках выявляются важные объекты, скрытые на снимках более крупных масштабов.

Космические снимки можно классифицировать по разным признакам: в зависимости от выбора регистрируемых излучательных и отражательных характеристик, что определяется спектральным диапазоном съемки; от технологии получения изображений и передачи их на Землю, во многом обусловливающей качество снимков; от параметров орбиты космического носителя и съемочной аппаратуры, определяющих масштаб съемки, обзорность, разрешение снимков и т. п.

По спектральному диапазону космические снимки делятся на три основные группы:

снимки в видимом и ближнем инфракрасном70световом) диапазоне;

снимки в тепловом инфракрасном диапазоне;

По технологии получения изображения, способам получения и передачи на Землю снимки в видимом и ближнем инфракрасном (световом) диапазоне подразделяют на:

-телевизионные и сканерные;

-многоэлементные снимки на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-снимки);

Снимки в радиодиапазоне делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при пассивной регистрации излучения, и радиолокационные, получаемые при активной локации. По масштабу космические снимки делятся на мелкомасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные. По обзорности (площадному охвату территории одним снимком) снимки подразделяют на: глобальные (охватывающие освещенную часть планеты), региональные (изображающие части материков или крупные регионы), локальные (изображающие части регионов). По пространственному разрешению (минимальной линейной величине регистрируемых объектов) снимки разделяют на группы от очень низкого до сверхвысокого разрешения. По детальности изображения, определяемой размерами элементов изображения и их количеством на единицу площади, выделяют снимки малой, средней, большой и очень большой детальности.

По повторяемости съемки снимки подразделяются на снятые через несколько минут, часов, суток, лет. Бывают и разовые съемки.

4. Дистанционное зондирование Земли в системе оценки качества окружающей среды

Доступ к данным дистанционного зондирования Земли регулируется политикой «открытого неба» (Open Sky Policy), в соответствии с которой, каждому потребителю гарантируется свободный доступ ко всем имеющимся данным на недискриминационной основе. Основным международным консультативным органом, созданным в 1984 г. для обмена информацией, координации и обсуждения политики в области ДЗЗ служит Комитет по спутникам дистанционного зондирования Земли CEOS (Committee on Earth Observation Satellites).

Системы получения и распространения данных оперативного мониторинга держатся на «четырех китах»:

? носителях съемочной аппаратуры;

? собственно аппаратуре дистанционного зондирования;

? бортовых средствах передачи данных на Землю по радиоканалу;

? наземных комплексах приема этой информации, ее обработки и предоставления потребителям.

Для получения данных ДЗЗ могут использоваться разные космические аппараты — ракеты, пилотируемые космические корабли и орбитальные станции, автоматические искусственные спутники Земли (ИСЗ) и другие космические аппараты. Обычно используются два основных типа спутников: геостационарные и полярноорбитальные. Если первые постоянно обеспечивают обзор одной и той же части планеты, сохраняя неизменное положение относительно определенной точки на экваторе, то вторые, находясь на орбите, плоскость которой примерно перпендикулярна плоскости вращения Земли, через определенный период времени, продолжительность которого зависит от ширины полосы обзора ИСЗ, оказываются над заданным районом наблюдения. Соответственно, зона обзора со спутника на геостационарной орбите ограничивается широтным районом 50° С.Ш. — 50° Ю.Ш; полярно-орбитальная же система наблюдения сталкивается с иной трудностью: спутник может оказаться над одним и тем же районом съемки в различные периоды «местного» или солнечного времени. При этом сопоставление данных, полученных при различных условиях солнечного освещения, оказывается весьма затруднительным, поэтому такие спутники выводят, как правило, на так называемые «солнечносинхронные» орбиты. В зависимости от орбиты движения на качество космических снимков влияют несколько параметров: форма орбиты; наклонение; высота; период обращения вокруг Земли. На качество космических снимков сильное влияние оказывает и атмосфера. Ее наличие вызывает осложнения разного характера. Экранирующее влияние облачности: в каждый момент времени она закрывает более 50 % поверхности земного шара; некоторые районы остаются закрытыми облачностью большую часть времени года. Поглощение солнечных лучей определенных длин волн: съемку выполняют, используя только те участки спектра, где электромагнитное излучение не поглощается, то есть в «окнах прозрачности» атмосферы. Большое «окно прозрачности» (0,4—1,3 мкм) приходится на видимый и ближний инфракрасный диапазон; в тепловом инфракрасном диапазоне есть три более узких окна, и здесь возможно использование ограниченного набора длин волн. Наибольшая прозрачность атмосферы наблюдается в радиодиапазоне. Кроме того, съемку затрудняют рассеивание лучей, атмоферная дымка и другие факторы.

Рассмотрим некоторые современные спутники, дающие информационную базу для мониторинга состояния окружающей среды.

18 декабря 1999 г. был выведен на орбиту спутник EOS АМ-1, который носит название Terra. Это первый спутник программы EOS (Earth Observing System — Глобальный мониторинг поверхности Земли) в рамках Инициативы изучения планеты Земля (Earth Science Enterprise), проводимой NASA (Национальным космическим агентством США). На нем установлена аппаратура, которая в течение 6 лет будет обеспечивать сбор информации об облачном покрове, аэрозолях, радиационном балансе Земли, свойствах подстилающей поверхности и ее энергетическом взаимодействии с атмосферой. При этом в ходе программы будут фиксироваться происходящие глобальные изменения, выявляться ключевые процессы, регулирующие состояние окружающей природной среды, а также совершенствоваться модели, позволяющие изучать и прогнозировать эти изменения.

Практическое использование американской системы изучении природных ресурсов Земли LANDSAT начато в 1972 г. с запуска космического аппарата Landsat-1. 15 апреля 1999 г. был успешно выведен на орбиту очередной спутник этой серии Landsat-7 — совместный проект Геологической Службы США (USGS), NASA и NOAA (Национальное управление США по исследованию океана и атмосферы). Информация, поступающая со спутников системы LANDSAT, широко используется при решении многих проблем экономического, научного, политического и военного характера. В частности, эти данные широко применяются в следующих областях: география, океанография, гидрология, геология, изучение природных ресурсов отдельных регионов, стран и Земли в целом,

Среди других широко известных программ и систем дистанционного зондирования Земли необходимо также упомянуть следующие:

? Французская космическая система изучения природных ресурсов Земли SPOT (Systeme Probatoire d’Observation de la Terre) активно функционирует с февраля 1986 г. Система преимущественно используется для получения информации дистанционного зондирования, необходимой для решения задач картографирования, землепользования, сельского и лесного хозяйства, планирования градостроительства, для составления цифровых карт местности и контроля за изменениями состояния окружающей среды;

? Американская метеорологическая система на базе полярно-орбитальных космических аппаратов серии NOAA используется при решении задач, связанных с прогнозированием погоды, а также для получения информации дистанционного зондирования в интересах сельского и лесного хозяйства, климатологии и океанографии, мониторинга состояния окружающей среды, при изучении околоземного космического пространства, озонового слоя и содержания аэрозолей в атмосфере, при исследованиях снежного и ледового покровов Земли, выявления пожаров, измерения вегетационного индекса. Кроме того, на спутниках этой серии устанавливается аппаратура сбора данных с наземных метеорологических платформ, а также оборудование приема сигналов бедствия в рамках системы Kocnac/SARSAT.

Система европейских КА ERS (European Remote Sensing satellite) Европейского космического агентства (ESA) осуществляет глобальную систематическую съемку земной поверхности с целью уточнения прогнозов погоды на основе измерения направления ветра и температуры морской поверхности, картирования ледяных покровов, выявления зон загрязнения морской поверхности, контроля состояния прибрежных зон и для решения других, прежде всего океанографических, задач. Кроме того, ИСЗ ERS могут быть использованы для получения информации ДЗЗ в интересах сельского лесного хозяйства, проведения геологических изысканий.

Российские космические аппараты серии «Ресурс-О» оснащаются аппаратурой высокого и среднего разрешения, обеспечивающей съемку поверхности Земли в нескольких спектральных диапазонах. Российский спутник «Комета» специально разработан для информационного обеспечения при создании топографической продукции. Фотографические данные также получают со спутников серии Ресурс-Ф.

Отдельно следует упомянуть малые космические аппараты-спутники массой до 500 кг, стоимостью не более 50 млн. долларов и с ограниченным составом целевой аппаратуры. Развитию проектов, связанных с разработкой малых спутников ДЗЗ, способствовали как новые достижения в области совершенствования датчиков дистанционного зондирования, аппаратуры ориентации ИСЗ, источников энергообеспечения и других бортовых подсистем, так и известные сложности в продвижении широкомасштабных программ. Работы по созданию собственных малых ИСЗ дистанционного зондирования ведутся в России и многих других странах.

Информация со спутников принимается наземными станциями приема данных дистанционного зондирования Земли. Это могут быть и большие приемные комплексы, и малые станции приема космической информации. Малые станции приема спутниковой информации производятся как у нас в стране, так и за рубежом. Из российских станций следует упомянуть станции «Лиана», «Алиса», «СканЭкс», «ЕОСкан», «УниСкан», разрабатываемые и выпускаемые инженерно-технологическим центром «СканЭкс».

На использовании данных дистанционного зондирования основаны многие международные проекты и программы по мониторингу и оценке состояния окружающей среды. Например, проект GEWEX по изучению глобального цикла энергии и воды и их влияния на изменение климата (часть Всемирной Программы Исследований Климата; WCRP — World Climate Research Program). С 1983 г. осуществляется Международный проект по спутниковой климатологии облачности (ISCCP — International Satellite Cloud Climatology Project). Международный проект по спутниковой климатологии поверхности суши 1SLSCP (International Satellite Land Surface Climatology Project) был организован для разработки методологии получения информации о климатических характеристиках поверхности суши.

1. Вахромеев, Г.С. Экологическая геофизика. — Иркутск,1995.

2. Дьяконов, К.Н. Современные методы географических исследований / К.Н. Дьяконов, — М. :Просвещение, 1996.

3. Гершензон, В.Е. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания / В.Е. Гершензон, Е.В. Смирнова, — М. : Академия, 2003.

4. Исаченко, А.Г. География в современном мире. — М. :Просвещение, 1998.

5. Прозоров, Л.Л. Введение в геоэкологию / Л.Л. Прозоров,

В.Н. Экзарьян. — М. : Пробел, 2000.

6. Радкевич, В.А. Экология. — Минск : Высшая школа, 1998.