Роль ДЗЗ в формировании национальной инфраструктуры пространственных данных мониторинга состояния окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОЛЬ ДЗЗ В ФОРМИРОВАНИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В.И. Волошин *, Е.И. Бушуев *,

А.Г. Шапарь **, О.П. Федоров ***

* Государственное предприятие "Днепрокосмос"; ** Институт

проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск;

*** Национальное космическое агентство Украины, Киев

Результатом устойчивого развития Украины является достижение и поддержка высоких нормативных показателей качества жизни и окружающей среды на базе социально-экономического развития, сбалансированного с возможностями природной среды территории государства и отдельных ее регионов, при условии обеспечения равных возможностей современных и будущих поколений по использованию природных ресурсов через построение высокоэффективной экономической системы, самодостаточной, эколого-ориентированной, социально-эффективной национальной системы ресурсо- и природопользования.

Построение иерархической структуры показателей качества жизни и социальной сферы, в которой показатели более верхнего уровня агрегируются из показателей низших уровней различной природы и функционально часто не связанных между собой, потребовало введения специальной системы формирования и представления показателей в количественной форме. Так же в количественной форме анализируются экономические показатели. В части экологии направлением количественной оценки является определение текущей техногенной нагрузки на территорию, она будет отражать тенденцию возможного воздействия территориальной организации хозяйственной деятельности на загрязнение окружающей среды. Она должна также учитывать текущие трансграничные переносы загрязнителей с соседних территорий. Применительно к атмосфере целесообразно учесть потребление кислорода на технологические цели как изъятие ресурса и дополнительную нагрузку на окружающую среду. Для гидросферы это будет водоотведение и водопотребление, а для литосферы -- текущее изъятие и выбытие земель из природного и сельскохозяйственного оборота. Количественные экологические и ресурсные показатели предназначены для обобщения всех сведений в контексте устойчивого развития региона.

Для получения и использования информации о состоянии окружающей среды в Украине может быть использован европейский опыт: проектом INSPIRE (The Infrastructure for Spatial Information in the Europe) предусматривается формирование структуры по 17-ти классам (60 подклассов) пространственной информации. По предварительным оценкам, данные ДЗЗ могут быть успешно использованы для 70-80% рассматриваемых подклассов (рисунок 1). Основная цель INSPIRE - создание единой геоинформационной структуры пространственных данных, обеспечивающих европейских пользователей информацией.

Также проект предусматривает отработку правил измерения, обработки, обмена и распространения информации. В основном, INSPIRE ориентирован на охрану окружающей среды, но проект открыт для использования и в других областях, таких как сельское и лесное хозяйство, транспорт, энергия и др. Целью проекта является информационная поддержка устойчивого развития Европы.

Европейская система GEOSS определяет идеологию обеспечения экологического мониторинга природных процессов (рисунок 2).

По данным международного комитета по наблюдению Земли CEOS, с помощью современных космических средств ДЗЗ возможно определить около 100 групп показателей (индексов) природной среды.

Национальная система пространственных данных является эффективным средством комплексного (многоцелевого и многодисциплинарного) применения геоинформационных показателей в управленческой и хозяйственной деятельности, обеспечивая устойчивое развитие региона.

Классы и подклассы пространственной информации и возможность использования данных ДЗЗ для формирования соответствующих рядов наблюдений по этим подклассам определены в проектом УкрКосмоГИС (рисунки 3, 4, 5). Проект разработан в рамках Национального космического агентства Украины государственным предприятием "Днепрокосмос". Исходя из необходимой оперативности и пространственных масштабов решения тематических задач, рассматриваются рекомендации по ведомственному распределению работ, связанных с поддержанием рядов наблюдений (таблица 1).

В природной экосистеме человек является биологических видом, функционирующим в окружающей среде и поддерживающим равновесие в обменных процессах.

Он же создатель искусственной надстройки -- социума, и этим вносит существенные изменения в обменные процессы для удовлетворения биологических и растущих социальных потребностей.

Основная проблема при оценке показателей и выборе стандартов качества окружающей среды заключается в определении такого уровня техногенной нагрузки на территорию, который не превысит ее способности к самовосстановлению без участия человека либо с его помощью.

Степень деградации природных сред относительно естественного, отвечающего современной стадии эволюции материального мира, их состояние необходимо оценивать с учетом:

биоклиматических поясов и ландшафтных зон;

антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды;

воздействия природных факторов со стороны космических, солнечных, планетарных физических (магнитных, гравитационных и др.) полей;

уровней радиационного и др. излучений;

проявления дестабилизирующих экзогенных (и эндогенных) процессов на земной поверхности и пр.

В конечном итоге оценки состояния природных сред и установившихся в них условий существования земных биотических сообществ должен вырабатываться прогноз возможных гибельных для человека генетических последствий.

Разработанная Институтом проблем природопользования и экологии НАН Украины стратегия оценки качества окружающей среды, как один из критериев устойчивого развития общества, - это не только показатель качества компонентов неживой природы, но и способность территории как экосистемы к самовосстановлению и самозащищенности с учетом природно-климатических факторов и способности биотической составляющей поддерживать обменные процессы в устойчивом состоянии.

Учитываются не только традиционное техногенное воздействие (выбросы, сбросы, изъятие ресурсов и т.п.), но и природные неблагоприятные факторы (геофизические поля, оползни, эрозия и т.п.) в окружающем пространстве, где сосредоточена основная масса всего живого (до 95 %). Границами изучаемых компонентов неживой природы являются:

для атмосферы -- приземный слой тропосферы;

для гидросферы -- первый от поверхности водоносный горизонт;

для литосферы -- почвенный покров.

По степени воздействия на окружающую природу они требуют различных временных оценок:

оперативная оценка в режиме текущего времени для принятия немедленных решений;

мониторинг территорий для текущего и перспективного планирования в условиях возможностей общества;

оценка долговременных процессов и определение глобальных тенденций с выделением критических моментов.

Эти оценки могут быть выполнены на основе аэрокосмического дистанционного зондирования Земли. При этом сохраняются существующие методы экологического мониторинга и не создаются новые структуры, организации, предприятия или технические средства.

Участие Украины в развитии соответствующего национального сегмента GMES (УкрКосмоГИС) является практическим шагом к евроинтеграции в части мониторинга глобальных процессов в окружающей среды.

Современные средства дистанционного зондирования на глобадьном, региональном и локальном уровнях обеспечивают оперативное получение данных в разных спектральных диапазонах с пространственным разрешением от десятков километров до десятков сантиметров. Наличие отечественных космических средств наблюдения, а также богатый арсенал зарубежных космических аппаратов ДЗЗ позволяют получать данные ДЗЗ на регулярной основе. В частности, в настоящее время на околоземных орбитах работают около 40 спутников наблюдения Земли, до 2012 года их количество возрастет до 170.

Благодаря своему объективному характеру космическая информация используется, как элемент, который дополняет, обобщает и детализирует информацию от традиционных наземных источников. Данные ДЗЗ используются в качестве главного средства для верификаций информации из разных ведомственных источников.

УкрКосмоГИС НКАУ в Украине создается впервые и не имеет аналогов в СНГ.

Предусматривается формирование системы показателей окружающей среды, которые могут быть получены с использованием данных ДЗЗ с целью:

первичной тематической обработки данных ДЗЗ к определенному уровню (космокарты, ортокосмокарты, специальные тематические карты типа вегетационного индекса растительности, радиационной температуры поверхности и др.);

тематической обработки данных ДЗЗ с использованием наземной заверочной информации (тематические карты, ГИС-проекты и др.) по заявкам пользователей.

унификации системы показателей окружающей среды, которые определяются при помощи ДЗЗ, с европейской инфраструктурой пространственных данных (проект INSPIRE).

Для оценки качества состояния природы (рисунок 6) вначале осуществляется ретроспективная оценка уязвимости ее экосистемы. Затем оценивается фактическое состояние природной среды по степени поврежденности.

В качестве нормы его пригодности для устойчивого существования территориальной экосистемы могут использоваться, например, для атмосферы -- предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ, определяемых прямыми замерами и по данным ДЗЗ в части выделения зон их концентраций. Отношение площади, где отмечено превышение этой нормы, к общей площади территории и есть характеристика поврежденности.

Аналогично учитывается поврежденность территории в результате воздействия радиоактивности, геофизических полей и других воздействиям с учетом синергизма этих воздействий. Применительно к почвенному покрову, кроме площадей с превышением ПДК по загрязнениям, необходимо учесть и те участки, которые заняты городскими агломерациями, промышленными объектами, а также земли, выведенные под воздействием техногенеза из сельхозоборота или ставшие непригодными для этих целей - сведения ДЗЗ по определению площадей таких территорий являются самыми достоверными.

При оценке территориальной поврежденности гидросферы учитываются:

участки поверхностных водоемов с превышением ПДК (такие работы с оценкой загрязненности водоемов по анализу космических снимков уж проводились);

для подземных вод, в случае превышения ПДК загрязнителей, только участки выхода их на глубину 1,2 м и выше (глубина проникновения большинства видов сельскохозяйственных культур) - данные ДЗЗ, полученные в инфракрасном диапазоне съемки либо в результате радиолокации, являются самыми точными применительно к большим территориям.

Для территориальной оценки поврежденности почв токсикантами учитываются только участки с превышением ПДК подвижных форм загрязнителей. К таким же участкам относятся и все земли, выбывшие из природного и сельскохозяйственного оборота.

Следующий этап оценки - определение текущей техногенной нагрузки на территорию. Она отражает тенденцию возможного воздействия территориальной организации хозяйственной деятельности на загрязнение окружающей среды. Она должна также учитывать текущие трансграничные переносы загрязнителей с соседних территорий - что практически невозможно сделать без контроля космическими средствами наблюдения.

Применительно к атмосфере целесообразно учесть потребление кислорода на технологические цели как изъятие ресурса и дополнительную нагрузку на окружающую среду. Для гидросферы это будет водоотведение и водопотребление, а для литосферы -- текущее изъятие и выбытие земель из природного и сельскохозяйственного оборота. Полученная таким образом оценка текущего вредного воздействия на качество окружающей среды должна быть скорректирована путем уменьшения этого воздействия за счет природной и техногенной защищенности ее компонентов.

На последнем этапе производится оценка защищенности окружающей среды.

Для атмосферы это:

способность к очищению (разбавлению, выносу) от загрязнителей за счет метеорологических и рельефных условий (по анализу данных ДЗЗ);

поглощение токсикантов растительностью и выработкой ими кислорода (определение площадей и видов растительности проводится по информации со спутников ДЗЗ);

ввода новых мощностей по очистке выбросов стационарных и нестационарных техногенных источников.

Для гидросферы это:

наличие возможностей для разбавления сбросов;

способность фитопланктона и высших растений к поглощению и переработке токсикантов (концентрация фитопланктона определяется ДЗЗ);

низкие фильтрационные характеристики и наличие водоупоров в почвах;

очистка техногенных сбросов.

Для почв это:

наличие условий для естественного или искусственного накопления органики или ее заменителей и предотвращения эрозии;

способность почв к локализации токсикантов;

залесенность территории и наличие заказников и заповедников как банка сохранения видового разнообразия экосистем территории для поддержания равновесного состояния и возможного расширения ареала их обитания (площади определяются ДЗЗ);

проведение мероприятий по восстановлению нарушенных земель и очистке почв для снижения их поврежденности (контроль осуществляется методами ДЗЗ).

Сопоставление текущего техногенного воздействия на компоненты окружающей среды с их защищенностью может служить критерием для определения резерва емкости среды обитания для дальнейшего наращивания объема хозяйственной деятельности.

Такой подход к оценке качества среды обитания человека позволяет отразить влияние:

интенсивности и времени техногенного нагружения;

природно-климатических условий;

взаимодействия и роли отдельных компонентов среды;

особенностей массопереноса в различных средах с учетом их защищенности;

получить объективную общую оценку и найти возможные механизмы влияния на складывающуюся ситуацию для выбора управленческих решений по ее изменению.

Одновременно с оценкой пораженности территории производится и определение ее общей загрязненности токсикантами, включая и неподвижные формы, представляется возможность прогнозировать потенциальную опасность территории с учетом поднятия уровня подземных вод и растворения токсикантов в почве.

Система оценок, разработанная Институтом проблем природопользования и экологии НАНУ, базируется на методе экспертных определений диапазона значений:

параметров;

границ и допустимых их отклонений;

эталонных объектов.

Необходимо ввести дополнительно оперативные и информативные показатели биоиндикации состояния окружающей среды с применением данных ДЗЗ.

Рассмотренный подход к оценке качества жизни и окружающей среды позволяет перейти к практическим действиям по разработке стратегии устойчивого развития любого региона и выбора кратчайших путей по достижению требуемых показателей.

При этом предварительным ориентиром может служить унифицированная измерительная шкала для оценки показателей системы и принятия управленческих решений, разработанная Институтом проблем природопользования и экологии НАН Украины (таблица 2).

Структурная схема использования данных ДЗЗ для управления устойчивым развитием, предложенная ГП «Днепрокосмос», представлена на рисунок 7.

Таблица 1- Требования к наблюдениям экосистем УкрКосмоГИС по аналогии с системой систем» наблюдения Земли GEOSS

Таблица 2 - Унифицированная измерительная шкала для оценок показателей системы и принятия управленческих решений

Рисунок 2 - Принципиальная схема GEOSS

экономический окружающий космический среда

Рисунок 3 - Сеть УкрКосмоГИС

Рисунок 4 - Структура регионального центра УкрКосмоГИС

Рисунок 5 - Схема геоинформационного космического обеспечения (УкрКосмоГИС)

Рисунок 7 - Роль ДЗЗ в формировании национальной инфраструктуры пространственных данных для управления устойчивым развитием

Перечень ссылок

1. Программа действий. Повестка дня на XXI век и другие документы конференции в Рио-де-Жанейро в популярном изложении. - Женева: Центр «За наше общее будущее», 1993. - 70 с.

2. Концепція переходу України до сталого розвитку (проект) / Керівники робочої групи Ю. І. Самойленко, С. І. Курикін. - Київ, 2001.-18 с.

3. Методические подходы к выбору стратегии устойчивого развития территории / Под науч. ред. А. Г. Шапаря. - Днепропетровск: ИППЭ НАН Украины, 1996. - Т. 1. - 162 с.; Т. 2. - 170 с.

4. Методичні підходи до вибору та обгрунтування критеріїв і показників сталого розвитку різних ландшафтних регіонів України / Під наук. ред. А. Г. Шапара. - Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 1999. - 88 с.

5. Волошин В. И., Бушуев Е. И., Марченко В. Т., Федоров О. П. Принципы построения и функционирования систпемы геоинформационного космического обеспечения // Сборник трудов Четвертой Украинской конференции по комическим исследованиям. - Киев: Институт космических исследований НУНУ-НКАУ, 2004. - С. 138.

6. Майкл Н. ДеМерс. Геофизические информационные системы. Основы. - М.: "Дата", 1999. - 490 с.

7. Красовский Г. Я., Петросов В. А. Информаційнй технології космичного моніторингу водних систем та прогнозу водоспоживання міст. - Київ: Наукова думка, 2003. - 224 с.

8. Довгий С. О., Лялько В. І., Трофимчук О. М. та інші. Інформатизація аерокосмічного землекористування. За ред. С. О. Довгого, В. І. Лялько. - Київ: Наукова думка, 2001. - 608 с.

Размещено на Allbest.ru