10. Дистанционный мониторинг. Аэрокосcмические методы контроля загрязнения ос. Авиационные и вертолетные системы наблюдения.

df Аэрокосмические методы экологического контроля

Лидирующими в таких методах являются методы, использующие космические средства.

Для изучения природных ресурсов создаются специальные спутники, спутниковые системы – «Метеор" в бывшем СССР, "Лендсат " в США. К информации, получаемой со спутников и используемой при организации экологического контроля, относится информация о состоянии лесов, сельскохозяйст­венных угодий, о растительности на суше, о фитопланктоне на море, о состоянии земной поверхности (почвенном покрове, нарушении земной поверхности антропоген­ной деятельностью, эрозионных процессах, урбанизированных зонах), о перераспределении водных ресурсов, загрязнении атмосферы, морей и суши.

Кроме основного направления космического землеведения – фотографирование земной поверхности с последующим дешифрированием полученных изображений - развиваются направления, связанные с выявлением новых свойств изучаемых земных объ­ектов. С этой целью используются многозональные съёмки, которые позволяют снять один и тот же элемент в разных спектральных диапазонах и выявить (за счет раз­ной спектральной яркости изображения ) особенности данного элемента.

Для экологического мониторинга особое значение имеет определение сос­тояния растительности (фенология, болезни). Эти исследования можно проводить осо­бенно эффективно с помощью многоспектральной съемки.

Особенно важным является выявление признаков изменения состояния почв и растительности, связанного с антропогенной деятельностью. С этой целью необходи­ма организация наблюдений за самыми разнообразными, особенно антропогенными, ландшафтами.

Наблюдения за размерами населенных пунктов и заселенных территорий позволяют судить о количестве и росте населения, по яркости ночных огней, обнаруживаемых из космоса предложено определять примерное общее потребление энергия человеком. Если производить измерение выделяемой населенным пунктом энергии в ИК и радиодиапазоне, то возможно определить потребление энергии человеком, включая промыш­ленное потребление. Например, в районе Нью-Йорка со спутника наблюдались аномалии радиационной температуры 3-4 С.

Наблюдения за водохранилищами и природными водными объектами позволяют с большей точностью судить об изменении состояния этих объектов, в том числе антропогенного характера.

С помощью спутниковых методов хорошо идентифицируются многие антропогенные изменения в окружающей среде, происходящие в настоящее время и имевшие место в прошлом, например лесные пожары, загрязнение атмосферы и подстилающей поверхнос­ти, эрозия почв и т.д.

Наблюдения за дымовыми выбросами позволяют (по степени прозрачности) установить наличие частиц в этих факелах. Ингредиенты в таких факелах можно определить по поглощению радиации в соответствующих зонах поглощения различными газами.

Именно космические съемки могут обеспечить наблюдения за некоторыми явлени­ями в самом начале, когда высокие концентрации вещества или энергии существенно облегчают измерения. Поражение хвойной растительности дымовыми выбросами наблю­далось со спутника по изменению спектральной яркости в диапазонах 0,5-0.7 мкм. Аналогичные измерения позволили определить содержание хлорофилла в воде. Для измерения со спутников загрязнения воды взвешенными частицами, неф­тяными и другими поверхностно-активными пленками использовались спектрально-угловые распределения отраженного излучения. Исследование методом многоспектра­льной пленки используется для выявления и наблюдения за загрязнением и другими антропогенными эффектами в биосфере, т.е. результаты использования космичес­ких съемок в экологическом мониторинге.

Авиационные и вертолетные системы наблюдения

Наряду с космическими средствами дистанционного зондирования важную роль в получении необходимой информации играют авиационные средства, позволяющие получать более точные и менее зависимые от метеоусловий данные, по сравнению с данными ИСЗ Авиационный уровень предлагает включать действующие самолетные и вертолетные комплексы, способные функционировать в удаленной от места базирования зоне. Этот уровень может включать:

• авиационные средства наблюдения подводной и надводной обстановки ВМФ;

• авиационные средства контроля биоресурсов Минсельхозпрода РФ;

• самолетные комплексы контроля ледовой обстановки Главсевморпути;

• самолетные и вертолетные средства МЧС России;

• привлекаемая транспортная авиация разработчиков месторождений на шельфе.

Авиационные лаборатории должны быть оборудованы следующими основными измерительными комплексами:

• ИК-радиометрическим (тепловизор и ИК-радиометр);

• радиолокационным;

• лидарным, комплексом пространственно-частотной спектрометрии;

• комплексами многозональной, топографической и видеоаппаратуры;

• гиперспектрометром.

В состав аэрогеофизического комплекса дистанционного экологического мониторинга, разработанного в ГНПП «Аэрогеофизика» и применяемого в производственных масштабах, входят:

• газовая аэросъемка с определением концентраций NО₂, SО₂, CH₄ в приземном слое атмосферы;

• аэрозольная аэросъемка с определением концентраций элементов-загрязнителей в атмосферном аэрозоле;

аэрогамма-спектрометрия с картированием характера и степени загрязнения исследуемой территории естественными и искусственными радионуклидами. Газовая аэросъемка выполняется с использованием цифровых высокочувствительных трассовых газоанализаторов на NО₂, SО₂, CH₄ (с возможностью расширения этого меню). Приборы предназначены для оперативного измерения суммарной концентрации газов вдоль установленной трассы (направления) и определения средней концентрации по рассчитанной или заданной длине этой трассы. При этом погрешность измерений составляет не более 15%.

В результате строятся карты концентраций анализируемых газовых компонентов, детально иллюстрирующие интегральные уровни загрязнения воздушной среды в период проведения аэросъемки.

Аэрозольная аэросъемка. Методика отбора проб атмосферного аэрозоля реализована таким образом, что одна проба характеризует элемент исследуемой площади размером от 2x2 до 1х1 км. Проба содержит от одного до четырех фильтров в зависимости от числа маршрутов, проходящих над данным элементом площади, при этом в состав одной пробы включаются фильтры, отобранные в разные дни с разных маршрутов (в течение одного съемочного дня по разреженной сети закрывается вся территория города). Подобная технология позволила практически исключить возможность внесения систематической погрешности в результаты измерений. Время экспозиции одного фильтра составляет около 60 секунд, что с учетом степени средней загрязненности городской атмосферы обеспечивает навеску на фильтр от сотен и десятков (К, А1, Fе, РЬ) до сотых долей (Со, Мп и др.) мкг/пробу. Смена фильтров в процессе полета выполняется автоматически.

Отобранный на фильтры аэрозоль анализируется в лабораторных условиях атомно-абсорбционным и атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой анализами на определение концентраций в нем до 60 химических элементов.

Лабораторным исследованиям на определение концентраций химических элементов-загрязнителей подвергаются также и фоновые фильтры (2-3% от общего количества).

В результате заказчики получают набор карт распределения в атмосферном аэрозоле элементов-загрязнителей, а также суммарной аэрозольной компоненты.

Аэрогамма-спектрометрическая съемка выполняется по стандартной методике с использованием 512-канального цифрового спектрометра.

По результатам съемки строятся карты распределения естественных (K, U, Th, Rn²²²) и искусственных (Сs¹³⁷) радионуклидов.

Уникальная аппаратура и оригинальная технология обработки данных, разработанные в «Аэрогеофизике», позволяют выполнять по данным аэрогамма-спектрометрии картирование распределения на изучаемой площади локальной составляющей свободного радона, контролирующего геодинамические зоны (зоны современных разломов). Подобная информация представляет ценность при инженерно-изыскательских работах, а также при определении мест первоочередного контроля службами санэпиднадзора подвальных помещений уже построенных зданий.

Несмотря на то, что все виды аэросъемочных работ могут вы­полняться отдельно, именно совместное, комплексное их использование дает максимальный эффект при минимизации затрат (авиация оплачивается один раз). При этом необходимо иметь в виду, что в зависимости от конкретно решаемых задач комплекс может быть дополнен, например, тепловой ИК-аэросъемкой и другими аэрогеофизическими методами.

Материалы дистанционных комплексных аэросъемок передаются заказчикам как на бумажном носителе, так и в электронном виде в любом требуемом формате, в том числе в виде готовых слоев ГИС.

v