9 Использованию информационных технологий и инновационных методов в образовательном процессе

Лабораторный практикум по курсу «Анализ и прогноз уровня загрязнения атмосферы, океана и вод суши» выполняется на компьютерах по целому ряду причин.

• В настоящее время на базе программных средств создаются городские и региональные системы поддержки принятия управленческих, технических, технологических и инвестиционных решений с целью организации контроля за деятельностью природопользователей, экспертизы возможных решений, моделирования и прогноза развития ситуации, в том числе для выполнения расчетов загрязнения атмосферы в городах и регионах.

• Многие расчеты и модели при анализе и прогнозе загрязнения окружающей среды очень сложны и трудоемки и практически немыслимы без применения компьютерной техники.

• Проведение комплексных исследований, привлечение больших массивов информации, богатые картографические возможности, наличие большого спектра аналитических функций и многое другое входит в инструментарий исследователя применяющего геоинформационные технологии.

• На факультете имеется богатый набор как сертифицированных программных продуктов (ArcView, Spatial Analist фирмы ; «Призма», «Stalker» НПП ЛОГУС; EasyTrace; “Гидрохимия” ) так и самодельных программ (Программы «РЕКА»; «Классификация» и др. Авторские программы прошли опробирование в Министерстве экологии и природных ресурсов РМ.

Поскольку каждое из занятий в большем или меньшем объеме включает вопросы, по­нимание которых необходимо для исполнения последующих тем, студенты должны сдавать выполненное задание накануне очередного занятия.

Рабочая программа разработана на основании требований ГОС и учебного плана специальности 020804 геоэкология

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры геоэкологии и ландшафтного планирования и утверждена на 2007/2008 учебный год.

Протокол № ___ от «___»__________200__г.

Заведующий кафедрой ___________ д.г.н., профессор А. А. Ямашкин

подпись

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»

Кафедра геоэкологии и ландшафтного планирования

Учебно-методический комплект дисциплины: Анализ и прогноз уровня загрязнения атмосферы, океана и вод суши

УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _________ Ямашкин А. А. «___» _____________ 200 __ г.

Конспект лекций

Специальность 020804 Геоэкология

Одобрен на заседании кафедры

геоэкологии и ландшафтного планирования

«___» _________ 200 __ г. протокол № _________

Саранск

2007

Лекция № 1

Проблема контроля качества и регулирования состояния природной среды

1. Понятие загрязнения окружающей среды.

2. Основные методы анализа и прогноза ОС.

1 Понятие загрязнения окружающей среды. Проблема загрязнения среды обитания человека насчитывает несколько столетий (известен, например, эдикт (указ) Карла VI от 1382 г., запрещавший выпускать в Париже «дым тошнотворный и плохо пахнущий»). Однако до развития промышленности загрязнение среды носило ограниченный характер как по месту и времени распространения, так и по количеству и вредному воздействию загрязняющих веществ на живые организмы. Обстановка резко изменилась в связи с ростом промышленного производства и населения городов (урбанизацией).

Под загрязнением в экологии понимают неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом деятельности человека, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства среды и условия существования живых организмов. Эти изменения могут влиять на человека непосредственно или через воду и продукты питания. Они также могут воздействовать на человека, ухудшая свойства используемых им вещей, условия отдыха и работы.

В числе задач призванных решать геоэкологией находится задача изучения уровня загрязнения и деструкций компонентов глобальной геосистемы (атмосферы, Мирового океана, внутренних вод, литосферы, криосферы, биосферы), постоянный и повсеместный контроль их динамики.

2 Основные методы анализа и прогноза ОС. Объектами наблюдения чаще всего выступают отдельные компоненты природной среды: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы и биота. Соответственно наибольшее развитие получили методы анализа атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, вод морей и океанов, почв, биоты.

Исходя из методов слежения (средств получения информации) целе­сообразно выделить следующие виды анализа: аэрокосмический, геохимический, геофизический, индикационный, картографический. Получение информации может осуществляться путем дистанционного зон­дирования, с помощью стационарных, полустационарных и маршрутных наблюдений.

При проведении наземных наблюдений широко используются геофи­зический, геохимический и индикационный методы. Сущность геофизического метода состоит в изучении процессов поступления и превращения вещества и энергии в геосистемах и экосис­темах на основе использования балансового подхода. Наблюдения проводятся на стационарах и в полустационарных условиях на постоянных участках и профилях с применением точных измерительных прибо­ров по специальной программе и методике. Программа включает инст­рументальное определение, элементов радиационного, теплового и вод­ного балансов, исследование тепло- и влагообмена между компонента­ми природной среды, водно-теплового режима.

Геохимический метод заключается в изучении функционирования и развития природных систем с помощью анализа миграции химических веществ и элементов. Геохимический метод дает возможность определить закономерности изменения химического состава природных компонентов и комплексов, их устойчивость к различным веществам и способности к самоочищению, выявить вероятность формирования техногенных ано­малий, скорости распространения и пространственные масштабы загряз­нения. Индикационный метод заключается в определении состояния одного объекта по состоянию другого, связанного с первыми и более доступ­ного для изучения. В мониторинговых наблюдениях ведущую роль иг­рает биоиндикация (выявление изменений природной среды с помощью живых организмов или их сообществ), а главным индикатором выступает растительный покров.

Дальнейший прогресс в познании процессов загрязнений связан с развитием – аэрокосмических методов. Этот вид мониторинга основан на бесконтактной регистрации (дис­танционной индикации) электромагнитных волн отраженного солнечно­го света и собственного излучения поверхности Земли с самолетов, вертолетов и различных космических аппаратов. Преимущество дистан­ционной индикации (прежде всего из космоса) перед другими методами, заключается в возможности достаточно частой повторности (и даже непрерывности) наблюдений во времени, получении на одном изображе­нии обширных и отдаленных территорий, возможности пространственно-временного анализа одновременно нескольких компонентов природы в их взаимосвязи. Только съемки из космоса могут обеспечить непрерывное слежение за антропогенными нарушениями природы в масш­табе всей биосферы в целом.

Аэрокосмический мониторинг позволяет выявить очаги и характер нарушений природных объектов с минимальной инерцией во времени; установить и картографировать степень, скорость и пространственные масштабы загрязнения и составить прогноз последствий хозяйственной деятельности человека.

В методах природной индикации индикаторы - компоненты природы, реагирующие своим изменени­ем на антропогенное воздействие. Существенное различие между физическими (инструментальными) измерениями отдельных параметров под влиянием техногенного воздействия и их природной индикацией состоит в том, что если у первого (инструментального) метода оценивается первоначально состояние фактора и вторично возможная реакция природной среды или системы, то у второго (природной инди­кации) сначала оценивается состояние системы под воздействи­ем фактора, и вторично - качественные характеристики влияющего фактора.

По способу реакции на изменение среды природные индика­торы подразделяются на два основных типа - сенсорные и ак­кумулятивные. Сенсорные отличаются высокой чувствительностью на загрязняющие вещества. Они не только реагируют на воздействие токсичных веществ уменьшением продолжительности жизни, биологической продуктивности, но и отражают внешним видом их повышенные концентрации. Аккумулятивные природные индикаторы, напротив выдерживают значительные нагрузки и накапливают большое ко­личество загрязняющих веществ. Вследствие этого, способность накапливать токсические соединения мало отражается на их внешних морфологических признаках.

Наиболее перспективным путем решения проблемы прогнозирования является математическое моделирование процессов протекающих в биосфере. При этом особое значение приобретает машин­ная имитация - проигрывание на ЭВМ возможных вариантов поведения (смены состояний) природных систем под влиянием изменения внешних факторов. Математические модели, построенные по этому принципу, на­зывают имитационными. Они позволяют логически увязать эмпирические звания о различных процессах, протекающих в природных системах, и на основе машинного эксперимента получить непротиворечивые коли­чественные данные об их изменении во времени и пространстве.