Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мониторинг среды обитания. Учебное пособие
.pdf
41
Среди десятка стран, лидирующих в области сертификации систем
экологического менеджмента – Китай, Италия, Великобритания, Япония,
Испания и Соединенные Штаты Америки. Отметим преимущества
поддержки рассматриваемых стандартов предприятиями:
1. Сертификация на соответствие требованиям ISO (ИСО)14001 : 2004
становится все более явным условием продвижения продукции и услуг
на международных рынках, а также улучшение отношения предприятия
с потребителями, органами государственной власти и местной
общественностью.
2. Увеличение оценочной стоимости основных фондов предприятия.
3. Рост конкурентоспособности за счет оптимального использования
энергии и водных ресурсов, тщательного отбора сырья и
контролируемой переработки отходов.
4. Снижение финансовых затрат на выплату штрафов за нарушение
требований природоохранного законодательства.
5. Обеспечение снижения негативного воздействия на окружающую среду
экономически эффективным образом, сочетая, таким образом, решение
экономических и экологических задач.
6. Повышение адаптивных возможностей российских компаний и
упрочение их рыночных позиций.
Мониторинг источников антропогенного воздействия (МИАВ)
направлен на решение проблемы специфического (конкретного) воздействия,
оказываемого субъектом хозяйственной деятельности на компоненты
окружающей среды, и является информационной основой разработки
стратегии по управлению антропогенным воздействием и принятию
соответствующих управленческих решений.
Функционирование МИАВ обеспечивает:
проведение наблюдений в районе расположения предприятий;
получение достоверной информации об источниках эмиссии и их
воздействии на окружающую среду;
информационную поддержку разработки природоохранных мероприятий
и оценку их эффективности;
улучшение экологической обстановки и здоровья населения в зоне
воздействия источников антропогенного воздействия субъекта
хозяйственной деятельности.
Достоверность информации, получаемой в рамках осуществления
МИАВ, может быть достигнута путем соблюдения единых методических и
метрологических требований, использования единых форматов обработки и
передачи результатов. Промышленные предприятия обязаны вести
государственную экологическую статистическую отчетность [2], которая
включает:
1. Форма 2-тп (воздух) «Сведения об охране
атмосферного воздуха». Отчет об охране атмосферного воздуха.
42
Представляется ежегодно и включает данные о выбросах
загрязняющих веществ в атмосферу, их очистке и утилизации;
данные о выбросе в атмосферу специфических загрязняющих
веществ; источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;
выполнение мероприятий по уменьшению выбросов.
2. Форма 2-тп (водхоз) «Сведения об использовании воды». Отчет об
использовании воды. Представляется ежегодно и включает данные
о забранной из природных источников, полученной от других
предприятий (организаций), использованной и переданной воды;
данные о водоотведении, системах оборотного и повторного
водоснабжения; установленные лимиты забора воды.
3. Форма 2–тп (отходы) «Сведения об образовании использовании,
обезвреживании, транспортировании и размещении отходов
производства и потребления». Отчет об образовании и удалении
токотходов. Представляется ежегодно и включает данные об
отходах (наличие, образование, поступление от других
предприятий, использование, обезвреживание, организованное и
неорганизованное складирование и захоронение) отходов пяти
классов опасности.
4. Форма №1 – канализация. Отчет о работе канализации. Включает
данные о наличии канализационных сооружений и их работе за год.
5. Форма №1 – водопровод. Отчет о работе водопровода. Включает
данные о наличии водопроводных сооружений и их работе за год.
6. Форма №4 – ОС. Отчет о текущих затратах на охрану природы и
экологических платежах.
Важным компонентом локального мониторинга является
инвентаризация источников воздействия на окружающую среду. Она
заключается в документированном описании (в том числе, на основе
дополнительных измерений) общего количества, расположения, основных
характеристик источников воздействия, включая их соответствие
установленным нормативам и лимитам. В Российской Федерации
обязательной является периодическая, один раз в пять лет, инвентаризация
источников выбросов загрязняющих веществ.
Другим важным компонентом локального мониторинга является
инвентаризация отходов. Под инвентаризацией отходов понимают
документированное описание (в том числе, на основе дополнительных
измерений) общего количества и основных характеристик отдельных видов
отходов, а также способов их размещения и удаления. На сегодня как
отдельная процедура инвентаризация отходов не осуществляется, хотя
подобные данные используются при разработке экологических паспортов
предприятий.
Экологический паспорт промышленного предприятия – нормативно-
технический документ (ГОСТ 17.0.0.04-90), включающий данные по
43
использованию предприятием ресурсов и определению его влияния на
окружающую среду. Экологический паспорт объединяет комплекс данных,
выраженных через систему формализованных показателей, отражающих
уровень использования предприятием природных ресурсов и степень его
воздействия на окружающую среду. Предприятие разрабатывает
экологический паспорт за счет собственных средств. Утверждает паспорт
руководитель предприятия по согласованию с территориальным органом
Минприроды Российской Федерации, где он регистрируется. Основой для
разработки экологического паспорта являются основные показатели
производства, проекты расчетов предельно допустимых выбросов и сбросов,
лицензии на природопользование, паспорта газоочистных и водоочистных
сооружений и установок по переработке и использованию отходов, формы
государственной статистической отчетности и другие нормативные и
нормативно-технические документы. Экологический паспорт не заменяет и
не отменяет действующие формы и виды государственной отчетности.
В настоящее время существует множество организаций, которые
предоставляют услуги по проведению локального мониторинга (например,
крупнейший проектный институт ГУ ДВО ВНИИ природы [3]). Стоит
отметить, что для крупных компаний локальный мониторинг часто
пересекается с региональным.
7. Аэрокосмический мониторинг
Задачи аэрокосмического мониторинга
Мониторинг аэрокосмический – это регулярное наблюдение и сбор
информации с использованием авиационной и космической техники с целью
оценки и прогноза состояния каких-либо объектов, процессов, явлений
(состояния окружающей среды, деятельности конфликтующих сторон и т.п.)
К информации, получаемой со спутников и используемой при
организации экологического мониторинга, относится информация о
состоянии лесов, с/х угодий, о растительности на суше и о сезонных
изменениях ее состояния, о фитопланктоне моря, состоянии земной
поверхности (почвенном покрове, нарушении земной поверхности в
результате антропогенной деятельности, эрозионных процессах, об
урбанизационных процессах), перераспределении водных ресурсов,
загрязнении атмосферы, морей и суши.
С использованием наземных, авиационных и космических средств
системы решаются следующие задачи:
• Постоянный и непрерывный космический мониторинг литосферы,
атмосферы и ионосферы Земли, околоземного космического пространства с
целью выявления ранних признаков происходящих опасных природных и
техногенных процессов;
• Сбор, первичная обработка на борту КА и передача данных
мониторинга на наземные станции приема космической информации;
44
• Обобщение и комплексная обработка в национальных, региональных
и международных кризисных центрах данных глобального мониторинга,
полученных от космических, авиационных и наземных средств, ее
интерпретация, хранение и отображение;
• Оперативное доведение информации о выявленных угрозах
природного и техногенного характера до соответствующих организаций и
специализированных структур ООН;
• Гарантированное навигационное и телекоммуникационное
обеспечение потребителей по всему миру в интересах проведения
мероприятий в чрезвычайных ситуациях, медицины катастроф,
осуществление гуманитарных операций; создания системы транспортных
коридоров, оптимизации перемещения людей и грузов; ликвидации
неграмотности, сохранения культурных ценностей, развития дистанционного
обучения и подготовки специалистов в различных областях и подготовки
специалистов в различных областях;
• Предупреждение о глобальных угрозах в космосе и из космоса:
астероидно-метеоритная опасность, солнечная активность и т.д.
• Поэтапное формирование единого, общепланетарного
«информационного пространства безопасности» в интересах снижения
глобальных рисков и парирования возникающих угроз.
Спутники системы ― Метеор-Природа оборудованы специальными
многоспектральными сканерами, спектрометрами и микроволновыми
радиометрами, которые позволяют выделять шлейфы аэрозолей
антропогенного происхождения в городах и промышленных районах.
Одна из первых установок активного дистанционного зондирования
была установлена в 1983 г. на спутнике ― Космос-1500. Результаты
спутниковых наблюдений показали, что шлейфы антропогенных аэрозолей
распространяются на сотни и тысячи километров. Иногда почти вся
территория Европы покрывается дымкой антропогенного происхождения.
Перспективы дальнейшего развития спутникового дистанционного
зондирования тропосферы связаны прежде всего с решением проблем
глобального круговорота воды, динамики облачного покрова,
взаимодействия атмосферы и океана, атмосферной циркуляции в тропиках и
изменяющегося газового состава тропосферы.
Особенно важное значение имеет долговременная эволюция состава
средней атмосферы, в значительной степени обусловленная антропогенным
воздействием. Для понимания этой эволюции необходимы данные о всех
долгоживущих основных компонентах средней атмосферы, включая
источники радикалов, сами радикалы и молекулы - ―стоки,
обуславливающие удаление активных компонентов на протяжении как
минимум одного 11-летнего цикла солнечной активности. В последнее время
проведен ряд разработок и исследований по уточнению и развитию системы
экологического мониторинга. Особое внимание уделено спутниковой
аппаратуре различного назначения. Дальнейшее развитие существующих
средств наблюдений планируется сконцентрировать на расширении средств
45
наблюдений в радиодиапазоне, повышении пространственной разрешающей
способности данных, получении стереоскопических изображений.
Назначение МАКСМ – глобальный и эффективный прогноз
возникновения на Земле и в космосе потенциально опасных ситуаций
природного и техногенного характера на основе комплексного
использования всемирного аэрокосмического мониторингового потенциала.
Международная аэрокосмическая система глобального мониторинга
(МАКСМ) создается с целью обеспечения своевременного предупреждения
мирового сообщества о грозящих стихийных бедствиях, а также
чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера на основе
глобального и оперативного прогнозирования с использованием научнотехнического потенциала наземного и воздушного космического
мониторинга всех стран мира, дальнейшего развития и постепенной
интеграции навигационно – телекоммуникационных и информационных
ресурсов планеты в интересах решения гуманитарных проблем человечества.
Исходя из целевого предназначения МАКСМ, первоочередными
задачами системы должны быть: выявление сейсмоопасных районов,
обнаружение и документирование предвестников опасных геологических
явлений для последующего оперативного оповещения об их приближении,
эволюции во времени и пространстве, а также последующий постоянный
контроль опасных воздействий окружающей природной среды
(сейсмичности, агрессивности, изменчивости и др.) на техногенные системы
и их элементы.
Учитывая необходимость оптимизации сроков создания МАКСМ,
остальные возложенные на систему задачи будут решаться в два этапа.
Первый этап – телекоммуникационное и навигационное обеспечение
мероприятий по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций,
осуществлению гуманитарных операций; развитию дистанционного
обучения и подготовке специалистов в различных областях. Второй этап –
перспективные задачи предупреждения о глобальных угрозах в космосе и из
космоса, а также поэтапное формирование единого «информационного
пространства безопасности».
Системы аэрокосмического мониторинга, продолжительность их
функционирования
Аэрокосмический мониторинг - уникальная информационная система,
поскольку только с ее использованием могут быть легко получены
осредненные по большим масштабам (в пространстве и во времени)
интегральные признаки и характеристики экосистем. Аэрокосмический
метод - основной в решении задачи слежения за динамикой антропогенных
изменений в экосистемах на больших площадях.
Для этой цели, помимо самолетных и аэростатных средств, широко
используются специальные спутники и спутниковые системы - ―Метеор‖
и
―
Метеор - Природа, созданные в ―ERTS - (Earts Resources Technology
Sattelite), ―SKYLAB и ―LANDSAT.
46
В аэрокосмическом мониторинге в основном используются пассивные
методы измерения. Среди них наибольшее распространение получил метод
многозональной видеоинформации (МВИ), получаемой с использованием
специальных приборов - сканеров типа MSS - (multispectral scanners),
работающий в четырех полосах ИК - излучения 0,5 - 0,6; 0,6 - 0,7; 0,7-0,8 и
0,8-1,1 мкм. Этот способ получения информации в основном используется на
спутниках США. Российские спутники первоначально были оснащены
основаны на простом соображении. Если измерить параметры светового
потока на двух достаточно близких частотах, одна из которых совпадает с
частотой максимального поглощения примесью, а вторая находится за
пределами максимума, то, взяв отношение интенсивностей проходящего
через исследуемую среду света, получают результат, почти лишенный
влияния случайных факторов (шума). Действительно шум одинаковым
образом отражается на величинах и в числителе, и в знаменателе, поэтому
отношение этих величин оказывается почти лишенным влияния шума.
Заметим, что полное исключение влияния внешнего шума возможно только
при равенстве основной и опорной частот. Однако при этом исчезает
возможность осуществления самого сравнительного измерения.
Процесс нормирования на опорный сигнал использует этот же
принцип. Лучше всего оба приема реализуются при использовании активных
дистанционных измерений с мощным моно хроматическим источником света
- лазером.
Для двухчастотных измерений лазер должен быть настраиваемым на
две или более частоты. При нормировании на опорный сигнал можно
использовать и одночастотные лазеры.
Появление опорного сигнала другой частоты связано с некоторыми
естественными процессами в зондируемом объекте. Например, если
лазерный метод используется для регистрации летящим вертолетом
загрязнения поверхности воды нефтяной пленкой, то посылаемый с
вертолета лазерный луч создает флуоресцентный сигнал нефтяного
загрязнения и одновременно возбуждает молекулы воды, которые создают
эхо-сигнал комбинационного рассеяния. Взяв отношение флуоресцентной
компоненты к компоненте комбинационного рассеяния, производят
операцию нормирования первого сигнала на второй. Полученное отношение
будет мало зависеть от процессов в атмосфере (туман, дымка,
турбулентность).
МВИ-снимки перспективно использовать при определении степени
загрязненности атмосферы пылевыми и аэрозольными частицами. В видимом
диапазоне света удается надежно идентифицировать пылевые выбросы
трубами спектра. Позднее наши спутники также стали использовать
мультиспектральные сканеры.
Для многозональных спектральных съемок используется излучение в
диапазоне длин волн, относящихся к окнам прозрачности атмосферы. УФизлучение с длинами волн короче 300 нм при таких съемках не используется,
поскольку оно практически полностью поглощается атмосферой. Видимое
47
излучение легко проходит через атмосферу Земли (кроме нескольких узких
полос поглощения) и поэтому с успехом применяется в спектральных
съемках, так же как и излучение в ближней ИК области, которые чаще всего
используют для изучения природных ресурсов и состояния природных, сред,
выделения антропогенных эффектов. Для многоцелевого зондирования
удобен также диапазон ИК области 8-15 мкм, поскольку здесь практически
отсутствует поглощение в атмосфере, а также тепловой и радиодиапазон. В
целом ценность информации о подстилающей поверхности и об атмосфере
зависит от правильности выбора Диапазонов длин волн.
Нас в данном пособии в основном интересует мониторинг
атмосферного воздуха. Надо признать. что получить информацию о
вещественном составе пассивными методами крайне сложно.
Применение же активных лазерных методов, способных обеспечить
получение информации о составе и содержании примесей возможно, но
сильно осложняется целым рядом явлений в атмосфере, создающим
значительные помехи для измерений концентраций ЗВ на протяженных
трассах (атмосферный шум).
Даже в самых благоприятных условиях 54% сигнала МВИ
определяется так называемой атмосферной дымкой. Существенные помехи
возникают из-за турбулентности атмосферы. Поэтому простое измерение
поглощения света на какой-то длине волны не позволяет сделать
однозначных выводов аэроаналитического характера. Чтобы уменьшить
уровень шума, применяют двухчастотный метод или методы нормирования
сигнала. Оба названных приема ТЭЦ, пожарами и т.п. и определить
интенсивность этих потоков и длину распространения. В ИК-Диапазоне
легко установить тепловые выбросы и определить их мощность. Наблюдения
за дымовыми выбросами позволяют установить концентрацию частиц в
факелах. Ингредиенты факелов можно определить по поглощению света в
различных участках спектра.
Косвенный метод определения загрязнения атмосферы основан на
регистрации степени поражения хвойной растительности дымовыми
выбросами. Такой метод использовался спутником ERTS-1, на котором
измерялась спектральная яркость в диапазонах 0,5-0,7 и 0,8-0,9 мкм.
Способы выявления изменений при аэрокосмическом мониторинге
Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать
следующие задачи контроля состояния окружающей среды:
1. Определение метеорологических характеристик: вертикальные
профили температуры, интегральные характеристики влажности,
характер облачности и т. д.);
2. Контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт
крупных стихийных бедствий;
3. Определение температуры подстилающей поверхности, оперативный
контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности;
4. Обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных
предприятий;
48
5. Контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон;
6. Обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в
лесах;
7. Выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных
производств и ТЭЦ в мегаполисах;
8. Регистрация дымных шлейфов от труб;
9. Мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек;
10.Обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений;
11.Контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного
покрова в зонах влияния промышленных предприятий.
Целью обработки данных дистанционного зондирования (ДЗ) является
получение снимков или изображений с требуемыми радиометрическими и
геометрическими характеристиками. Рассмотрим основные этапы обработки
данных. В общем случае обработка данных дистанционного зондирования
включает три этапа:
1. предварительная обработка — прием спутниковых данных, запись их
на магнитный носитель, декодировка и корректировка, преобразование
данных непосредственно в изображение или космический снимок или в
форматы, удобные для последующих видов обработки;
2. первичная обработка — исправление искажений, вызванных
нестабильностью работы космического аппарата и датчика, а также
географическая привязка изображения с наложением на него сетки
координат, изменение масштаба изображения и представление
изображения в необходимой географической проекции
(геокодирование);
3. вторичная (тематическая) обработка — цифровой анализ с
применением статистических методов обработки, визуальное
дешифрирование и интерпретация в интерактивном или полностью
автоматизированном режиме.
Первый и второй этапы обработки в настоящее время могут быть
выполнены на борту космического аппарата.
Многозональная съемка ведется многие годы, и исследователи
накопили большой объем эмпирических данных. Уже хорошо известно,
какие соотношения яркости в различных зонах спектра соответствуют
растительности, обнаженной почве, водным поверхностям,
урбанизированным территориям и другим распространенным типам
ландшафта, существуют библиотеки спектров различных природных
образований. Выразив эти соотношения в виде линейных комбинаций
различных зон, можно получать так называемые индексы. Так как многие
современные системы дистанционного зондирования Земли осуществляют
съемку в видимой красной и ближней инфракрасной частях спектра, то
распространенным методом является вычисление нормализованного
вегетационного индекса (NDVI). Нормализованный вегетационный индекс
показывает наличие и состояние растительности по соотношению
49
отраженных энергий в 2 спектральных каналах. Вычисляется по следующей
формуле: NDVI=NIR-RED/NIR+RED, где NIR — отражение в ближней
инфракрасной области спектра; RED — отражение в красной области
спектра. Эта зависимость основана на различных спектральных свойствах
хлорофилла в видимом и ближнем ИК диапазонах. Вегетационные индексы
можно рассматривать как промежуточный этап при переходе от
эмпирических показателей к реальным физическим свойствам растительного
покрова. Часто вычисляют универсальные и территориально-привязанные
индексы: LAI — индекс листовой поверхности или FPAR — индекс
фотосинтетической активной радиации, поглощаемый растительностью и пр.
Индекс LAI можно измерить в натурных условиях. В настоящее время в
Интернет ежемесячно публикуются растровые изображения LAI
(пространственное разрешение 250 м) на весь мир. Эти данные в сочетании с
методами классификации мультиспектральных изображений могут
значительно повысить достоверность при обработке изображений в
экспертных системах, учитывающих множество различной информации.
Как известно, антропогенное воздействие на окружающую среду
приводит к возникновению масштабных трудноразрешимых противоречий
между интересами развития производства и сохранением природы,
поскольку в результате интенсивного использования природных ресурсов
происходит разрушение природных систем и интенсивное загрязнение среды.
Ещѐ в Стокгольме на Первой Международной конференции ООН по оценке
состояния природной среды в 1972 г. было признано, что экологическое
состояние природной среды в промышленных странах стало угрожать не
только здоровью населения, но и самому существованию человечества.
Решение этих проблем, возникающих в связи с катастрофическим
ухудшением окружающей природной среды, занимает сейчас центральное
место при выработке стратегии экологически устойчивого социальноэкономического развития промышленно развитых стран, в том числе и
России. В последние годы в круг фундаментальных исследований проблем
экологии территории России широко вовлечены космические методы
контроля состояния экосистем.
Появление глобальной компьютерной сети Интернет и разработка
передовых информационных технологий открыли новый этап развития
космического экологического мониторинга. Особенностью нового этапа
является широкое использование телекоммуникационной инфраструктуры, а
также гипертекстовых и интерактивных информационных технологий,
которые чрезвычайно перспективны в дистанционном мониторинге
состояния окружающей среды. Актуальной является также проблема
интегрирования национальных информационных ресурсов по окружающей
среде, создание региональных баз данных и расширение электронных
коллекций по результатам космического экологического мониторинга.
Развитие технологий наблюдения из космоса, создание инфраструктур
спутникового экологического мониторинга регионов России наряду с
разработкой экологической системы контроля в реальном масштабе времени
50
призваны сыграть ключевую роль в обеспечении безопасности окружающей
среды и устойчивого развития экономики России.
В связи с этим создаются Центры космического мониторинга (ЦКМ),
которые осуществляют оперативный контроль состояния окружающей среды
и природных ресурсов (например, Институт солнечно-земной физики СО
РАН, г. Иркутск), создают многоуровневые информационные системы
пространственно-временного мониторинга состояния окружающей среды,
включающие технические и программные средства сбора, обработки, анализа
и хранения спутниковой информации.
Во всем мире исследования Земли из космоса приобретают
всеобъемлющий характер. Наиболее информативным методом для решения
задач дистанционного исследования поверхности Земли из космоса является
использование и тематический анализ изображений, полученных
приборными комплексами различных частотных диапазонов, установленных
на космических аппаратах. Целый ряд спутников, оснащенных приборами
дистанционного зондирования (радиолокаторами, скаттерометрами,
радиометрами и оптической техникой), выведены на орбиту специально для
получения разносторонней геофизической информации, необходимой для
оценки состояния окружающей среды и для природо-ресурсных
исследований.
Аэрокосмический мониторинг предполагает не только наблюдение за
процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и
развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению
опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Таким
образом, оперативное картографирование становится средством контроля за
развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих
решений.
Главнейшее значение для реализации программы создания службы
мониторинга окружающей среды имеют дистанционные (аэрокосмические)
средства и методы, так как одним из путей создания глобальной системы
мониторинга является картографический.
Картографический метод создания глобальной системы мониторинга
предполагает развертывание работ при обследовании и изучении любой
территории в двух основных направлениях:
1. создание базовой инвентаризационной картографической
документации, отражающей современное состояние и оценку
природных ресурсов;
2. картографирование динамики изменений природной среды,
предусматривающее обновление инвентаризационных карт, создание
специальных карт динамики и прогноза, т. е. систематическое
картографическое слежение за состоянием природной среды и ее
изменениями, обусловленными хозяйственной деятельностью людей.
Структура космической системы изучения природных ресурсов Земли
изображена на рисунке 1.4.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]