Интерпретация и представление данных

Интерпретации данных экологических мониторинга, даже полученных от хорошо продуманной программы, является часто неоднозначной. Часто имеются результаты анализа или «предвзятых результатов» мониторинга, или достаточно спорное использование статистики, чтобы продемонстрировать правильность той или иной точки зрения. Это хорошо видно, например, в трактовке глобального потепления, где сторонники утверждают, что СО 2 уровни увеличились на 25% за последние сто лет в то время как противники утверждают, что уровень CO 2 только поднялся на один процент.

В новых научно-обоснованных программах мониторинга окружающей среды разработан ряд показателей качества, чтобы интегрировать значительные объемы обрабатываемых данных, классифицировать их и интерпретировать смысл интегральных оценок. Так, например, в Великобритании используется система GQA. Эти общие оценки качества классифицируют реки на шесть групп по химическим критериям и биологическим критериям.

Для принятия решений пользоваться оценкой в системе GQA более удобно, чем множеством частных показателей.

ВОПРОС №2.

Главной задачей биологического мониторинга является определение состояния живой составляющей биосферы, отклика биоты на антропогенное воздействие, определение ее отклонения от нормального естественного состояния на различных уровнях. Для обнаружения относительного уровня загрязнения среды в рамках диагноза используют организмы-биоиндикаторы, к которым предъявляется ряд требований. Главной задачей этого вида мониторинга является измерение уровня загрязнения биоты выбранного региона с определенной периодичностью. Экспериментальную основу прогностического мониторинга со­ставляет биотестирование, с помощью кото­рого определяются скорости накопления загрязняющих ве­ществ, а также их выведения и де­градации.  Основу биологического мо­ниторинга составляют наблюдение, оценка и прогноз состояния биотической составляющей биосферы, затронутой и незатрону­той антропогенной деятельностью. Можно утверждать, что на стыках ряда наук – биологии, геофи­зики, географии и др. – родилось новое научное направление, которое не может целиком принадлежать лишь одной из традиционных дисциплин. Дальнейшее развитие теоретических и мето­дологических вопросов мониторинга диктуется необходимостью существенно повысить уровень практической значимости резуль­татов, получаемых в процессе реализации программ мониторинга. Особенно это относится к таким разделам, как биологиче­ский, экологический и фоновый мониторинг. Мониторинг антропогенных изменений лежит в основе наблюдений, оценки и прогноза состояния преобразованной и искусственной окружающей среды, равно как и фоновый мо­ниторинг, с помощью которого осуществляется наблюдение и оценка фонового состояния биосферы, прогноз и выявление тен­денций изменения этого состояния (Захаров, 1999). Особую актуальность данной теме придает то, что пространственный анализ по интегральным показателям с последующей картографической оценкой параметров здоровья среды, пока очень редко применялся. Известно всего несколько публикаций на эту тему.

Важнейшие объекты биологического мониторинга пресноводных водоемов – орга-низмы и сообщества зообентоса. Они отвечают основным требованиям к биологическим индикаторам, к числу которых относятся: повсеместная встречаемость, достаточно высо-кая численность, относительно крупные размеры, удобство сбора и обработки, сочетание обитания на постоянном биотопе с определенной подвижностью, достаточно продолжи-тельный срок жизни для аккумуляции загрязняющих веществ. Поскольку зообентос – наиболее стабильный компонент животного населения водоемов, то использование его показателей при мониторинге водоема позволяет в определенной мере судить о состоянии и тенденциях развития всей экосистемы. В настоящее время в мировой практике применяется > 60 методов мониторинга по зообентосу [3163], среди которых нет универсального, общепринятого. Большинство из них разработано зарубежными учеными и не могут без серьезных модификаций использо-ваться для изучения водоемов России (необходимо учесть специфику таких водоемов, а также состав фауны и флоры). Например, широко рекомендуемый метод Вудивисса [2329], предназначенный для исследования малых рек Англии, недостаточно корректно отражает положение на крупных российских водохранилищах. Поскольку априори трудно выбрать метод исследования для конкретной ситуации, то обычно для повышения надежности выводов используется несколько методов. При этом возникает достаточно сложная проблема интерпретации полученных результатов, так как разные методы могут давать неодинаковую картину антропогенного воздействия. Сообщество организмов может быть охарактеризовано многими переменными, на кото-рые изменения окружающей среды влияют по-разному. Отсюда возникает неоднознач-ность отклика структуры сообщества на загрязнение водоема.

Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновременная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем.

Основополагающим принципом биологического мониторинга является установление оптимального — контрольного — уровня, любые отклонения от которого свидетельствуют о стрессовом воз действии. Обычно при оценке оптимума по какому-либо одному параметру возникает вопрос о том, будут ли данные условия оптимальными также для других характеристик организма. Однако если исследуемые параметры характеризуют основные свойства организма в целом, то их оптимальный уровень оказывается сходным. Например, столь разные и, казалось бы, совершенно независимые параметры, как асимметрия морфологических признаков, показатели крови, интенсивность потребления кислорода, ритмика роста и частота хромосомных аберраций, могут изменяться синхронно, когда при определенном стрессовом воздействии в действительности изменяется наиболее общая базовая характеристика организма — гомеостаз развития.

объекты мониторинга:

Организация, ведомство	Объекты мониторинга
Комитет по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды	Вода. Воздух. Почва
Комитет по геологии и минеральным ресурсам	Подземные воды. Экзогенные геологические процессы
Министерство сельского хозяйства и продовольствия	Почвы. Растительная продуктивность. Снег
Государственный комитет санитарно-эпиде­миологического надзора	Водопроводная вода. Поверхностные воды. Почва. Атмосферный воздух. Пищевые продукты. Уровень шума, вибрации. Электромагнитное излучение
Унифицированная система санитарно-гигиени­ческого надзора за количеством пестицидов	Пищевые продукты. Сельскохозяйственная продукция

ВОПРОС №3.

Глобальная система мониторинга окружающей среды Сегодня сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 году на Первом межправительственном совещании по мониторингу). Первоочередной задачей была признанаорганизация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия. Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы: импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе в- И); региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона - Р); фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность - Ф). Таблица 1. Классификация загрязняющих веществ по классам приоритетности, принятая в системе ГСМОС[1]

Kласс	Загрязняющее вещество	Среда	Тип программы (уровень мониторинга)
1	Диоксид серы, взвешенные частицы	Воздух	И,Р,Ф
	Радионуклиды	Пища	И, Р
2	Озон 1	Воздух	И(тропосфера), Ф (стратосфера)
	Хлорорганические соединения и диоксины	Биота, человек	И,Р
	Кадмий	Пища, вода, человек	И
3	Нитраты, нитриты	Вода, пища	И
	Оксиды азота	Воздух	И
4	Ртуть	Пища, вода	И, Р
	Свинец	Воздух, пища	И
	Диоксид углерода	Воздух	Ф
5	Оксид углерода	Воздух	И
	Углеводороды нефти	Морская вода	Р, Ф
6	Фториды	Пресная вода	И
7	Асбест	Воздух	И
	Мышьяк	Питьевая сода	И
8	Микробиологические загрязнения	Пища	И, Р
	Реакционноспособные загрязнения	Воздух	И

Программа импактного мониторинга может быть направлена, например, на изучение сбросов или выбросов конкретного предприятия. Предметом регионального мониторинга, как следует из самого его названия, является состояние окружающей среды в пределах того или иного региона. Наконец, фоновый мониторинг, осуществляемый в рамках международной программы "Человек и биосфера", имеет целью зафиксировать фоновое состояние окружающей среды, что необходимо для дальнейших оценок уровней антропогенного воздействия. Программы наблюдений формируются по принципу выбора приоритетных (подлежащих первоочередному определению) загрязняющих веществ и интегральных (отражающих группу явлений, процессов или веществ) характеристик. Классы приоритетности загрязняющих веществ, установленные экспертным путем и принятые в системе ГСМОС, приведены втаблице 1. Определение приоритетов при организации систем мониторинга зависит от цели и задач конкретных программ: так, в территориальном масштабе приоритет государственных систем мониторинга отдан городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; в отношении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водоемов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом критериев, отражающих токсические свойства загрязняющих веществ, объемы их поступления в окружающую среду, особенности их трансформации, частоту и величину воздействия на человека и биоту, возможность организации измерений и другие факторы. В Приложении1 приведены сведения об источниках и характерных факторах возможных воздействий. Отметим, что приоритеты, выбранные общественными организациями2 при разработке программ мониторинга, могут быть сформулированы иным образом, не повторяющим ранжирование, принятое в ГСМОС. Это решение вполне оправданно, так как региональные и локальные приоритеты тесно связаны с экономикой региона, с местными источниками воздействия. Наконец, программа общественного мониторинга может быть связана с совершенно конкретной проблемой, которая и будет определять приоритеты в данном случае. Свойства наиболее часто встречающихся загрязняющих веществ описаны в Приложениях4 и5. Список литературы содержит ссылки на несколько десятков источников, посвященных этим вопросам.

ВОПРОС №4.

Международная геосферно-биосферная программа

Одним из наиболее масштабных проектов современности является Международная геосферно-биосферная программа (МГБП), которая проводится Международным советом по науке (МСНС) с 1986 г. В осуществлении МГБП принимают участие научные организации 77 стран, в том числе российские ученые, представляющие Отделение океанологии, физики атмосферы и географии, а также Дальневосточное и Сибирское отделения РАН. Для координации их участия при Президиуме РАН создан Российский национальный комитет по МГБП во главе с академиком В.М.Котляковым.

Цель программы состоит в изучении долговременного взаимодействия между различными оболочками Земли (литосферой, биосферой, гидросферой, атмосферой и окружающим космическим пространством). В этих целях используется глобальная взаимосвязанная система наземных и космических наблюдений за рядом физических, химических и биологических параметров суши, океана, атмосферы и космоса. В ходе исследований проводится моделирование возможных в будущем изменений глобальной среды обитания человека.

В 1996 г. было образовано Дальневосточное отделение национального комитета РАН по МГБП, что позволило проводить исследования по Программе в важном с экономической точки зрения регионе Российской Федерации. Эти работы проводятся Институтом Биологии моря ДВО РАН, занимающимся исследованием прибрежных зон, а также Институтом леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.

В результате проведенных в рамках Программы исследований учеными РАН были получены уникальные данные и материалы, что нашло отражение в зарубежных и отечественных публикациях. Данные о составе, распределении и потоках вещества в Арктике обобщены в монографии академика А.П.Лисицына «Ледовая седиментация» (на английском языке), в статье «Граница океан-континент, маргинальный фильтр океана», подготовленной учеными РАН на сайте в сети Интернет.

Подготовлена монография «Изменения климатов и ландшафтов Северной Евразии на протяжении последних 60 млн. лет. Региональный аспект». Реконструированы условия климата и растительности на севере Европейской России за последние 55 тыс. лет. Предложена плавающая дендрохронологическая шкала для этого периода. Установлено продвижение границы леса на север до 70 км по сравнению с современным положением на северо-западе Кольского полуострова в голоцене (6000-3300 лет назад).

Всемирная программа исследований климата

Всемирная программа исследований климата (ВПИК) основана в 1980 г. Всемирной метеорологической организацией и Международным советом научных союзов для координации всей деятельности ученых более 50-ти стран, занимающихся проблемами погодных и климатических изменений. В рамках ВПИК ведется глобальный мониторинг климата Земли, изучается естественная и антропогенная изменчивость климата, проблема предсказуемости климата, влияние Мирового океана на состояние климатических условий, воздействия различных климатических зон на человеческую деятельность, комплексные исследования возникновения климатических колебаний и изменений, моделируются процессы глобальных и региональных климатических катаклизмов с целью их наиболее эффективного прогнозирования в будущем, разрабатывается всеобъемлющая теория климата.

Международная геосферно-биосферная программа

Международная геосферно-биосферная программа (МГБП) учреждена Международным Советом научных союзов в 1986 г. для координации сотрудничества ученых в понимании и описании взаимодействия физических, химических и биологических процессов, протекающих в геосфере Земли, регулирующих изменения в этой системе и реагирующих на воздействия деятельности человека на Земле. Одной из первостепенных задач Программы является моделирование отдельных оболочек геосферы в единую модель планеты. В настоящее время исследования в рамках МГБП ведутся следующим ключевым проектам: «Глобальная атмосферная химия (IGAC)», «Глобальные изменения и наземные экосистемы (GCTE). Землепользование и изменение наземного покрова (LUCC)», «Биосферные аспекты гидрологического цикла (ВАНС)», «Взаимодействие суша-океан в береговой зоне (LOICZ)», «Глобальные потоки вещества в океане (JGOFS)», «Динамика глобальных океанических систем (GLOBEC)» и «Глобальные изменения в прошлом (PAGES)».

В рамках проекта «Стратосферические процессы и их роль в изменении климата» получены новые данные, которые позволяют усовершенствовать систему долгосрочного прогнозирования погодных изменений. Крупнейшим достижением российских ученых (РАН и Росгидромет) было открытие резких изменений температурного и ветрового режимов в стратосфере и мезосфере Земли за последние 40-50 лет, во много раз превосходящих изменения параметров климата у земной поверхности и в тропосфере. Последняя крупная программа «Климат и криосфера» призвана координировать исследования по Арктике и Антарктике, морскому льду, снегу и т.д., т.е. представляет особый интерес для России.

Международная программа геологической корреляции

Одной из самых крупных и длительных по времени в международной практике является Международная программа геологической корреляции (МПГК), осуществляемая с 1972 г. ЮНЕСКО совместно с Международным союзом геологических наук. В реализации программы принимают участие геологи из 60 стран мира. Работу российских ученых координирует Национальный комитет по международной программе геологической корреляции при Президиуме РАН.

С момента начала реализации программы страны-участницы провели исследования по более чем 300-м проектам, 200 из которых уже завершены.

В ходе исследований был получен ряд интересных данных. В том числе выявлена история растительности и климата на Кольском полуострове за последние 10000 лет. Проведена серия палеоклиматических пространственных реконструкций для Северной Евразии. Получены количественные палеоклиматические реконструкции для основных этапов позднеледниковья и голоцена.

Подготовлены версии реконструкции оледенения для максимума последнего оледенения 18-20 тыс. лет назад. Исследованы особенности распространения оледенения в среднем плейстоцене. Обобщены исследования изменений климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет. В области истории взаимодействия природной среды и первобытного человека проведены реконструкции условий обитания и адаптации человека к критическим условиям ландшафтно-климатических кризисов эпохи последнего ледникового максимума.

Проводятся работы по развитию информационной системы. Создана страница в сети Интернет, которая пополняется отчетами по ключевым проектам МПГК. Вышел из печати «Атлас снежно-ледовых ресурсов мира», представляющий собой комплексную информационную картину состояния природы нивально-гляциальных областей на 50-70 гг. ХХ столетия. На его основе ведутся работы по созданию геоинформационной системы для изучения изменений нивально-гляциальной среды на разных масштабных уровнях, ее реакции на глобальные изменения.

Все эти исследования по десяткам крупных программ, сотням проектов, тысячам тем, значительная часть которых проводится в нашей стране, позволяют без значительных финансовых затрат использовать уникальное оборудование ведущих научных центров западных стран для обработки проб и других материалов, полученных на территории России. Кроме того, это сотрудничество позволяет участвовать в экспедициях, финансируемых ЮНЕСКО, МСНС и другими международными организациями. Все это дает возможность развивать науку и добиваться высоких результатов даже в условиях недостаточного или полностью отсутствующего финансирования.

Бурное развитие космической деятельности, в том числе пилотируемой космонавтики, способствовало резкому увеличению потока новой научной информации, что вызвало интенсивный рост исследований практически во всех областях фундаментальных и прикладных наук, связанных с изучением Земли. Земная поверхность, моря, океаны и атмосфера под воздействием природных и антропогенных факторов постоянно преобразуется. Поэтому возникает необходимость регулярного слежения за пространственно-временными особенностями этих изменений. Важнейшую роль в решении этой проблемы играет дистанционное зондирование Земли из космоса.

С появлением долговременных орбитальных станций, начиная с 1971 г., наряду с ручными фотокамерами «Зенит-3М» со сменными объективами, исследуемыми на космических кораблях «Восток» и «Восход», стали применяться стационарные многозональные шести- и девяти объективные камеры для получения более детальной информации о природных объектах Земли. Это позволило решать также задачи, как, например, выявление различных стадий вегетации растений, определение типов растительности, изучение различных явлений на поверхности океана, исследования морфологических особенностей поверхности Земли, анализ состояния атмосферы и др. В 1976 г. на космическом аппарате «Союз-2», пилотируемом космонавтами В. Быковским и В. Аксеновым, прошла экспериментальную отработку стационарная многозональная камера МКФ-6, совместного производства СССР и ГДР, которая в дальнейшем устанавливалась на ДОС «Салют-6» (1978 г.), «Салют-7»(1983 г.) и «Мир»(1996 г.).

Дистанционное зондирование Земли с борта пилотируемых космических кораблей и долговременных орбитальных станций имеет ряд отличительных особенностей, основными из которых являются:

- обеспечение широких возможностей для проведения научных исследований и экспериментов по изучению Земли из космоса;

-расширение спектра решаемых задач за счет использования интеллектуальных и психофизических возможностей человека;

-сочетание инструментальных измерений и визуальных наблюдений;

-наилучшие условия для апробации новых методов и средств дистанционного зондирования;

-возможности адаптации методик и аппаратных средств при исследованиях редких и неизвестных явлений;

-возможности проведения мониторинга многих процессов и явлений в океане, атмосфере и на суше в средних широтах;