Июн 06 2003

Рябоконенко О.Д. – технічний директор Українського центру менеджменту землі та ресурсів.

Опубликовано в 19:49 в категории Проблемы Черного моря

Матеріали дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) у дослідженнях екологічних проблем морів.

Рябоконенко О.Д. – технічний директор Українського центру менеджменту землі та ресурсів.

Серенко В.В.- головний спеціаліст з проектів Українського центру менеджменту землі та ресурсів.

Потапенко Л.С. – старшій спеціаліст з географічних інформаційних систем Українського центру менеджменту землі та ресурсів.

Штепа Ю.М.- старшій спеціаліст з дистанційного зондування Українського центру менеджменту землі та ресурсів.

Український центр менеджменту землі і ресурсів (УЦМЗР), заснований Українським інститутом досліджень навколишнього середовища і ресурсів при Раді національної безпеки і оборони України і Мічиганським Інститутом досліджень навколишнього середовища ERIM (останнім часом перейменований на Altarum), використовує методи дистанційного зондування землі  (ДЗЗ) у дослідженнях екологічних проблем Чорного та Азовського морів.

«Програмою запобігання та реагування на надзвичайні ситуації техногенного і природного характеру на 2000-2005 роки», затвердженою Кабінетом Міністрів України від 22 серпня 2000 р. № 1313, визначено однім із першочергових завдань спостереження масштабних забруднень морів у результаті розливів нафтопродуктів. Математичні моделі визначення поведінки забруднень морів нафтопродуктами дуже потрібні в оперативній роботі органів Мінекоресурсів України (Державна екологічна інспекція, Державна інспекція охорони Чорного моря), Міністерства надзвичайних ситуації та інш.

У Чорному і Азовському морях, і особливо у Азовському, щорічно літом знижується до критичного рівня вміст кисню у воді, приводить до погіршення екологічного стану. Причини погіршення екологічного стану носять комплексний характер. Це, насамперед, пов’язано з скидом забруднюючих речовин, як безпосереднє у водойму так  і  винесенням їх з річковим стоком, змивом біогенних речовин з сільськогосподарських земель дощовим стоком, збільшення температури води, цвітіння фітопланктону тощо.

Питання вивчення проблеми цвітіння фітопланктону передбачено також вищевказаною державною програмою.

Тому УЦМЗР разом з Українським науковим центром екології моря (УкрНЦЕМ) Мінекоресурсів України та Севастопольськім морськім гідрофізичним інститутом, які  мають відповідну наземну інформацію для вирішення вказаних завдань, ще у 2002 році виконав проект по визначенню технічних можливостей здійснення моніторингу за вказаними забрудненнями.

Завдання проекту складалося з адаптації моделей взаємодії нафти з морською водою та міграції нафтових плям для умов Північно - Західної частини Чорного моря (ПЗЧМ), а також визначення моделей обробки знімків супутника SeaStar для досліджень розвитку водоростей.

При виконанні адаптації моделей було здійснено збір інформації, систематизацію та зонування морських акваторій, аналіз та класифікацію метеорологічних та гідрологічних умов і параметрів формування баз даних течій (61 карта полів течій, 3 карти регіонів); здійснено адаптацію моделей до умов ПЗЧМ; тестування адекватності моделей.

Для прогнозування розповсюдження нафтового забруднення застосовано програмне забезпечення, надане Українському центру екології моря  УкрНЦЕМ, як регіональному Активному центру з моніторингу та оцінки забруднення для практичного використання.

Програмні модулі - комп’ютерна модель взаємодії нафти з морською водою (1) та комп’ютерна модель міграції нафтових плям (2) - мають забезпечити відтворення характеристик поточної або очікуваної екологічної ситуації із виливом нафти з подальшим відображенням сценарію розливу на електронній карті та проведення просторового аналізу засобами ГІС з географічної прив’язкою місця виникнення аварії, визначенням координат крайових точок забруднення, кількості і концентрації нафти у морській воді, а також дати кількісну оцінку її наслідків - автоматично підрахувати площі територій, що постраждали, оцінити об’єм хімічно забруднених вод.

Нафтопродукти на поверхні водного басейну піддаються ряду хімічних, фізичних і механічних змін, що залежать від фізико-хімічних їх властивостей, параметрів водного середовища і метеорологічних умов (розтікання, розчинення, випар, осадження, дифузія, окислювання і т.п.), що визначає модель (1).Вихідними даними для роботи цієї моделі  є база, що містить більш 1400 типів сирої і очищеної нафти, модель дає швидку імовірнісну інформацію про зміну властивостей того чи іншого продукту в процесі розливу. Задачею цієї моделі є розрахунок бюджету нафтової плями, у залежності від заданого часу, що моделюється. Для моделювання сценарію додатково задаються параметри морського середовища: метеорологічні умови (швидкість і напрямок вітру, висота хвилі), температура поверхні води, мінералізація  0/00 , щільність.

База даних типів нафтопродуктів є відкритою і може  бути поповнена в процесі роботи з моделлю.

Прогнозування бюджету розлитого нафтопродукту за даною моделлю може здійснюватися на період до п’яти діб. Модель найбільше пристосована для проведення розрахунків в умовах відкритого океану, тому результати розрахунку бюджету нафтової плями для малих акваторій, де розповсюдження нафтової плями обмежується можуть бути менш точними.

Моделі мають зручний для роботи інтерфейс, прості в експлуатації, можуть бути використані в повсякденній роботі державної інспекції охорони Чорного моря Мінекоресурсів та в підрозділах МНС.

При виконанні другої частини проекту, а саме визначення алгоритмів (моделей) обробки знімків з метою досліджень розвитку водоростей на Чорному і Азовському морях, було зроблено аналіз даних хлорофілу, отриманих шляхом обробки знімків усіма 12 стандартними алгоритмами NASA.

Запущений у космос у 1997 році американський оптичний сканер  SeaWiFS робить регулярні спостереження морських акваторій у декількох режимах у широкій смузі огляду. Випромінювання реєструється з високою точністю у восьми спектральних інтервалах шириною 20-40 нм, розташованих у діапазоні довжин хвиль від 412 до 865 нм. 

Інформація, що приймається, може бути корисною для рішення широкого кола наукових і практичних задач - від  виконання глобального екологічного моніторингу до вивчення  різних локальних процесів в окремих морях або прибережних ділянках. Наприклад, для оцінки біомаси фітопланктону, ступеня забруднення  води (евтрофікація, антропогенне навантаження), погрози замору риби.

Станція прийому високоточних зображень (HRPT), що функціонує в УЦМЗР з листопада 1999року,  щодня здійснює прийом 1 - 3 знімків SeaWiFS з просторовою розподільною здатністю 1,1 км. Як правило один знімок на день містить всю площу Азовського і Чорного морів. Дані по наявним супутниковим знімкам SeaWiFS занесені в базу даних. В даний час архів даних SeaWiFS містить 1180 знімків. Віддалений користувач має доступ до архіву даних через Інтернет.

Основна мета даної роботи складається в перевірці працездатності алгоритму NASA для оцінки концентрацій хлорофілу “а” в Азовському морі і для цих цілей використовуються під супутникові виміри Са, виконані в Бердянській і Таганрозькій затоках Азовського моря та у прибережному районі Чорного моря у берегів Криму (Кацивелі). Для відновлення концентрації хлорофілу “а”  за даними SeaWiFS використовувався спеціально створений для цих цілей комплекс програм SeaDAS. Зроблено співставлення отриманих даних з наземними спостереженнями. Підібрані два алгоритми, які дають найбільш реальні показники хлорофілу. Зроблено висновок, що знімки супутника SеаStar оброблені за допомогою алгоритмів NASA, дають значення  концентрації хлорофілу “а”, які можна розглядати як дистанційні виміри цього показника і використовувати для його картування в Чорному й Азовському морях.

З огляду на те, що концентрація хлорофілу “а”  є показником евтрофікації  – процесу збагачення водойм живильними речовинами, особливо з\’єднаннями азоту (амонієм і нітратами) і фосфором, отримані карти можуть бути корисні також для  оцінки ступеня евтрофікації, а також для оцінки загрози замору риби.

У даний час УЦМЗР виконує проект пов’язаний з дослідженням екологічного стану естуарію Дніпра . В рамках проекту передбачається розробка ряда моделей:

· програмного моделюючого комплексу (ПМК) для обчислення надходження азоту та фосфору в естуарій Дніпра з басейну Південного Бугу та розрахунок надходження  азоту та фосфору у Чорне море (Український науково-дослідний інститут екологічних проблем Мінекоресурсів);

· ПМК для обчислення площ можливих підтоплених земель в результаті роботи зрошувальних та дренажних систем в басейні естуарію Дніпра та оцінки надходження  забруднюючих речовин з дренажних систем (Київський національний університет ім. Тараса Шевченка);

· ПМК для оцінки якості води в естуарії Дніпра, що також включає випадки розливів нафти, які починали розробку цієї моделі на першій фазі проекту (Інститут математичних машин і систем Національної академії наук України); 

Для менеджменту та моніторингу естуарію Дніпра УЦМЗР широко застосовує ГІС технології та матеріали дистанційного зондування Землі (дані супутников Landsat 1 MSS, Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+, Corona KH-4SPOT,"Океан-О", Terra ASTER).

За даними космічних знімків УЦМЗР проведено аналіз змін, у тому числі екологічних, в басейні естуарію Дніпра. Виявлені місця з найбільш суттєвими змінами берегової лінії, що були спричинені як природними факторами, так і техногенною діяльністю людини. Визначені зміни рослинного покрову – пожежі, вирубка та відновлення лісу тощо.

Для проведення досліджень якості води естуарію Дніпра були проведені три експедиції в період з травня по серпень 2003 р. За результатами досліджень, виконаних під час експедицій зроблені такі висновки:

- відмічено підвищення електропровідності та солоності в поверхневих шарах води практично на всій протяжності естуарію. На мілководних ділянках ці показники води практично не відрізнялися по глибині;

- вміст сірководню зафіксовано в 12 пунтах естуарію в травні (найвища концентрація сірководню 1,18 мг/дм3) та в 16 пунтах в серпні (найвища концентрація сірководню  зафіксовані у кількості 3,2 мг/дм3) ;

- відмічено збільшення вмісту хлорофілу “а” у першій частині естуарію  41,01 мкг/дм3 проти 0,45-12,97 мкг/дм3 в період першої експедиції;

- зниження концентрації кисню у придонних шарах води нижче нормативних значень (4 мг/дм3) спостерігалося в 5 пунктах в травні та в 14 пунктах в серпні.

- відмічено збільшення вмісту хлорофілу “а” в період з травня по серпень, найбільші значення зафіксовано у Бузькому лимані  – на рівні 90,8 – 135,7 мкг/;

- зафіксовано перевищення ГДК (для водойм рибогосподарського призначення) за вмістом амонію сольового в придонних шарах води від 4,5 до16 разів.

         Проведені дослідження (та розроблено відповідний алгоритм) зв’язку  рослинно - аквальних ландшафтних комплексів (РАЛК)  в верхів’ях естуарію Дніпра та якістю води з метою визначення індикаторів якості води та подальшої оцінки якості води дистанційними методами. 

Рис. 1. Інтерфейс програми визначення якості води

Рис. 2.  Дослідження “цвітіння” води

Результати робіт УЦМЗР будуть використані органами Мінекоресурсів та Держводгоспу для підготовки  відповідних матеріалів при прийнятті управлінських рішень.

.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.