Выявить источники воздействия на природную среду, организуя контроль источников загрязнения и его правовые механизмы т.е. экологическую экспертизу

В широком смысле слова Экологический Мониторинг это система регулярных пространственно-временных наблюдений за одним или более элементов окружающей природной среды (объектом) по заранее выработанной программе, осуществление которой позволяет

Мониторинг (от английского monitoring-слежение, контроль) это система наблюдений за состоянием объекта изучения, отражения динамики происходящих в нем изменений и прогноза развития ситуации.

Если объектом является окружающая экологическая обстановка, такой мониторинг можно было бы назвать экологическим. Экологию (рис.1) можно отнести к разряду естественных наук о Земле, только в отличие от метеорологии, геологии или гидрологии изучающих процессы в атмосфере, литосфере и гидросфере и имеющих своей основой физику и химию, корни экологии лежат в биологии, а объектом её изучения является отношение между живой и неживой природой.

Очевидно, что по аналогу с системой наблюдений в естественных науках, экологический мониторинг-это мониторинг биосферы (экосферы), точнее мониторинг взаимоотношений между живой и неживой природой. Неоправданно, таким образом, сужать экологический мониторинг к мониторингу загрязнения среды или сводить его к мониторингу биологических объектов.

1) определить тенденции в изменении, как отдельных элементов окружающей среды, так и биосферы целом;

2) прогнозировать совокупность будущих состояний биосферы при сохранении данной тенденции;

3) оценить антропогенный вклад в изменение состояния биосферы на фоне ее естественных природных вариаций;

Некоторые ключевые термины в определении (подчеркнуты) требуют разъяснения

i. когда говорим «система регулярных пространственно-временных наблюдений, объект, программа» из этого сразу следует, что в мониторинге используется только регулярное наблюдение объекта или элемента среды за продолжительное время, достаточное для описания эволюции элемента и объекта на масштабе пространства сопоставимого с масштабами взаимодействия объектом с остальной средой. К мониторингу не могут быть отнесены отдельные исследования свойств объекта и элементов среды (программы, проекты, полевые экспедиции и т. д.), даже имеющие большое научно-прикладное значение, поскольку они не носят регулярного характера, т.е. имеются значительные перерывы в наблюдениях или они не имеют надлежащего пространственного охвата. С другой стороны в коротких интенсивных программах возможны прямые измерения величин, служащие в последующем, основой для выбора эффективного индикатора состояния объекта, натурной калибровки дистанционных методов мониторинга, использующих косвенные оценки величины элемента (см. практическое занятие).

ii. употребляя термин «тенденция» часто подразумевают, лишь изменение среднего состояния объекта или величины элемента во времени, однако отклик экосистемы может быть более ощутим, если изменяется амплитуда и частота появления экстремальных значений величины элемента (см. Лекция 3).Поскольку экология изучает именно отношения между биотическими и абиотическими элементами среды, то в рамках экологического мониторинга следует рассматривать и тенденции в характере корреляций между элементами окружающей живой и неживой природы. Предсказать отклик биосферы в целом на изменение отдельного элемента (объекта) в силу сложности механизмов природных явлений невозможно, но исходя из начального состояния биосферы, можно пытаться оценить лишь некую наиболее вероятную совокупность будущих состояний или ансамбль состояний биосферы.

iii. Элементы биосферы в отношении антропогенного воздействия, классифицируется, согласно Ю.А. Израэлю (3), на три основные группы:

1) население и его здоровье;

2) биотические: а) природные или созданные и используемые человеком экосистемы (лес, поля и т. д.); б) природные, неиспользуемые человеком;

3) абиотические: а) крупные составляющие биосферы, климат, воздействие на которые ведет к геофизическим изменениям крупного масштаба; б) природные элементы небольшого масштаба в условиях интенсивного воздействия; в) созданные человеком объекты (города, каналы, машины и т.д.).

iv. Естественные природные вариации подразумевают колебания погоды, климата, гидрологического цикла, изменение ландшафтов, естественные колебания численности популяций и т.д. Кроме очевидных примеров (вырубка леса, промышленное и бытовое загрязнение, сельскохозяйственная деятельность) антропогенный вклад и естественные вариации подчас сложно переплетаются. Нельзя, например, с уверенностью сказать, что в начале первого тысячелетия нашей эры (и ранее) вызвало «великие» переселения кочевников Центральной Азии: ухудшавшиеся климатические условия, (или наоборот благоприятные), ведущие к перенаселенности степи, внутренние (этногенез) или внешние социальные причины (давление других племен), или все сказанное вместе.

Уместно заметить, что подчас природоохранные меры, направленные на ограничение антропогенной нагрузки, могут разрушать уже сложившиеся биоценозы. Например, в степных заповедниках (например экосистема Аркаима) происходит исчезновение видов растений, адаптировавшихся к периодическому вытаптыванию и поеданию копытными животными. Эти растения, произраставшие в течение тысячелетий скотоводческой культуры замещаются другими, т.е. меняется степной ландшафт. Охрана лесов от пожаров, часто приводит к чрезмерному накоплению сухого вещества, и развитию мелкого древостоя в лесах, элементов, которые ранее уничтожались циклически повторяющимися естественными пожарами (молнии, самовозгорание) малого масштаба. В таких заповедных лесах с накопленным горючим материалом в периоды засух могут возникать пожары невиданной силы, такие как пожары последних десятилетий в национальных парках запада США.

v. Понятие источники воздействия на среду и контроль состояния среды непосредственно связаны с понятием качество окружающей среды, которое будет освещено далее.

1.2 Классификация видов мониторинга.

Различие в детальности анализа, специфических задач, объектов, методов, наличие инфраструктуры, в социальной значимости и т.д. ведут к многообразию подсистем экологического мониторинга.

1.2.1) Мониторинг в соответствии с пространственным масштабом охвата наблюдений и их организации условно делится на:

1. глобальный в котором производится слежение за изменениями элементов среды планетарном масштабе и требует кооперации всех стран в сборе, унификации и анализе наблюдений. Например, Всемирная Метеорологическая Организация (ВМО) осуществляет международный мониторинг, регулируя обмен потоками стандартизированных данных об атмосфере и гидросфере со всего мира (см. курс «учение об атмосфере»), включая сеть фонового мониторинга.

2. национальный, осуществляемый в рамках одного государства. Например, Единый Государственный Экологический Мониторинг РФ или государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды, это служба сбора и анализа информации о текущем состоянии и естественных и антропогенных изменений произошедших в окружающей среды в нашей стране.

3. региональный, где в масштабе относительно большого региона требуется кооперации усилий отдельных государств или различных государственных организаций, поскольку по ряду причин производить наблюдения (финансово-организационные, специфика задач) за изменениями среды, имеющими естественную и антропогенную причину в рамках только общенациональной или глобальной программ мониторинга затруднительно. Например, состояние среды на материке Антарктида исследуется постоянными экспедициями ряда стран. Объектами регионального мониторинга (см 1.2.3) являются особые по влиянию на биосферу природные зоны, такие как ледовый покров острова Гренландия, экосистемы бассейна Аральского, Балтийского моря, Черного, Каспийского, тропический лес Амазонки и т.п. Региональные проекты мониторинга как сложных природных систем (например, бассейн реки Волги), так и собственно отдельных регионов (мониторинг Московского региона, Челябинской области) осуществляются одним государством и его субъектами, обладающими достаточной для этого инфраструктурой.

4. локальный мониторинг среды осуществляется вокруг меньших по сравнению с площадью региона объектов промышленного, сельскохозяйственного, военного или иного назначения. Такие объекты, как правило, выбрасывают свои специфические загрязнители. Например, ПО «Маяк» является источником радиоактивного загрязнения, радиолокационные станции – электромагнитного излучения, цветная металлургия ­– сернистого газа и тяжелых металлов и т.д.

5. точечный или импактный мониторинг это регулярные наблюдения и анализ данных в одной особой точке. Сюда можно отнести измерения задымленности на перекрестке, оценку условий в рабочей зоне предприятий, у источника сброса сточных вод и т.д.

Очевидно, что деление мониторинга по масштабам неоднозначно: наблюдения за элементом в одной взятой точке могут быть использованы как в локальном, так и региональном и глобальном мониторинге этого элемента. Влияние одного мощного локального источника может приводить к загрязнению регионального масштаба. Действительно ореолы максимальной концентрации тяжелых металлов в почве, связанные с выбросами Норильского горно-металлургического комбината, наблюдаются в радиусе 20 км от источника, но шлейф дыма прослеживается из космоса на расстоянии до 500 км. Точечные наблюдения за загрязнением воздуха в городах могут отражать как локальное, так и региональное загрязнение, в зависимости от относительного положения точки измерения и источников загрязнения, или их природных «ловушек» (лесные массивы, водные объекты и т.д.). Процессы в «ключевых» регионах планеты (арктические регионы, центральная часть Тихого океана) могут служить индикатором глобальных изменений среды.

Несмотря на условность отнесения наблюдения к определенному масштабу, цели и методы локального, регионального и глобального мониторинга различаются, даже если ведутся наблюдения за одним компонентом среды. Например, концентрация бесцветного и не имеющего запаха метана CH₄, достигает нескольких процентов от объёма воздуха в угольных и других шахтах и лишь порядка 1,7 млн^-1 от процента в районах удаленных от источников метана. В «точечном» контроле на шахте метан важен как «сиюминутный» компонент смеси с воздухом, которая при содержании метана от 4,6% до 14,2% взрывоопасна. В «глобальном» мониторинге, важна роль атмосферного метана в поглощении длинноволнового излучения от поверхности Земли, его роль в многолетней тенденции к потеплению климата. Очевидно, что приборы и методы анализа содержания метана в этих двух случаях абсолютно различны. Следовательно при постановке задач мониторинга важно провести анализ средств наблюдения, методов интерполяции точечных данных и поиска тенденций, на их соответствие пространственному и временному масштабу воздействия от источника вызывающего возмущение среды. Важно помнить, что глобальное поле элементов всегда служит фоном, некой точкой отсчета, для обнаружения региональных, локальных тенденций.

1.2.2) Мониторинг в соответствии с методами и средствами его ведения может быть а) геофизический (физика атмосферы, гидросферы, литосферы) использует физические методы наблюдения, химический (аналитический) мониторинг сред- методы химического анализа, биологический- методы биоиндикации, медико-экологический (санитарно-гигиенический)– методы медицинской статистики и др. Особую роль в мониторинге окружающей среды (ОС) играют дистанционные методы при которых свойства объектов и явлений на поверхности суши, в атмосфере и океане оцениваются сенсорами со спутников, самолетов, судов или наземных станций зондирования, радары, лидары и др. Обычно в дистанционных методах параметры ОС (температура, химический состав, наличие взвеси и др.) оценивается по изменению отражающих или поглощающих свойств среды (почв, облачности) в различных участках спектра электромагнитного излучения (ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном, и др.). Ограниченно используется сенсоры механических колебаний, например ультразвук в эхолоты на морских судах.

1.2.3) Мониторинг в соответствии с объектом наблюдения делится на биосферный (объект биосфера), климатический, мониторинг океана, генетический (объект генетические изменения биологических организмов), мониторинг источников антропогенного загрязнения, мониторинг ландшафтов и т.д. Часто в строгой классификации реальных наблюдений по п.п.1.2.1-1.2.3 нет необходимости. Для описании типа мониторинга можно комбинировать характеристики средств сбора и методов измерений, объекта и его масштаба. Например возможно сочетание «спутниковые методы регионального гидрофизического (биологического) мониторинга», т.е. дистанционный мониторинг определенного океанического региона.

1.3 Мониторинг среды как геоинформационная система.

Основываясь на типизации экологического мониторинга по масштабам, его можно рассматривать как иерархическую систему обработки начальных первичных данных о живой и неживой природе, где каждый уровень наблюдений меньшего масштаба, передает в классифицированную с другим этапам обработки информации. Такая структура экологического мониторинга сближает его с задачами экоинформатики и понятием геоинформационная система (ГИС) в функции, которой входит фиксация и анализ взаимоотношений между живой и неживой природой. Следовательно структурными звеньями экологического мониторинга могут быть блоки, общие для любой прикладной ГИС:

· измерительная (средства сбора и методы измерений, блок ввода данных)

· информационная (базы и банки данных, система управления базой данных)

· ассимиляции данных, ре-анализа и прогноза экологических состояний, метеорологических полей, геофизических полей и т.д. (блок моделирования)

· доведения экологической информации и решений до потребителей

Измерительная система определенного параметра среды может использовать точечные и интегральные наблюдения (осредненные по площади или объёму) прямыми или косвенными методами. Качество и категория информации, получаемая измерительной системой зависит от типа приборов, и методов применяемых при наблюдениях (см. выше). Например в мониторинге загрязнения воздуха можно выделить наблюдения требующие различного типа и точности приборов:

· за фоновыми показателями, на минимальном уровне содержания измеряемых веществ

· за фактическими концентрациями вблизи источников загрязнения или местах работы и проживания населения

· за метеорологическими характеристиками

По аналогии с БД и СУБД ГИС для организации территориальных подсистем ЕГСЭМ необходимо создание региональных информационно-аналитических центров (РИАЦ) в которых бы хранились, классифицировались, ассимилировались данные поступающие от различных ведомств и были доступны как каждому из участников мониторинга, так и общественности.

В РИАЦ необходим блок моделирования где осуществляется ассимиляция данных, которая учитывает степень точности различного рода данных и соотносит их между собой. Здесь также фильтруются фоновые данные, производится объективный анализ полей и интерполяция данных в регулярную сетку, моделируется как поля элементов среды за прошедшие сроки на базе уточненных данных (reanalysis ре-анализ), так и прогностические (forecasting) базирующиеся на текущей информации. В развитых геоинформационных системах, таких как система мониторинга атмосферы и океана (см. сайт www.noaa.gov) для этого применяется численное моделирование полей элементов среды, на основе решения математических моделей системы уравнений гидродинамики с включением уравнений переноса, отражающих условия физико-химической трансформации (миграции) веществ. В настоящее время такой прогноз осуществляется на иерархически соподчиненных моделях: глобальных, региональные и мезомасштабных моделях. Данные модели большего масштаба обычно служат исходными данными для моделей с меньшим шагом сетки и более утонченной деталировкой физических процессов. Для оценки процессов переноса примесей в качестве исходных данных используются как поля, полученные на основании прямых измерений, так и аналитические приближения рассеяния примесей от источников в атмосфере или водной среде. Следовательно при организации мониторинга среды в масштабах области следует отдать предпочтение мезомасштабным моделям, но необходим выход на региональные и глобальные модели прогностические поля, которых в ряде случаев доступны в интернете.

Дата добавления: 2014-01-05