Источники информации

Информационные основы геоэкологии

Решение экологических проблем рационального природопользования и охраны и оптимизации природной среды требует обширной и разнообразной информации о состоянии природы и результатах антропогенного воздействия на нее. При этом геоэкологов интересуют три группы фактов:

1. Данные о природных условиях и естественном ходе природных процессов на конкретной территории. Особое внимание привлекают неблагоприятные для жизни, ведения хозяйства и здоровья людей условия и процессы, а также стихийные бедствия, имеющие разрушительный характер: землетрясения, затопления территорий, ураганы и смерчи, оползни и сели и т. п.

2. Результаты взаимодействия природных и технических систем, случаи отдельного и систематического техногенного воздействия на среду и их последствия. Это загрязнение атмосферы двуокисью углерода (СО₂), приводящее, как полагают некоторые экологи, к потеплению климата; двуокисью серы (SO₂), вызывающей кислотные дожди и туманы; окисью и двуокисью азота (NO и NO₂); хлорфторуглеродами из промышленных источников; разрушение озонного слоя атмосферы; распространение токсичных химических веществ, включая инсектициды и гербициды, и их воздействия на среду и человека. Все это приводит к гибели растительности и животных, уменьшению биологического разнообразия видов. Экологическая информация включает также сведения о загрязнении морской среды и пресных вод и их истощении; о загрязнении и захламлении территорий отходами производства, отвалами горнодобывающей промышленности, о сокращении и истощении фонда пахотных земель в результате неразумного ведения мелиоративных работ, вызывающих засоление почв, эрозию, нарушение водного режима, заболачивание, выщелачивание, сокращение площади лесов и др.

3. Сведения о научных исследованиях и разработках в области охраны природы и природопользования, о планировании, проектировании и проведении мероприятий по преобразованию среды, регулированию природных процессов и использованию природных ресурсов.

Вся информация делится на первичную, получаемую путем натурных наблюдений, измерений и съемок, и вторичную, или производную, которая является результатом обработки первичной информации, поступившей из разных источников и в различное время.

Первичная информация представляет собой массивы данных по температуре, влажности, давлению, радиации, концентрации химических веществ и т.д., отнесенных («привязанных») к определенной территории геодезическим (строго) или картографическим (менее строго) способом. Вторичная информация может быть не столь элементарной. Она выдается в виде балансов: водного, теплового, радиационного — или осредненных величин, например средних температур за некоторое время.

Информация может быть представлена в весьма разнообразной форме: в виде описаний, сводок числовых характеристик, рядов наблюдений, графиков, чертежей и их комбинаций. Сами данные измерений и наблюдений могут относиться к точке, группе (сети) точек, профилю (разрезу), площади (ареалу) или объему (телу) в толще гидро-, лито- и атмосферы. Пространственная информация может быть непрерывной по полю наблюдения или дискретной, хотя это деление несколько условно. Например, непрерывное поле информации, которое представляют собой аэрокосмические снимки, может быть разложено (квантовано) на составляющие элементы — пикселы или строки. Такую операцию мы проделываем с изображениями каждый раз, когда переводим их в форму, удобную для записи в памяти ЭВМ.

Носители визуализированной информации: снимки, схемы, карты — должны отвечать на вопросы: что, где, сколько, как? Каковы внешний вид, структура природно-антропогенного комплекса, что именно происходит в данный момент в природе? Какое место в среде, в окружении иных объектов и явлений занимает интересующий нас объект или факт, где он находится? Каковы границы нарушений природной среды, сколько территории подвержено загрязнению или другим видам нарушений? Как осуществляется процесс нарушения, каковы скорость его распространения, тенденции развития изменений в природе, вызванных ими?

Методы сбора информации классифицируются различным образом. По способу получения данных они делятся на экспериментальные и теоретические, по месту наблюдения — на полевые и камеральные, по используемой технике — на визуальные, инструментально-визуальные и инструментальные, по характеру информации — на количественные и качественные. Предлагается различать также методы и средства получения и обработки информации: методы должны отвечать на вопрос: «как достичь результата?», а средства определяют, «с помощью чего?» возможно его достижение.

В геоэкологических исследованиях полевые методы получения информации делятся на:

· методы непосредственных наблюдений, когда наблюдатель, исследователь находятся в прямом контакте с объектом наблюдения, исследования. Они в свою очередь делятся на стационарные и экспедиционные.

· методы опосредованные, при которых контакт с объектом наблюдения осуществляют специальные устройства — датчики, преобразующие температуру, давление, состав и свойства вещества и иные контролируемые величины в сигналы, удобные для передачи и регистрации. Сюда относится зондирование атмосферы с помощью шаров-зондов, глубин морей и океанов — приборами автономного действия и управляемыми с судов, земной коры — приборами, спускаемыми в скважины. Сюда же следует отнести автоматически работающие станции и буи, устанавливаемые в Арктике, Антарктике, малодоступных горных районах и морях.

· методы дистанционные, бесконтактные, с помощью которых информация о состоянии объекта наблюдения регистрируется на расстоянии от него. Наиболее эффективной из этой группы методов является аэрокосмическая съемка. Она позволяет собирать обширную информацию на значительные территории путем дешифрирования (интерпретации) записей, полученных с летательных аппаратов, отраженного или собственного электромагнитного излучения и иных физических полей.

Большой объем важнейшей экологической информации специалисты получают в результате воздушного и космического патрулирования территории страны. Периодические контрольные облеты на вертолетах и самолетах производят организации гидрометеослужбы, водохозяйственные учреждения, организации сельского и лесного хозяйства и др. Значительную программу наблюдений за земными ландшафтами выполняют экипажи пилотируемых орбитальных станций, в частности МКС. Они фиксируют лесные пожары, разливы рек, усыхание озер, последствия воздействия на природу таких крупных сооружений, как нефтепроводы и газопроводы, железные дороги. Наблюдение ведется за состоянием растительности, вод, снежного покрова, сельскохозяйственных культур и другими объектами. Все наблюдаемое регистрируется либо графически на картах и схемах, либо фотографически.

Возможность и результативность использования информации при построении теории и практическом решении экологических проблем определяются многими ее свойствами: надежностью, релевантностью, кондиционностью и др., составляющими в целом ее качество.

Качество получаемой информации зависит от нескольких факторов: надежности исполнителей (наблюдателей); характера и свойств используемых технических средств регистрации и обработки данных; методов работы, т.е. технологии преобразования и применения информации; организации наблюдений, сбора, систематизации и хранения данных.

Критериями надежности служат полнота, точность и достоверность информации.

Полнота необходимых сведений определяется решаемой задачей. Объем данных, если строится экологическая карта, задается легендой, а последняя устанавливается, исходя из масштаба карты и «масштаба» исследования. Полнота, таким образом, прямо зависит от пространственной и временной плотности точек наблюдений или измерений. Это одинаково верно, размещаем ли мы посты наблюдений в натуре или снимаем показания с аэрокосмических снимков и карт. Во втором случае либо выбирается регулярная сетка точек любой плотности, либо точки распределяются в соответствии с содержанием изображения.

Размещение станций наблюдений в натуре куда более сложная и дорогостоящая задача. С одной стороны, совокупность наблюденных данных должна быть представительной и надежно характеризовать состояние природного комплекса; с другой — количество пунктов наблюдений должно быть не более чем достаточным, поскольку содержание сети станций требует значительных затрат. Полнота временная связана с частотой наблюдений и измерений и устанавливается инструкциями. Результаты гидрометеорологических наблюдений составляют временные ряды — ценнейший вид информации, позволяющий судить о качестве природной среды в настоящее время, в прошлом и будущем.

Точность информации имеет двоякий смысл: как точность пространственного положения точки, в которой производилось наблюдение, и как погрешность определения данных. Чаще всего точность измерений задается заранее: например, ошибки определения основных физических свойств атмосферы, вод, почв, концентрации в них вредных веществ. Разумеется, в последнем случае погрешность определений не может быть больше ПДК.

Достоверность информации означает отсутствие дезинформации, т.е. перепутывания объектов, событий, явлений, неправильного их истолкования и оценки. Практически все это может привести к неверным решениям, неправильно выбранным природоохранным мероприятиям. Ярким примером может служить нескончаемая дискуссия о том, приносит экологический вред или нет строительство дамбы, пересекающей Невскую губу Финского залива с целью защиты С.-Петербурга от наводнений.

Релевантность истолковывается как пригодность данных к решению конкретной задачи. Вся собираемая информация поэтому может быть разделена на извлекаемую впрок, необходимость которой очевидна, и получаемую периодически, целенаправленно для решения возникающих задач.

Кондиционность информации означает ее соответствие тому заданию, которое было получено в начале наблюдений, и где была указана номенклатура необходимых данных.

Основной путь повышения надежности — это дублирование источников информации. Для этого измерения производятся независимо разными исполнителями и неоднократно, увеличиваются число наблюдений и частота постов в натуре, применяются различные приборы, инструменты и способы вычислений, все вычисления делаются «в две руки» и т. д. В аэрокосмической съемке такое дублирование обеспечивается путем регистрации электромагнитного излучения одновременно в разных зонах спектра.

Развитие дистанционных методов получения информации в условиях обострившейся экологической обстановки во всем мире стимулировало появление особого рода метода и организации сбора и использования информации о состоянии природной среды, называемого мониторингом. Мониторинг — обратная связь в системе «человек — природа», позволяющая фиксировать нарушения природной среды, оценивать их характер и источники загрязнения, принимать меры к защите природы и контролировать их реализацию. Таким образом, мониторинг становится средством управления взаимоотношениями общества и природы.

Мониторинг состоит из повторяющихся циклов, включающих съемку, интерпретацию экологической ситуации по снимкам и картографирование, проектирование и проведение природоохранных мероприятий и снова съемку. Аэрокосмические снимки играют роль «зеркала», с помощью которого геоэкологи видят состояние природы, последствия случайных и результаты спланированных воздействий на природу. Тем самым мониторинг позволяет корректировать направление, объем и темпы актов природопользования.

Мониторинг включает несколько ступеней, или блоков, с различными функциями. Сначала выделяются виды и границы использования земель. Затем оцениваются эпизодические и систематические, кратко- и долговременные изменения в природе. Далее разделяются естественные преобразования природной среды и нарушения, вызванные деятельностью людей. Наконец, формируется общая картина состояния и динамики среды на наблюдаемой территории.

Кроме систематически и периодически фиксируемой в процессе мониторинга информации ее получают также эпизодически, когда мы вынуждены срочно регистрировать состояние среды, изменившееся в результате более или менее катастрофических природных явлений, например землетрясений, наводнений, или воздействий людей на природу, например «залповых» сбросов отходов производства в атмосферу и воды.

Значительную роль в осуществлении мониторинга играет его обеспечение, включающее следующие этапы:

1. Историко-географическое обеспечение—выявление кратко-, средне- и долговременных, непрерывных, периодических и цикличных качественных изменений природы; ретроспективная оценка экологических последствий антропогенного воздействия на среду.

2. Картографическое обеспечение — построение серии базовых карт, дающих общую характеристику природного и антропогенного ландшафта, показывающих границы и типы использования земель на исследуемой территории, отмечающих источники загрязнений и ареалы их распространения.

3. Космическое обеспечение — съемка, обработка и дешифрирование снимков.

4. Подспутниковое обеспечение — наземное и аэросъемочное на эталонных, ключевых участках.

Накопленный материал сводится в банки данных, в том числе с использованием ЭВМ. Мониторинговая информационная система включает блоки сбора информации, первичной обработки и накопления данных, моделирования естественных и нарушенных природных процессов, что позволяет построить карты-выводы о состоянии природной среды на территории. Каждый цикл мониторинга завершается выдачей рекомендаций по планированию природоохранных мероприятий и использованию природных ресурсов.

Дата добавления: 2014-01-06