Изучение экологического состояния территории Большеземельской тундры с использованием методов дистанционного мониторинга (стр. 1 из 3)
Министерство высшего образования
Сыктывкарский государственный университет
Курсовая Работа
по теме: Изучение экологического состояния территории Большеземельской тундры с использованием методов дистанционного мониторинга
Работу выполнил:
студент III курса 234 группы
Шулепов Константин Алексеевич
Научные руководители:
Братцев Андрей Адольфович, к.г.н., зав.отделом геоинформационных и учебных технологий СыктГУ.
Елсаков В.В., к.б.н., зав.отделом экосистемного анализа и ГИС технологий Института биологии Коми НЦ УрО РАН
Сыктывкар 2004
Содержание: стр.
Введение 3
Краткая характеристика физико-географических
условий изучаемой территории 6
Материалы и методы исследований 8
Обсуждение результатов 13
Основные выводы 16
Литература 17
Введение
Географические информационные системы (ГИС) появились в 1960-х годах как инструмент, позволяющий проводить изучение структурных и функциональных особенностей природных объектов с учетом их пространственной приуроченности. Существует две общераспространенные версии возникновения первых ГИС [8]. Согласно первой, наиболее ранние ГИС были созданы Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте США с целью автоматизированной обработки географической информации. Согласно альтернативной версии – первые ГИС были создана в Канаде и имели цель картирования природных ресурсов (CGIS).
В настоящее время важной задачей, отводимой для использования ГИС, является непосредственная характеристика состояния природной среды, подвергающейся воздействию естественных и антропогенных факторов. Важнейшие свойства отображаемых в ней показателей – их содержательная, пространственная и временная локализация. При этом информация, используемая в качестве релятивной базы данных ГИС всегда беднее исходной природной. Поэтому для обеспечения объективности и репрезентативности результатов необходимо соблюдение ряда требований, прежде всего затрагивающих способ получения и пространственную достоверность данных.
Одним из важных источников для ГИС разных уровней (локальных и региональных) являются методы дистанционного зондирования (ДЗ) природных объектов, основанные на использовании электромагнитных излучений, исходящих от предмета исследований и путем их регистрации без непосредственного контакта с ним. Рассматривая ДЗ с позиций системного подхода, необходимо определить входные и выходные элементы системы, ее внутреннюю структуру, границы и окружающую среду. Входными элементами системы являются физические поля, образуемые отражением и/или излучением земной поверхности и естественными процессами в недрах Земли, а также поля техногенного происхождения. Входными элементами системы являются также эмпирические и теоретические закономерности связи физических полей с объектами природной среды. Выходными элементами системы ДЗ следует считать компоненты дистанционной основы карт природоресурсного содержания.
дистанционная основа (ДО) карт определена как оптимальная совокупность материалов ДЗ, результатов их обработок и интерпретации, представленной в цифровом и аналоговом виде. Она состоит из фактографической и интерпретационной частей. Компонентами фактографической части ДО являются нормализованные материалы ДЗ в цифровой и аналоговой формах, а также результаты формализованных преобразований этих материалов. Интерпретационная часть ДО (схемы дешифрирования и интерпретации результатов дешифрирования) создается по результатам экспертного интерактивного анализа изображений и другой информации (Перцов и др., 2000). Наиболее естественным способом система ДЗ подразделяется на следующие три подсистемы: сбор материалов ДЗ, обработка материалов ДЗ и их тематическая интерпретация (Рис.1).
Рис.1. Входные и выходные элементы системы ДЗ.
По способу получения первичных данных дистанционные методы исследования подразделяются на пассивные, т.е. основанные на улавливании излучений от естественных источников (солнца, Луны, звезд, земной поверхности и самих изучаемых объектов), и активные, т.е. предполагающие использование искусственных источников излучения (ламп накаливания, газоразрядных ламп, лазеров). В общеупотребительном смысле термин ДЗ обычно включает в себя регистрацию (запись) электромагнитных излучений посредством различных камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов такого рода. Наибольшее применение среди пассивных дистанционных методов получили исследования в оптической области электромагнитного спектра (фотографирование), в том числе различных диапазонах. Достоинство этого метода состоит в том, что фотографические материалы доступны для непосредственного зрительного восприятия и анализа средств используемых в ГИС системах. Космические и аэрофотоснимки обеспечивают территориально полное и непрерывное изучение больших площадей, состояние которых зафиксировано на единый момент времени (Востокова и др, 1988).
В настоящее время методы ДЗ широко используется для сбора и записи информации о поверхности Земли, морском дне, атмосфере, Солнечной системе и др. объектах. Оно осуществляется с применением морских судов, самолетов, космических летательных аппаратов и наземных телескопов. Данные ДЗ используются для принятия решений в области многих научных и практических задач, связанных с экономическим, социальным и экологическим развитием, как отдельных регионов, так и страны.
Наибольшее распространение в настоящее время получили методы ДЗ, основанные на анализе особенностей спектральных характеристик космических снимков разного пространственного разрешения. В России в качестве носителей аппаратуры используются космические аппараты гидрометеорологического (типа «Метеор» и «Электро»), оперативного (типа «Ресурс-О1» и «Океан-О1») и фотографического (типа «Ресурс-Ф») наблюдения [9]. Основными задачами мониторинга, осуществляемого с применением данных средств, являются:
· контроль погодообразующих и климатообразующих факторов с целью достоверного прогнозирования погоды и изменения климата, в том числе и в околоземном космическом пространстве;
· контроль за состоянием источников загрязнения атмосферы, воды и почвы с целью обеспечения природоохранных органов федерального и регионального уровней информацией для принятия управленческих решений;
· оперативный контроль чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера с целью эффективного планирования и своевременного проведения мероприятий по ликвидации их последствий;
· информационное обеспечение проведения земельной реформы, рационального землепользования и хозяйственной деятельности;
· создание динамической модели Земли как системы с целью прогнозирования нарушений экологического баланса и разработки мероприятий по сохранению среды обитания человека и животных
Цель настоящей работы: Изучение возможностей использования методов дистанционного мониторинга для оценки экологического состояния модельных участков территории Большеземельской тундры.
Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1. Дать характеристику физико-географических условий территории для выявления основных факторов, влияющих на особенности пространственного распределения основных компонентов экосистем в ландшафтах Большеземельской тундры;
2. Собрать и подготовить серию снимков спутника LANDSAT и ASTER для выявления закономерностей распределения спектральных характеристик района исследований;
3. Выявить динамику нарушений растительного и почвенного покрова под влиянием объектов добычи и транспортировки нефти на основании использования разновременных снимков 1998-2000 гг. на участках испытывающих влияние нефтегазового комплекса
4. Подготовить серию изображений, для проведения дешифрирования в течении летнего полевого сезона 2004 г.
Краткая характеристика физико-географических условий изучаемой территории
Большеземельская тундра, холмистая моренная равнина, расположенная в пределах междуречья рек Печора и Уса, Уралом и Пай-Хоем, в административном отношении в пределах Ненецкого автономного округа (Архангельской области) и республики Коми. Преобладающие высоты варьируют в пределах 100-150 м, наибольшая 242 м. низменное, сильно заболоченное приморское побережье к югу повышается террасами, сложенными морскими песками и глинами, и переходит в сильно всхолмленную местность с довольно высокими грядами: Вангурей, Еней, Лыммусюр и др. От Хайпудырской губы к устью Цильмы протягивается возвышенность, называемая Большеземельский хребет, служащий водоразделом рек, впадающих в Баренцево море и в реку.
Климат формируется преимущественно под воздействием арктических и атлантических воздушных масс. Частая смена воздушных масс, перемещение фронтов и связанных с ними циклонов обуславливают неустойчивую погоду. Климат субарктический, с продолжительной холодной зимой (средняя температура января от -16°С на Северо-Западе до -20°С на Юго-Востоке) и коротким прохладным летом (средняя температура июля от +8 до +12°С); в летние месяцы возможны заморозки, средне годовая температура отрицательна. Осадков в год от 450 мм на Юге до 250 мм на Севере. минимум осадков наблюдается, как правило, в феврале, максимум – в августе – сентябре. Не менее 30 % осадков выпадает в виде снега. Избыточное увлажнение, обусловленное низким термическим уровнем в сочетании с равнинным рельефом, слабоводопроницаемыми и многолетнемерзлыми грунтами, определяет обилие поверхностных вод, способствует широкому распространению болот. Часты туманы, от 37 до 72 дней в году. Летом и весной преобладают ветры северных направлений, зимой и осенью – южных. Средняя скорость ветра составляет около 48 м/с. Для климата округа характерны метели до 60 дней в году. Мощность многолетнемерзлые породы (ММП) в Большеземельской тундре изменяется в широком диапазоне и достигает 500 м. Температура ММП в подзоне сплошного распространения изменяется от -5 °С до -2 °С; в местах с не сплошным распространением температура пород выше.