Исследование влияния антропогенной нагрузки на экосистемы с использованием материалов дистанционного зондирования и биомониторинга
В настоящее время особенно остро ставится вопрос качественной и количественной оценки воздействия процессов урбанизации на природные ландшафты. Предлагаются различные подходы к изучению проблемы. Один из путей — это геохимическое картографирование, в основе которого лежит представление о том, что техногенные потоки веществ рассеиваются и аккумулируются в природных компонентах среды и ими транспортируются. По степени их загрязнения относительно фоновых аналогов можно определять качество окружающей среды [60, 64].
Однако механизм формирования различных, и, в частности, атмосферных потоков, в которых происходит трансформация и перенос загрязнителей, весьма сложен, многофункционален и в настоящее время недостаточно изучен, особенно в количественных параметрах. Наиболее мощные техногенные потоки дают промышленные предприятия. Определенная информация о качестве городской среды может быть получена при геохимическом картографировании депонирующих сред (почва, снежный покров). Предлагаются методики сравнения экологического состояния урбоэкосистем и выбора наиболее значимых из воздействующих факторов, основанные на анализе легкодоступной официальной статистики.
Достаточно наглядно распределение антропогенной нагрузки показывают карты, на которых выделяются регионы, подвергающиеся различным типам воздействия, при этом количественная оценка техногенеза выражается в баллах.
Дистанционные, в частности космические, методы могут существенно повышать содержательность картографической информации, обеспечивая достаточно точное отражение современного состояния природных объектов, подвергшихся агро- или техногенным нагрузкам. По космоснимкам, как правило, достоверно дешифрируются крупные дымовые шлейфы различного происхождения, распространение которых определяется направлением ветра в конкретный момент времени. Но в крупных промышленных центрах на локализацию атмосферных загрязнителей оказывают влияние дополнительные факторы: условия рельефа, характер городской инфраструктуры, формирование локальных тепловых полей и т. п., суммарный учет которых представляет весьма непростую задачу. Поэтому интерпретация такого параметра, как загрязнение может носить неоднозначный характер, и в ряде случаев необходима подтверждающая информация, получаемая либо повторными съемками, либо альтернативными методами.
Любой космофотоснимок фиксирует интегральную ситуацию в определенный момент, когда в фотообразах исследуемых объектов заложены как постоянные, так и переменные оптически обусловленные параметры. Последние быстро изменяются во времени и наиболее успешно могут отслеживаться при наличии системы дистанционного мониторинга. Очевидно, что такие системы, как правило, уникальны, дорогостоящи, а иногда и вообще неосуществимы в силу объективных причин. При этом достаточно широко распространено мнение о том, что без повторных вариантов съемки не имеет смысла изучать, например, атмосферное загрязнение в условиях промышленных центров. По-видимому, это не совсем справедливо. Дело в том, что космофотоснимки — это своеобразная «застывшая динамика», а «оживить» картинку возможно методом ситуационного анализа или экологического дешифрирования. Несомненно, что и материалы одной съемки могут нести полезную информацию, даже если ее рассматривать как один из возможных сценариев развития экологической ситуации.
Настоящее исследование выполнено в рамках разработки комплексного картографирования урбанизированных геосистем на основе дешифрирования космофотоснимков. Оно базируется на методике, позволяющей характеризовать состояние экосистемы через раскрытие трех основных параметров: режима фонового природного ландшафта, прямого активного техногенного и косвенного (транзитного) воздействия. В качестве природно-антропогенных урбанизированных систем рассматриваются промышленные центры — г. Владимир и г. Ковров.
Владимир является областным городом, в котором сложилось несколько промышленных зон: юго-западная, центральная и северная. Через город по долине реки Аыбедь проходит граница двух природных районов: Мещеры и Ополья. В работе были использованы синтезированные космические снимки масштаба 1: 25000.
По указанным снимкам достоверно дешифрируются: гидрологические объекты, дорожная сеть, сельскохозяйственные угодья, растительность, эрозионная сеть, городская инфраструктура.
Сельскохозяйственные угодья находят полное отражение на космоснимках. Точно определяются конфигурации полей, их ориентировка, площадь, направление вспашки, состояние угодий на момент съемки. Имеется возможность определить культуру, под которую занято то или иное поле.
По космоснимкам выделяются несколько типов растительных ассоциаций: леса, кустарники, пойменная растительность, искусственные посадки (садово-огородные, дачные участки), зарастающие вырубки.
Космоснимки г. Владимира и окрестностей представляют информацию, позволяющую выявить очаги загрязнения и проследить основные направления их распространения (рис. 6.9.).
Сопоставление данных космосъемки с картой общего загрязнения территории города, составленной по
Рис. 6.9. Распространение атмосферного загрязнения в окрестностях г. Владимира
результатам определения содержания пыли в снеговых выпадениях, в целом выявляет их взаимосоответ-ствие. Однако некоторые геохимические аномалии, обнаруженные при наземном исследовании, не находят отражения на снимках в связи с тем, что на них регистрируются наиболее крупные очаги загрязнения, фотоизображения которых обусловлены интегральным загрязнением как атмосферного воздуха в конкретный момент съемки, так и поверхностным загрязнением, связанным с длительной седиментацией воздушных загрязнителей. Анализ же снеговой съемки фиксирует осаждение загрязнений из атмосферы только в течение одного сезона. Так, результаты наземной съемки свидетельствуют о повышенной концентрации пылевых осаждений в северо-восточном районе города, но визуальное дешифрирование космофотоснимков не позволяет достоверно подтвердить эти результаты, что по-видимому, связано с отсутствием условий для аккумуляции загрязнения на поверхности.
На основе дешифрирования космоснимков выявлены очаги загрязнения и определены основные направления их распространения.
Повышенный уровень загрязнения наблюдается в районах промышленных предприятий, вдоль автомагистралей. Сопоставление данных космосъемки с картой общего загрязнения территории города, составленной по результатам определения содержания пыли в снеговых выпадениях, в целом выявляет их взаимосо-ответствие.
Дешифрирование космоснимков может быть использовано в комплексной оценке техногенной нагрузки на окружающую среду. Нами предложена методика оценки распределения техногенных нагрузок, оказываемых промышленными предприятиями на урбанизированные территории. Она основана на результатах дешифрирования космоснимков, анализе статистической информации о техногенных выбросах с учетом особенностей форм рельефа города.
Предлагается балльная оценка информации. Суммарная техногенная нагрузка, определяемая как соответствующий коэффициент техногенной нагрузки (КТН), является функцией нескольких параметров: количества выбросов в воду, воздух и образование твердых отходов, степени опасности выбросов; особенностей рельефа фонового ландшафта. Коэффициент техногенной нагрузки может быть рассчитан и для одной из сред. Для удобства КТН ранжируется по пятибалльной шкале [64].
Сопоставление данных, полученных нами при расчете коэффициента техногенного воздействия на воздух с данными дистанционного зондирования выявило их соответствие.
Известно, что дешифрирование космических снимков позволяет обнаруживать локальные атмосферные потоки вдоль глубоких долин в направлениях, не коррелирующих с общей циркуляцией воздушных масс.
При анализе космоснимков окрестностей г. Владимира был выявлен локальный атмосферный поток загрязненного воздуха, проходящий вдоль реки Рпень в северном направлении, несмотря на то, что в данном районе доминирует западный атмосферный перенос, Визуализация потока осуществлена благодаря повышенной концентрации в нем загрязнителей. Это подтверждает, что глубокие, протяженные долины рек могут играть роль «вытяжной трубы» промышленных центров. Указанный поток захватывает основную массу выбросов предприятий центральной и северной промышленных зон и выносит их в район Ополья. Такое влияние города на Ополье было оценено как негативное, так как данный природный район является густозаселенным и характеризуется большим количеством дачных поселков и сельскохозяйственных угодий.
Таким образом, комплексное использование материалов дистанционного зондирования и статистических данных позволяет проследить пути формирования техногенных потоков на территории г. Владимира и наметить ареалы для дальнейших исследований с использованием методов биомониторинга.
