Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Геоинформационные мониторинговые системы могут быть локального, регионального и глобального масштабов. Системы локального характера основаны на стационарных средствах регистрации данных об окружающей среде. Для организации систем регионального масштаба используют самолеты, на которых размещена измерительная аппаратура. Создано большое число региональных геоинформационных систем для оперативной оценки степени аномальности климатических процессов. Создание же глобальных мониторинговых систем является качественно новым этапом в развитии мониторинга и требует больших затрат. Работы над глобальными системами ведутся в рамках крупных 62 международных программ, например программы изучения океанских процессов, разработанной НАСА, основная цель которой — понять роль океанов в формировании климата Земли. Опыт этой программы говорит о реальности создания глобальных мониторинговых систем, обеспечивающих накопление таких данных, как распределение температуры поверхности, векторы скоростей ветра над водой, радиационный баланс, газовый обмен на границе с атмосферой и т.д. На основе этих данных могут создаваться модели, позволяющие прогнозировать состояние экосистем океана.
В последние годы успехи информатики и вычислительной техники приоткрыли методам моделирования двери в такие области, как экология, биофизика, медицина. Но тут возникает сложность: модель должна как можно точнее описывать реальный объект, а живые объекты характеризуются множеством параметров, которые к тому же непрерывно меняются. Полную информацию о живом объекте получить практически невозможно, поэтому принципиально невозможно создать адекватную модель. Проблема катастрофически усложняется, если с помощью модели пытаться описать функционирование отдельных экосистем или всей биосферы.
Разработка теории мониторинга сталкивается и с другими серьезными трудностями. Чтобы сказать, какие данные об изучаемом природном процессе нужны для осуществления его мониторинга, требуется математическая модель этого процесса. А построение модели требует согласованного учета деталей процесса и его пространственных масштабов.
При построении математической модели изучаемые природные процессы разбивают на три группы:
1) относящиеся к выбранному масштабу времени;
2) находящиеся в динамическом равновесии по отношению к выбранному масштабу времени (быстро протекающие процессы);
3) которые можно считать неизменяющимися по отношению к выбранному масштабу времени (медленно протекающие процессы).
Международный комитет при ЮНЕСКО определил перечень процессов и их характеристические времена (табл. 10).
Таблица 10. Природные процессы и характерные времена их протекания
Процесс
Временная шкала
Осаждение Дыхание растений Формирование продуктивности
Минуты, часы Часы, дни Дни, месяцы
63
Продолжение табл. 10
Процесс
Временная шкала
Изменения в сообществе растений и животных Формирование почвы Геоморфологические процессы
Месяцы, годы Десятилетия Века, тысячелетия
С временными масштабами тесно связана и пространственная детализация .
Таким образом, систематизация природных ресурсов имеет по меньшей мере двухмерный характер. И структура системы экологического контроля должна учитывать эту двумерность. Программа, разработанная Международным комитетом при ЮНЕСКО, рекомендует набор моделей для этой системы, охватывающий различные проблемы направления:
— определение пространственной сетки для сбора данных о взаимосвязях климатических изменений с поведением экосистем;
— построение моделей с выделением неоднородностей вертикальных структур таких обобщенных переменных, как растительность и почва;
— изучение взаимосвязи климатических событий в прошлом и настоящем и выявление закономерностей этих взаимосвязей для отдельных территорий;
— создание моделей для описания динамики долго- и короткоживу-щих газов в атмосфере;
— организация экспериментальных исследований для получения данных, обеспечивающих понимание эффектов воздействия атмосферных газов на растительные сообщества;
— численное описание динамики прибрежных вод мирового океана в условиях поступления данных от источников наземного базирования и со спутников.
Необходимо расширять применение новых технологий измерения. Например, в области геоинформационного мониторинга слабо используется миллиметровый диапазон, который может применяться для определения примесных газов в атмосфере.
Практически невозможно по данным измерений установить истинные значения параметров, так как экологические системы непрерывно изменяются и нельзя сформировать статистически однородную выборку данных.
Совершенствуя технику измерения и развивая модели экосистем, нельзя забывать о методах обработки данных измерений и моделирования. Математическая модель может успешно выполнять свои функ
64
ции только при наличии доступа к банкам данных. Поэтому один из центральных блоков глобальной мониторинговой системы — это система сбора, сортировки и накопления результатов измерения и моделирования.
§ 2.2. ПРОЦЕССЫ МАСООПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
