Краткая характеристика физико-географических условий изучаемой территории

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

 

С одержание :                                                                                          стр.

В ведение                                                                                                3

Краткая характеристика физико-географических

Условий изучаемой территории                                                          6

Материалы и методы исследований                                                  8

Обсуждение результатов                                                                     13

Основные выводы                                                                               16

Литература                                                                                            17

В ведение

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.

Вегетационный период со среднесуточными температурами свыше +5 °С составляет на юге 95 – 110 дней, на севере 72 – 94 дня. Сумма положительных температур колеблется от 400 градусов на севере до 1100 градусов на юге.

Почвообразовательный процесс обусловлен низкими температурами, коротким летом, широким распространением ММП, переувлажненностью и развивается по глеево-болотному типу. Химическое выветривание протекает слабо, при этом высвобождающиеся основания вымываются из почвы, и она обеднена кальцием, натрием, калием, но обогащена железом и алюминием. Недостаток кислорода и избыточная влага затрудняют разложение растительных остатков, которые медленно накапливаются в виде торфа. Все типы тундровых почв, за исключением тундровых поверхностно-глеевых и дерновых, морфологически слабо выражены, маломощные, кислые, слабо гумуфицированные с низким плодородием. Дерновые почвы обладают достаточно высоким естественным плодородием.

моховой и лишайниковый покров сомкнуты, появляются заросли из карликовых берез, низкорослых видов ив. Значительные площади занимают травяно-осоковые болота, в долинах рек и ручьев встречаются ивняки и тундровые луговины с обильным многовидовым разнотравьем и злаками.

Реки – большей частью притоки Печоры и Усы - в верховьях текут в узких долинах, ниже долины их расширяются и течение становится спокойным. В верховьях главных рек (Шапкина, Колва, Адзьва и др.) много озёр (Вашуткины, Шапкинские и др.) (Атлас Арктики, 1985; Ненецкий автономный…, 2001; Большая Советская…, 1988).

Широко развито оленеводство, пушной промысел и молочное животноводство. В пределах территории находится часть Печорского угольного бассейна, Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции; здесь открыты месторождения нефти и газа. недостаточная геологическая изученность территории, слабая разведанность проявлений рудного и нерудного минерального сырья позволяют выделять в качестве наиболее значимых ограниченный круг полезных ископаемых: нефть, некоторые виды стройматериалов. Другие виды полезных ископаемых требуют дополнительной разведки и изучения для оценки их перспективности.

Восточноевропейские тундры на сегодняшний день в значительной мере сохранили естественный облик вследствие слабого освоения и признаны эталоном равнинных тундр Европы. Тем не менее, на большинстве площадей региона отмечены изменения структуры и состава растительного покрова, связанные с влиянием хозяйственной деятельности различной интенсивности. Среди основных факторов влияния выделим – не всегда контролируемое оленеводство, ведущее к перевыпасу и изменению состава доминирующих видов растений и интенсивное развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК), особо возросшее в последние десятилетия.