Наземно-космический мониторинг антропогенных воздействий на прибрежную зону Крымского полуострова

В. Г. Бондур1, В. А. Иванов2, В. Е. Воробьев1, В. А. Дулов2,✉, В. В. Долотов2, В. В. Замшин1, С. И. Кондратьев2, М. Е. Ли2, В. В. Малиновский2

1 Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС», Москва, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: dulov1952@gmail.com

Аннотация

Цель. Целью работы является создание и тестирование экспериментального образца системы наземно-космического мониторинга антропогенных воздействий на прибрежную зону Крымского п-ова с использованием спутниковых и контактных данных. Система предназначена для получения значимых параметров водной среды, необходимых для выявления источников антропогенных воздействий и выработки обоснованных рекомендаций по рациональному природопользованию и снижению уровня антропогенной нагрузки на морские экосистемы.

Методы и результаты. В статье представлено общее описание структуры и использованных технических средств мониторинга с акцентом на наземный сегмент системы, реализованный на базе Морского гидрофизического института, приведен пример использования наземного сегмента для мониторинга прибрежных акваторий Крыма. Обсуждена концепция наземно-космического мониторинга антропогенных воздействий на прибрежные акватории, лежащая в основе предлагаемой системы. Описан подспутниковый сегмент системы мониторинга, предназначенный для сбора, обработки и хранения информации, получаемой с контактных датчиков. Особое внимание уделено организации рабочего места оператора для оперативного анализа получаемых данных. Представлен опыт успешного применения системы мониторинга. Описана организация экспедиционных работ. Дан краткий обзор основных результатов, полученных за время тестирования системы мониторинга. Проиллюстрирован процесс комплексного анализа подспутниковых данных и многоспектральных космических изображений на примере обнаружения аварийного разрыва основной магистрали сброса сточных вод в г. Севастополе.

Выводы. Разработана, реализована и протестирована система наземно-космического мониторинга антропогенных воздействий на прибрежную зону Крымского п-ова. Функционирование системы в 2015–2016 гг. показало ее высокую эффективность при выполнении оперативного комплексного анализа контактных и спутниковых данных, в особенности при выявлении аварийных ситуаций со сбросом сточных вод в море.

Ключевые слова

дистанционное зондирование Земли, наземно-космический мониторинг, прибрежные акватории, антропогенные воздействия, подповерхностные процессы, натурные исследования, геоинформационные системы

Благодарности

Работы выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственных заданий № 0827-2019-0004 (МГИ) и № 0588-2019-0030 (НИИ «АЭРОКОСМОС»), а также проекта № RFMEFI60419X0223.

Для цитирования

Наземно-космический мониторинг антропогенных воздействий на прибрежную зону Крымского полуострова / В. Г. Бондур [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 103–115. EDN FGPURM. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-103-115

Bondur, V.G., Ivanov, V.A., Vorobiev, V.E., Dulov, V.A., Dolotov, V.V., Zamshin, V.V., Kondratiev, S.I., Lee, M.E. and Malinovsky, V.V., 2020. Ground-to-Space Monitoring of Anthropogenic Impacts on the Coastal Zone of the Crimean Peninsula. Physical Oceanography, 27(1), pp. 95-107. doi:10.22449/1573-160X-2020-1-95-107

DOI

10.22449/0233-7584-2020-1-103-115

Список литературы

  1. Зайцев Ю. П. Введение в экологию Черного моря. Одесса : Эвен, 2006. 221 с.
  2. Мониторинг антропогенных воздействий на прибрежные акватории Черного моря по многоспектральным космическим изображениям/ В. Г. Бондур [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2017. № 6. С. 3–22.
  3. Oguz T., Velikova V. Abrupt transition of the northwestern Black Sea shelf ecosystem from a eutrophic to an alternative pristine state // Marine Ecology Progress Series. 2010. Vol. 405. P. 231–242. https://doi.org/10.3354/meps08538
  4. Borja A. Grand challenges in marine ecosystems ecology // Frontiers in Marine Science. 2014. Vol. 1. Article 1. https://doi.org/10.3389/fmars.2014.00001
  5. Acocella V. Grand challenges in Earth science: research toward a sustainable environment // Frontiers in Earth Science. 2015. Vol. 3. Article 68. https://doi.org/10.3389/feart.2015.00068
  6. Satellite sensor requirements for monitoring essential biodiversity variables of coastal ecosystems / F. E. Muller-Karger [et al.] // Ecological Applications. 2018. Vol. 28. P. 749–760. https://doi.org/10.1002/eap.1682
  7. Ghosh M. K., Kumar L., Roy C. Monitoring the coastline change of Hatiya Island in Bangladesh using remote sensing techniques // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2015. Vol. 101. P. 137–144. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2014.12.009
  8. Мониторинг прибрежной зоны на Черноморском экспериментальном подспутниковом полигоне / Под ред. В. А. Иванова, В. А. Дулова. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. 526 с.
  9. Исследования гидрофизических процессов при мониторинге антропогенных воздействий на прибрежные акватории (на примере бухты Мамала, острова Оаху, Гавайи) / В. Г. Бондур [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 6. С. 827–846.
  10. Bondur V., Tsidilina M. Features of formation of remote sensing and sea truth databases for the monitoring of anthropogenic impact on ecosystems of coastal water areas // Proceedings of 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE, 2005. P. 192–195.
  11. Keeler R., Bondur V. G., Vithanage D. Sea truth measurements for remote sensing of littoral water // Sea Technology. 2004. Vol. 45, no. 4. P. 53–58.
  12. Мониторинг загрязнений прибрежных акваторий с использованием многоспектральных космических изображений высокого разрешения / В. Г. Бондур [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2006. № 6. С. 42–49.
  13. Бондур В. Г., Зубков Е. В. Выделение мелкомасштабных неоднородностей оптических характеристик верхнего слоя океана по многозональным спутниковым изображениям высокого разрешения. Часть 1. Эффекты сброса дренажных каналов в прибрежные акватории // Исследование Земли из космоса. 2005. № 4. С. 54–61.
  14. Bondur V. Complex satellite monitoring of coastal water areas // Proceedings of 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE, 2005. 7 p. URL: http://www.aerocosmos.info/pdf/1/2005_31_ISRSE_Bondur.pdf (date of access: 10.12.2019).
  15. Bondur V. G. Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas // Waste Water - Evaluation and Management / Ed. F. S. García Einschlag. London : Intech OpenLimited, 2011. P. 155–180. doi:10.5772/16134
  16. Комплексный спутниковый мониторинг морей России / О. Ю. Лаврова [и др.]. М. : ИКИ РАН, 2011. 470 с.
  17. Robinson I. S. Discovering the Ocean from Space. The unique applications of satellite oceanography. Springer, 2010. 638 p. doi:10.1007/978-3-540-68322-3
  18. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Костяной А. Г. Спутниковые методы выявления и мониторинга зон экологического риска морских акваторий. М. : ИКИ РАН, 2016. 336 с.
  19. A Combined Approach of Field Data and Earth Observation for Coastal Risk Assessment / M. F. Bruno [et al.] // Sensors. 2019. Vol. 19, iss. 6. 1399. https://doi.org/10.3390/s19061399
  20. Бондур В. Г., Старченков С. А. Методы и программы обработки и классификации аэрокосмических изображений // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2001. № 3. С. 118–143.
  21. Бондур В. Г., Журбас В. М., Гребенюк Ю. В. Математическое моделирование турбулентных струй глубинных стоков в прибрежные акватории // Океанология. 2006. Т. 46, № 6. С. 805–820.
  22. Бондур В. Г., Гребенюк Ю. В., Сабинин К. Д. Изменчивость внутренних приливов в прибрежной акватории острова Оаху (Гавайи) // Океанология. 2008. Т. 48, № 5. С. 661–671.
  23. Бондур В. Г., Гребенюк Ю. В., Сабинин К. Д. Спектральные характеристики и кинематика короткопериодных внутренних волн на Гавайском шельфе // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 5. С. 641–651.
  24. Bondur V. G., Zamshin V. V. Comprehensive Ground-Space Monitoring of Anthropogenic Impact on Russian Black Sea Coastal Water Areas // Proceedings of the Scientific-Practical Conference “Research and Development-2016”. Cham : Springer, 2018. Р. 625–637. https://doi.org/10.1007/978-3-319-62870-7_66
  25. Восстановление спектров морского волнения по спектрам космических изображений в широком диапазоне частот / В. Г. Бондур [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 6. С. 716–728. doi:10.7868/S0002351516060055
  26. Структура и происхождение подводного плюма вблизи Севастополя / В. Г. Бондур [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 4. С. 42–54. doi:10.7868/S2073667318040068
  27. Dolotov V. V., Dolotov A. V. GIS for monitoring of anthropogenic pressure to the sea shelf zones // Indicators of climatic changes in marine ecosystems: Collection of articles of the IV International Conference GeoiD’2016 (October 3–7, 2016, Sukhum, Abkhazia). Rostov-on-Don: SSC RAS Publishers, 2016. P. 16–27. URL: https://www.researchgate.net/publication/312470190_GIS_for_monitoring_of_anthropogenic_pressure_to_the_sea_shelf_zones (date of access: 10.12.2019).
  28. Дулов В. А., Юровская М. В., Козлов И. Е. Прибрежная зона Севастополя на спутниковых снимках высокого разрешения // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 43–60.

Скачать статью в PDF-формате