Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

СИСТЕМА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ЕГО ОРГАНИЗАЦИЯ В ИНТЕРЕСАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МЕГАПОЛИСОВ

Акселевич В.И. 1
1 НОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет управления и экономики»
В статье рассматриваются геоэкологические проблемы больших городов и формулируются цели, задачи и состав системы геоэкологического мониторинга. Обсуждаются опасные гелиогеофизические явления и важность их включения в объекты геоэкологического мониторинга. Целью организации мониторинга является обеспечение безопасности жизнедеятельности населения мегаполисов и гарантированный непрооуск опасностей типа Чебаркульского метеорита или наводнения в Крымске. Предлагается построение многоуровневой системы мониторинга с удобным циркулярным и оперативным обменом информацией сверху вниз и сбором информации снизу вверх. Каждый пост должен быть оснащен средствами связи (лучше мобильной и компьютерной) для организации оперативного обмена информацией. Минимальный комплект датчиков должен включать анализаторы, позволяющие в экспресс-режиме определить концентрацию SO2, NOx, CO, O3 и пыли. Первый уровень системы мониторинга должен базироваться на автомобилях, второй – на привязных и свободных аэростатах, третий – на геостационарном спутнике, а в северных районах (севернее 60 градуса северной широты) на полярно-орбитальном космическом аппарате.
геоэкологический мониторинг
система
опасные гелиогеофизические явления
большие города
безопасность жизнедеятельности
1. Акселевич В.И., Захаров Ф.В., Организация мониторинга состояния атмосферного воздуха // Сборник тезисов и статей IV международного молодежного экологического форума стран Балтийского региона «Экобалтика-2002», 21-23 октября 2002 г. – СПб.: СПбСПУ, 2002. – с. 112.
2. Атмосфера: Справочник. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 510 с.
3. Положение о порядке действий учреждений и организаций при угрозе возникновения и возникновении опасных природных явлений. РД 52.88.699 – 2008.
4. Тертышников А.В. Возможные коррективы критериев опасных гелиогеофизических явлений. // Гелиогеофизические исследования. Вып. 5, 2013. – С.34 – 42.
5. Тертышников А.В. Основы мониторинга чрезвычайных ситуаций. Учебное пособие. – М., 2011. – 261 с.
6. Шкала геоэффективных явлений космической погоды национального управления США по проблемам атмосферы и океанов. (The NOAA Space Weather Scales tables).
7. http://www.statdata.ru/largest_cities_russia (Дата последнего обращения 28.05.2915).

Современный этап развития общества характеризуется урбанизацией и ускоренным ростом существующих городов. На 1 января 2014 в России насчитывалось 15 городов-миллионеров (численность населения более 1 млн. человек) и 36 больших городов (БГ) (численность населения более 500 тыс. человек) [7].

Для обеспечения безопасности жизнедеятельности жителей необходимо создание и эффективное функционирование системы геоэкологического мониторинга. Это объясняется тем, что степень антропогенных преобразований природной среды в рамках городских территорий чрезвычайно высока. Городские ландшафты, в какой-то мере сходные с природными, весьма примитивны: парки, скверы, в значительной степени реже лесопарки, побережья озер и морей, а также своеобразные террасы рек. В столь простых и часто примитивных экосистемах сохранились отдельные виды птиц и животных, паразитирующих на отходах деятельности человека. В меньшей степени изменяется литогеническая основа городской территории и в какой-то степени климат, хотя климат в центральных частях мегаполисов существенно отличается от климата пригорода. В центре города из-за повышенного выброса теплового потока среднегодовые температуры на 2–5 °С выше, чем в пригороде.

Как и любой искусственно созданный ландшафт, городская территория не может долгое время сохраняться в устойчивом состоянии без постоянной поддержки человека. Заброшенные или малоухоженные кварталы мегаполисов быстро разрушаются и представляют собой прекрасный пример антропогенно созданной «городской пустыни».

Геоэкологические проблемы больших городов

В городских условиях кроме состояния атмосферного воздуха серьезную геоэкологическую проблему создают качество воды и очищение канализационных стоков. В настоящее время многие крупные города не в состоянии справиться с продуктами жизнедеятельности. Загрязнения поступают не только в поверхностные, но и подземные воды, в водопроводную систему, что представляет серьезную опасность при водоснабжении. К этому необходимо добавить функционирование системы сбора и переработки твердых бытовых и промышленных отходов. В результате возникает обстановка, опасная для жизнедеятельности и здоровья жителей городов.

Городские системы потребляют, перерабатывают и превращают в отходы значительную массу воды, продовольствия и топлива. Чем выше уровень развития страны, тем выше потребляемые услуги систем жизнеобеспечения. По степени потребления услуг различаются не только города развивающихся и развитых стран, но даже и районы в пределах одного города. Последнее зависит от уровня благосостояния жителей района.

Городские центры некоторых государств оказывают негативное геоэкологическое воздействие на прилегающие территории. Например, в некоторых странах Африки население готовит пищу с использованием дров, поэтому все существующие лесные ресурсы в радиусе 50 – 80 км от крупных городов истощены. В результате энергетического кризиса в Ереване многие деревья в черте города и в городских скверах были уничтожены и использованы для обогрева жилищ и приготовления пищи. Точно так же поступают в зимнее время жители многих городов России при отключении электроэнергии и газового снабжения.

Растительность уничтожается не только ради получения тепла, но и для функционирования предприятий промышленности и энергетики. Так, например, в Норильске и в его окрестностях весьма уязвимая растительность практически уничтожена на расстоянии до 100 км от промышленных предприятий. Особенно далеко протянулись полосы уничтоженной растительности вдоль преобладающих направлений ветра.

В то время как крупнейшие промышленные центры и мегаполисы и особенно контурбации в результате деятельности городского населения и своего географического местоположения способны причинить региональный геоэкологический ущерб, то несколько сотен крупных городов мира и тысячи более мелких вызывают локальное ухудшение состояния окружающей среды. Однако их суммарный эффект также оказывает значительное воздействие на глобальную ситуацию.

Существуют три формы управления геологической средой. Во-первых, это изучение конечных результатов процессов экзо- и эндодинамики, их мониторинга и прогнозов. Во-вторых, это осуществление разнообразных мероприятий по освоению и рациональному использованию подземного и наземного геологического пространства и, в-третьих, это управление деятельностью горнорудных предприятий.

Система геоэкологического мониторинга является важной составной частью и одновременно служит инструментом оптимизации различных этапов хозяйственной деятельности: планирования, строительства, эксплуатации и управления.

На рис. 1. изображена информационная система мониторинга ОПС. Ее основу составляют параметры 4-х сфер: атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы.

На основе данных мониторинга создаются прогнозные модели геологической среды, которые широко используются для оптимального решения различных эколого-геологических задач. Эти исследования и модели позволяют определять допустимые техногенные нагрузки на верхние горизонты литосферы, оценивать эффективность и целесообразность применения различных методов освоения территорий и их застройки.

В 80-е годы XX в. ежегодно в мире сжигали промышленным способом около 6% бытового мусора (50 млн. т.), что давало мировому хозяйству дополнительно около 7,5 млрд. кВт/ч энергии. Большую перспективу в этом отношении имеет строительство небольших фабрик, производящих биогаз из органических отходов.

Расширяется индустрия по вторичному использованию отходов. В ряде стран Западной Европы действуют предприятия, извлекающие пластиковые отходы и превращающие их в новые изделия из пластмасс. Служба утилизации постоянно совершенствуется. В настоящее время любой производимый продукт сопровождается подробным описанием способов его возможной утилизации. С конца 80-х годов XX в. в Японии начали использовать роботов для сбора и транспортировки твердых бытовых и промышленных отходов, для участия в производственных процессах на мусоросжигающих и мусороперерабатывающих предприятиях.

На рис. 2 отображена информационная структура системы мониторинга, которая предлагается для организации геоэкологического мониторинга БГ и мегаполисов в режиме реального времени.

aks1.tif

Рис. 1. Информационная система мониторинга ОПС.

aks2.tif

Рис. 2. Информационная структура системы мониторинга

Опасные гелиогеофизические явления

В 2009 г. Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) была принята классификация параметров космической погоды и эффектов возможных воздействий на людей и технические системы [6] Она разработана для геомагнитных бурь, солнечной радиации, нарушений радиосвязи, оценок повторяемости и интенсивности явлений, возможных сопутствующих эффектов, в том числе по интенсивности физических параметров. Гелиогеофизический мониторинг традиционно ориентирован на фоновые условия и их возмущения, которые проявляются в виде опасных гелиогеофизических процессов и явлений (ОГЯ), а также в неблагоприятных условиях. ОГЯ инициируют повышение рисков возникновения инцидентов и чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Это система наблюдений и контроля, производимых регулярно по определенной программе для оценки состояния космической погоды, анализа происходящих в ней процессов и своевременного выявления тенденций ее изменения.

Типовая система гелиогеофизического мониторинга включает [5]: организационную структуру; общую модель системы, включая объекты мониторинга; комплекс технических средств; модели развития ситуаций; методы наблюдений, обработки данных, анализа ситуаций и прогнозирования; информационную систему

В [3] в качестве ОГЯ рассматриваются: интенсивные солнечные вспышки, магнитная буря (суббуря), ионосферная буря, высокий уровень ультрафиолетового потока солнечного излучения. Они приводят к закритическим режимам функционирования технических систем, инициируют существенные изменения в эволюции природных систем, чрезвычайные ситуации (ЧС). В последние годы на включение в перечень ОГЯ претендуют кометно-астероидные риски, метеориты и космический мусор [4]. Критерии ОГЯ подобраны на основе экспертного оценивания и включают [3]:

– регистрируемую бортовой научной аппаратурой космического аппарата плотность потока заряженных частиц, проникающих за защиту толщиной 10 кг / м2 алюминия (протоны с энергией Е > 30 МэВ, электроны с энергией Е > 2 МэВ). Значения плотности потока берутся в полярных зонах магнитосферы Земли или вне магнитосферы;

– резкое ухудшение радиационной обстановки в ОКП при условии, что плотность потока протонов I солнечных космических лучей, регистрируемых бортовой научной аппаратурой космического аппарата, превышает > 5•108 м-2c-1;

– резкие изменения ионосферы, способные привести к значительным нарушениям условий распространения радиоволн в виде: – появления и сохранения в течение 3 часов подряд отрицательных отклонений – более 50 % от медианных значений критических частот слоя F2;

– появление поглощения в полярной шапке по риометрическим данным, превосходящего 3 дБ в течение 3 часов и более. При отсутствии оперативных риометрических данных считать эквивалентным указанному критерию появления потоков протонов (Е > 15 МэВ) в высоких широтах при I > 107 м-2 c-1;

– появление полного замирания сигналов в КВ-диапазоне по наблюдениям методом измерения поглощения на наклонных трассах в течение 20 мин и более.

Опасные космические процессы и явления инициируются солнечной активностью и кометно-астероидными объектами, взаимодействующими с атмосферой и магнитосферой Земли, антропогенными процессами.

Они проявляются в виде солнечных протонных событий, возмущений магнитосферы и ионосферы Земли, полярных сияний, интенсивном рентгеновском и ультрафиолетовом излучении Солнца, взрывов и падений комет, астероидов, метеороидов, интенсивных метеорных потоков.

Различают нормальные, неблагоприятные гелиогеофизические условия (НГУ) и опасные гелиогеофизические явления (процессы).

НГУ повторяются несколько раз в год и инициируют критические режимы в функционировании технических систем, что проявляется в инцидентах и ЧС природного и техногенного характера [4].

Система геоэкологического мониторинга

Для определения оптимального состава системы оперативного экологического мониторинга на первом этапе представляется целесообразным сформулировать перечень контролируемых параметров и возможности наблюдения за ними. На втором этапе следует сравнить привлекаемые технические средства по их стоимости, точности производимых наблюдений, оперативности и надежности получения информации. Третий этап должен включить в себя комплексную оценку предлагаемых вариантов построения системы с точки зрения учета некоторых объективных критериев и согласования их между собой.

В соответствии с [2] атмосферу можно представить в виде суммы трех компонент, к которым относят механическую смесь газов, аэрозоли и физические поля. Соответственно, говоря о системе геоэкологического мониторинга необходимо учитывать все 3 составляющих.

Развитие науки и техники, увеличение антропогенной нагрузки на ОПС, существенные достижения человечества в получении и усвоении информации о природных и техногенных катаклизмах являются предпосылками к организации геоэкологического мониторинга. Важным свойством создаваемой системы должна стать ее оперативность. Действительно, нужно обеспечить сбор и распространение информации о состоянии ОПС в режиме реального времени по аналогии с гидрометеорологией.

Федеральная сеть МЗА требует модернизации, усовершенствования технологии проведения наблюдений, анализа и обработки. Эта работа должна быть проведена в рамках специальной целевой инвестиционной программы модернизации сети наблюдений за загрязнением атмосферы.

На основании вышеописанной картины можно предложить следующее.

Система мониторинга состояния ОС должна быть многоуровневой с удобным циркулярным и оперативным обменом информацией сверху вниз и сбором информации снизу вверх.

Каждый пост должен быть оснащен средствами связи (лучше мобильной и компьютерной) для организации оперативного обмена информацией.

Минимальный комплект датчиков должен включать анализаторы, позволяющие в экспресс-режиме определить концентрацию SO2, NOx, CO, O3 и пыли.

Первый уровень системы мониторинга состояния ОС должен базироваться на автомобилях.

Второй уровень системы мониторинга состояния ОС целесообразно создать на базе привязных и свободных аэростатов.

Задачи третьего уровня системы мониторинга состояния ОС способен решать геостационарный спутник, а в северных районах (севернее 60 градуса северной широты) полярно-орбитальный КА.

Заключение

Такая система способна решить вопросы организации мониторинга состояния атмосферного воздуха, водной среды, почвы и литосферы БГ. Результатом должна стать реальная защита населения в чрезвычайных экологических ситуациях [1].

В перспективе рассматривается вопрос о создании национальной системы мониторинга загрязнения атмосферы (НСМЗА). Ее ядром явится действующая ГСМЗА, с включением в нее, в качестве функциональных элементов, систем ведомственной принадлежности. Планируемое резкое увеличение финансирования экологических вопросов позволяет с оптимизмом смотреть в будущее. Перспективы создания и развития системы экологического мониторинга в дальнейшей глубокой модернизации и автоматизации всех компонентов системы наблюдений, более широком использовании возможностей вычислительной техники.


Библиографическая ссылка

Акселевич В.И. СИСТЕМА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ЕГО ОРГАНИЗАЦИЯ В ИНТЕРЕСАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МЕГАПОЛИСОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 8-1. – С. 70-74;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7044 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074