Дәріс №14. Ғарыштан мониторинг жүргізу. Жерді қашықтан зондылау.

Сабақтың мақсаты -Жерді қашықтан бақылау. Климаттық мониторинг туралы түсіндіру.

Негізгі сұрақтар:

1.Аэроғарыштық мониторинг

2. Жерді қашықтан бақылау

3. Климаттық мониторинг жүргізу

Биосфера жағдайының өзгерістерін бақылау қазіргі кезде жер серіктерінің көмегімен жүзеге асырылады. Планетаның барлық аймақтарындағы табиғи орта жағдайларын бақылау жүйесі өте қарқынды даму үстінде. АҚШ мемлекетінде 5290 жергілікті бақылау бекеттері және 490 жалпы ұлттық мониторинг бекеттері, Жапонияда – 1532 жер бетілік бекеттері, Францияда – 120 бекетте 2 мыңнан аса түрлі құралдар жұмыс жасайды.

Қазақстанда соңғы бірнеше жыл ішінде ғарыштан түсірілген суреттерді пайдалануға қатысты елеулі жұмыс жүргізілуде. Ғарыштық деректерді пайдаланудағы маңызды мақсаттардың бірі-республиканың экологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз ету.

Елбасы Н.Ә. Назарбаевтың Жарлығымен бекітілген ғарыштық индустрияны дамыту жөніндегі Қазақстан Республикасының бағдарламасын, сонымен қатар қоршаған орта жағдайын ғарыштан бақылап отыру осындай заманауи технологияларды қолдануды қолдайды. Жерді қашықтан бақылау – ғарыштан түсірілген суреттерді қолдану-осындай технологиялардың бір бағыты. Қашықтан бақылау әдісі мұнайды игеруге қатысты ірі жобаларды жүзеге асыру барысында ықтимал салдардың мониторингі үшін, сонымен қатар мұнай өндіруші компаниялардың іске асыратын табиғатты қорғау, мысалы, жерді қалпына келтіру сияқты шараларды қолдау мақсатында қолданылады.

2005 жылдан бастап қоршаған орта жағдайының өзгеруін автоматты режимде бақылау мақсатында, сондай-ақ қоршаған ортаны қорғау бойынша басқарушылық шешімдердің қабылдануын қамтамасыз ету үшін өндірістік экологиялық мониторингі жүйесінің құрамдас бөлігі ретінде аэроғарыштық экологиялық мониторинг жүйесі құрылды және жұмыс істеп жатыр. Осы аэроғарыштық экологиялық мониторинг жүргізу жүйесі геоақпараттық технологияларды қолдануға, ғарыштық суреттерді қабылдау және өңдеу жөніндегі қазіргі заманғы арнайы жабдық пен математикалық бағдарламаларды пайдалануға негізделген және барлық экологиялық деректерді ұдайы жинақтауға, талдауға және қорытуға, сондай-ақ, экологиялық жағдайды модельдеуге мүмкіндік береді. Бұл үздіксіз жаңартылып отыратын электрондық экологиялық картаны құруға мүмкіндік берді.

2010 жылы геоақпараттық жүйенің жаңа тиімді платформасы негізінде үлкен мүмкіндіктері бар және неғұрлым кең міндеттер шеңберін шешуге мүмкіндік беретін аэроғарыштық экологиялық мониторинг жүйесінің жетілдірілген жаңа нұсқасы әзірленді.

Аэроғарыштық экологиялық мониторинг жүргізуінің негізгі міндеттері:

- атмосфералық ауаның ластану көздерін, соның ішінде ілеспе мұнай газын өртеу жөніндегі қолданыстағы шырақты қондырғыларды анықтау;

- мұнай дақтарын және ластану көздерін анықтау;

- Магистральдық газ және мұнай құбырларының жоғары қауіпті тәуекелді учаскелерін анықтау;

- мазутталған аумақтарды анықтау және картаға түсіру, мазутталуды және ірі мұнай қоқысы қоймаларын ауданы бойынша жою серпінін бақылау;

- мұз және мұздықтар жағдайын қадағалау;

- ақпаратты дерекқорда жүйеге келтіру және сақтау;

- мүдделі тараптармен өзара іс-қимыл жасау.

Атап айтылғандай, аэроғарыштық экологиялық мониторинг жүйесінің өзекті міндеттерінің бірі Каспий теңізінің қазақстандық секторындағы мұнай дақтарын және ластану көздерін, соның ішінде мұнайдың төгілулерін анықтау және дәл математикалық модельдерді пайдаланып жақын арадағы 120 сағатта олардың тарауын болжау болып табылады. Осы міндеттің өзектілігі Мексика шығанағындағы апаттың экологиялық салдары аясында анықтала түседі.

Жерді қашықтан бақылау (ЖҚБ) – суретке түсіру аппаратураларының сан алуан түрлерімен жабдықталған авиациялық және ғарыштық құралдардың Жер бетін қадағалау (бақылау) әдісі. Суретке түсіретін аппаратураның жұмыс диапазоны микрометр бөліктерінен бірнеше метрге дейінгі толқындар ұзындығын құрайды: ультракүлгін, көрінетін, жақын инфрақызыл, қысқа инфрақызыл, жылулық инфрақызыл, микротолқынды радиодиапазон. Ғарыштық аппараттардан (жер серіктері мен бекеттерден) алынған ЖҚБ деректері атмосфераның мөлдірлігіне біршама тәуелді болумен сипатталады. Сондықтан ғарыштық аппараттарда көп арналы жабдықтар (мультиспектрлі сенсорлар) пайдаланылады. Бұл жабдықтар бір мезгілде әр түрлі диапазондағы электромагинтті сәулелерді тіркей алады. Ал 100 және одан да көп диапазон пайдаланылған кезде гиперспектрлік суретке түсіруге болады. Суреттің тағы бір маңызды сипаттамасы – оның кеңістіктік айыру қабілеті, яғни Жер бетінде біріне бірі жақын орналасқан нысандарды анықтау мүмкіндігі. Кеңістікті айыру қабілеті суретке түсіру құралы мен спутник орбитасының биіктігіне байланысты болады. QuickBird және Ikonos сериясындағы коммерциялық спутниктердің айыру қабілеті бүгінгі таңда ең жоғары болып табылады және тиісінше 61 см мен 1 метрге жетеді, яғни Жер бетіндегі көлемі осындай нысандарды анықтауға мүмкіндік береді.

Ғарыштан түсірілген суреттердің негізінде өсімдіктер мен топырақтың карталары жасалады. Ғарыштан суретке түсіру деректері түрлі жобаларды, атап айтқанда қоршаған ортаға келетін әсерлерді бағалау жобаларын әзірлеу барысында, бүлінген жерлерді қалпына келтіру жұмыстарын жүргізу үшін, ағаш отырғызу жоспарларын әзірлеу үшін және басқа да мақсаттарда пайдаланылады. Жолдар, ірі автокөлік магистральдары, құбыр желілері, ғимараттар мен полигондар секілді жаңа нысандарды салу барысында да ғарыштан бақылау әдісі арқылы қоршаған ортаға тиетін әсерді барынша азайтуды басшылыққа алуға мүмкіндік туады. Ғарыштан түсірілетін суреттер құрылыс жұмыстарын жүргізуден бұрын және кейін жер бетінің жағдайын құжаттауға және жер пайдалану ісін жоспарлауға мүмкіндік береді.

Қашықтан бақылаудың тағы бір маңызды аспектісі – мұнай өндіруші компаниялардың инфрақұрылымдарының нысандары теңіз жағасына өте жақын орналасқандықтан жаға линияларына жүргізілетін мониторинг және Каспий теңізінің жағалауындағы бүкіл аумақтың өсімдік жамылғысын талдау. Мұндай міндеттер елімізде 2001 жылдан бері Қазақстан Республикасы Ғарыштық зерттеулер институтымен бірлесіп орындалып келеді.

Ғарыштық мониторингінің артықшылығының бірі – жер серіктерінің ондаған жылдар бойы тұрақты ақпаратпен қамтамасыз етіп, салыстырмалы дәйекті талдау жүргізуге мүмкіндік беруі. Бұның өзі мониторингтің басты мақсаты болып табылады. Каспий теңізі деңгейінің 1978 жылдан бастап 1996 жылға дейін көтерілуі салдарынан жаға маңындағы жер асты суының деңгейі көтерілді, теңіз суы жағаға жақын орналасқан мұнай кәсіпшіліктеріне дейін тасыды. Тиісінше мұнай құбырларының инфрақұрылымына, жолдарға және басқа да кәсіпшілік нысандарына қауіп төндірді. Осы «оқиға» 2000 жылы теңіз деңгейінің көтерілуі тоқтады деп ресми танылған кезге дейін түгелімен ғарыш суреттерінің мұрағатында сақтаулы.

Орбитада 1963-1972 жылдары жұмыс жасаған Corona жер серігінің суреттерін, сонымен қатар Landsat жер серігінің 1975-2000 жылдар аралығындағы кеңістік айыру деңгейі орташа, көп арналы суреттерін пайдаланып жүргізілген зерттеулер мынаны анықтады:

Теңіз кенішінің шектерінде мұнай өндіруге байланысты инфрақұрылым өткен ғасырдың 60-70-шы жылдарындағы суреттерден байқалады. Өсімдік өсетін алаңдардың азаюына Каспий теңізі деңгейінің көтерілуі басты себеп болғанымен, 1985-1991 жылдар аралығында бұрынғы Кеңестер Одағы кезіндегі кәсіпкерлік инфрақұрылымының белсенді дамуы салдарынан болған топырақ-өсімдік жамылғысының елеулі түрде бұзылуы байқалды. Каспий ойпатының солтүстік-шығыс жағалауындағы аумақтың табиғи-климаттық ерекшеліктері қатты жел тұрған кезде теңіз суының тасуына қолайлы жағдай туғызады. Теңіз деңгейінің бірнеше метрге көтерілуі салдарынан жаға сызығы кейбір бағыттарда 30-50 км-ге дейін жылжиды.

Мұнай өндіруші компаниялардың инфрақұрылымының нысандары теңіз жағасына өте жақын орналасқандықтан және оларды су басып кету қатерін ескере отырып, ғалымдар Каспий теңізінің жағалауын ғарыштық суретке түсіру көмегімен жаға сызығының өзгерістерін тұрақты бақылап отыруға қол жеткізді. Мониторингтің осы түрін іске асыру ҚР Ғарыштық зерттеулер институтының тікелей басшылығымен жүргізіледі. Институттың TERRA жер серігіндегі MODIS көп арналы сенсорынан деректер қабылдайтын бекеті бар.

ҚР Ғарыштық зерттеулер институтындағы TERRA спутнигі

TERRA/ MODIS жер серігінен

қабылдау стансасы, Алматы

Каспий теңізінің солтүстік-шығыс жағалауындағы су тасу құбылыстары барысында жаға сызығының өзгеруін бақылау 2002 жылдан бастап тұрақты түрде жүргізіліп келеді. Каспий теңізінің жағалауы жер серігі деректері бойынша екі сыныпқа оңай бөлінеді: су беті және құрлық беті. Осы сыныптардың спектрлік сипаттамалары көрінетін және жақын инфрақызыл спектрлік дипазондарда нақты ажыратылады. Су обьектісінің жағасы неғұрлым жайдақ болса, жаға линиясының амплитудасы соғұрлым кең болады. Желді күні су көтерілген кездегі жаға сызығының кескіні жағалаудағы желдің күші мен бағытына байланысты болады. Желді жағдайлардың кеңістіктік сипаттамалары үнемі өзгеріп отырады, сол себепті жаға сызықтарының кескіндері де біршама үлкен шектерде ауытқып отырады. Жыл сайын наурыз айынан бастап қарашаға дейін жаға сызығы ғарыштан суретке түсіріліп, бақыланып отырады. Төмендегі 6-суреттегі түрлі түстер ғарыштан түсірілген суретте көрсетілген жер бетінде су байқалған жағдайлардың пайызын білдіреді: көк түс – 100%, қызыл түс - 0%.

Қазақстан Республикасы Қоршаған ортаны қорғау Министрлігінің құрылымдық бөлігі «Казгидромет» Республикалық мемлекеттік кәсіпорны ұлттық бағдарламаларды іске асыру негізінде табиғи ортаға мониторинг жүргізеді.

Бақылау сұрақтары:

1.Жерді қашықтан бақылау қалай жүргізіледі?

2. Аэроғарыштық мониторингтің тиімділігі неде?

3. Ауа райын болжау мониторингі