Тенденції в глобальній екоінформатиці

На сьогодні в різних організаціях світу, що займаються дослідженням і контролем навколишнього середовища, накопичена значна кількість експериментальних даних і результатів спостережень, наукову цінність яких важко переоцінити. Проте використання цих даних широким колом спеціалістів наукового та прикладного профілів дуже ускладнено, а нерідко просто неможливо. Передусім це пов' язано з тим, що ця інформація, як правило, призначалася тільки для основного споживача, який визначав формати її запису, рівень каталогізації, форму збереження і порядок розподілу без урахування інших можливих користувачів. Особливо це стосується глобальної космічної інформації. Тому досить актуальним є завдання дослідження вимог потенційних споживачів супутникової інформації, розробки структури інтегральної бази даних в інтересах міжнародних і національних наукових програм, доступної широкому колу вчених, регіональним службам охорони природи, господарникам, працівникам промисловості й іншим користувачам.
У зв' язку з цим ставиться завдання створення надійних та ефективних систем контролю за станом навколишнього середовища в глобальному масштабі. Це завдання включає розробку технічних засобів збирання, збереження та передачі даних про стан природного середовища, а також розвиток методів обробки цих даних. З практичного погляду важливим є синтез комплексної системи збирання інформації про довкілля, що об'єднує дистанційні та контактні вимірювання. Такі системи називають геоінформаційними моніторинговими системами (ГІМС), завдання яких полягає у систематичному спостереженні й оцінці стану навколишнього середовища, його змін під впливом господарської діяльності людини.
Одним із важливих аспектів функціонування таких систем є можливість прогнозування стану довкілля та попередження про небажані зміни його характеристик. Реалізація цієї функції моніторингу можлива при використанні методів математичного моделювання, що забезпечують імітацію функціонування природних комплексів.
Розвиток моделей глобальних біогеохімічних, біогеоценотичних, демографічних, соціально-економічних та інших біосферних і кліматичних процесів у цілому привів до необхідності формування вимог до структури ГІМС та її бази даних. Як показали дослідження в цьому напрямі, існують збалансовані критерії відбору інформації, що враховують ієрархію причинно-наслідкових зв'язків у біосфері. Вони включають узгодження допусків, глибини просторової дискретизації при описі атмосфери, суші та океану, ступінь деталізації тощо. На емпіричному рівні, вираженому в експертних оцінках за результатами обчислювальних експериментів, ці критерії дають змогу вибирати інформаційну структуру ГІМС з урахуванням ієрархічної підлеглості моделей на різних рівнях.
Досвід застосування математичного моделювання в ГІМС показав, що розв' язання завдання об' єктивного контролю якості навколишнього середовища можливий тільки за умови створення єдиної міжнародної системи моніторингу, оснащеної глобальною моделлю системи Космос—Природа—Суспільство. Дослідження останніх років показують можливість створення глобальної моделі, здатної в адаптивному режимі її використання давати рекомендації до структури моніторингу та формувати вимоги до баз даних.
Вивчення земних ландшафтів, стану рослинних покривів, акваторій та атмосфери стало найбільш ефективним з використанням літальних апаратів, оснащених приладами дистанційного зондування, здатних здійснювати вимірювання відбитих сигналів та реєструвати власне випромінювання. Пов' язані з цим завдання належать до природного моніторингу і певний досвід в розв' язанні відповідних наукових та практичних завдань накопичено в ряді країн, що мають достатній технічний потенціал організації систем спостереження за довкіллям.
Сьогодні широкого розвитку у світі набули багатоканальні моніторингові системи супутникового та повітряного базування. Завдяки таким системам отримують оперативну інформацію про стан природного середовища як в регіональному, так і в глобальному масштабі. Інформація накопичується в наявних базах даних і використовується на комерційній основі, зокрема, виробниками сільськогосподарської продукції. Широкого розвитку набуло дистанційне зондування в оптичному діапазоні хвиль і у СВЧ-діапазоні. Характерною особливістю робіт в цьому напрямі є організація збирання даних та їх первинна обробка без можливості суміщення з моделями систем, що вивчаються. З певним випередженням розвиваються банки геофізичних даних із великою просторовою детальністю для регіональних систем. Проте дослідження, спрямовані на їх суміщення з моделями, просуваються повільно і з великим відставанням унаслідок відсутності відповідної технології.
Накопичений в останні роки досвід вимірювання СВЧ-радіаційних характеристик континентальних покривів дає можливість отримання оцінок вологості ґрунтів, пошуку ґрунтових вод, визначення структури континентальних льодовиків і мерзлот, одержання оцінок стану ґрунтово-рослинних формацій і геологічних утворень, а також даних про термальні процеси природного і штучного походження. Оптичні та СВЧ-радіофізичні вимірювання дають змогу оцінити радіаційний баланс, альбедо земної поверхні, складові стоку води, замутненість атмосфери, концентрацію аерозолів, вуглекислого газу, озону, метану і багатьох малих газових домішок в атмосфері. Інакше кажучи, дистанційні оперативні вимірювання дають широкий спектр прикладних параметричних оцінок з достатнім розширенням і точністю, що забезпечує можливість комплексної автоматизованої оцінки природної системи з у казанням значимих характеристик і прогнозом їх трендів на заданий час.
Поряд із розв' язанням завдань технічного оснащення лабораторій при організації моніторингу вимагається створення комплексу комп' ютерних алгоритмів обробки даних вимірювань. Нетрадиційність завдань, пов' язаних із цим етапом, належить до проблем збирання, визначення границь та територіально-часової прив'язки даних, а також формування банків даних на основі інформації, фрагментарної в просторі і часі. Ці особливості є невід'ємною частиною супутникових вимірювань.
Міжнародний досвід і досвід національних організацій в області моніторингу підказує необхідність синтезу комплексних систем збирання й обробки даних про навколишнє середовище. В таких системах зазвичай об'єднуються вимірювальні прилади, комп'ютерні засоби та алгоритми обробки даних. Конкретна реалізація систем моніторингу вимагає певної специфікації цих засобів.





23.11.2013 manyava 0

ТОП користувачів