Таблица 5. Связь значений спектральных индексов мятлика лугового (Poa Pratensis) с уровнями концентраций тяжелых металлов и экологическим состоянием окружающей среды.

Таблица 3. Связь значений спектральных индексов одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale L.) с уровнями концентраций тяжелых металлов и экологическим состоянием окружающей среды.

Me	C, мг/кг	экологическое состояние	R₅₀₀/R₆₂₀	R₅₅₀/R₄₈₅	R₅₅₀/R₆₂₀	R₄₃₅/R₅₀₀	R₄₃₅/R₆₂₀	R₄₅₀/R₇₃₅
Fe	<80	чисто	>0.7	>3.5	>1.7
Fe	80-250	среднее загрязнение	0.7-0.3	3.5-2.5	1.7-1.2
Fe	>250	сильное загрязнение	<0.3	<2.5	<1.2
Cu	<10	чисто				>0.8	>0.5
Cu	10-25	среднее загрязнение				0.8-0.5	0.5-0.2
Cu	>25	сильное загрязнение				<0.5	<0.2
Zn	<40	чисто						>0.1
Zn	40-80	среднее загрязнение						0.1-0.05
Zn	>80	сильное загрязнение						<0.05

Таблица 4. Связь значений спектральных индексов мать-и-мачехи обыкновенной (Tussilago farfara L.) с уровнями концентраций тяжелых металлов и экологическим состоянием окружающей среды.

Me	C, мг/кг	экологическое состояние	R₅₅₀/R₄₈₅	R₆₇₀/R₆₂₀	R₄₃₅/R₆₇₀	R₄₈₅/R₆₈₅
Fe	<100	Чисто	>3.5	<0.7
Fe	100-400	среднее загрязнение	3.5-2.5	0.7-1
Fe	>400	сильное загрязнение	<2.5	>1
Mn	<40	Чисто			<0.8	<0.8
Mn	40-120	среднее загрязнение			0.8-1	0.8-1.4
Mn	>120	сильное загрязнение			>1	>1.4
Zn	<80	Чисто	<4
Zn	80-250	среднее загрязнение	4-6
Zn	>250	сильное загрязнение	>6

На основе данных полевых измерений и лабораторных химических анализов на содержание тяжелых металлов, а также оценки физиологического состояния, для каждого из перечисленных выше растений были установлены диапазоны концентраций металлов, соответствующие различным уровням загрязнения по сравнению с "фоновой" территорией ("чисто", "среднее загрязнение", "сильное загрязнение").

Таблица 5. Связь значений спектральных индексов мятлика лугового (Poa Pratensis) с уровнями концентраций тяжелых металлов и экологическим состоянием окружающей среды.

Me	C, мг/кг	экологическое состояние	R₆₇₀/R₆₂₀	R₄₃₅/R₆₇₀	R₄₃₅/R₆₃₅
Ni	<1	Чисто	>0.9
Ni	1-3	среднее загрязнение	0.9-0.7
Ni	>3	сильное загрязнение	<0.7
Pb	<2	Чисто		>0,8	>0,9
Pb	2-10	среднее загрязнение		0,8-0,55	0,9-0,5
Pb	>10	сильное загрязнение		<0,55	<0,5

В результате исследования было установлено, что территория Юнтоловского заказника в Приморском районе г. Санкт-Петербурга является "фоновой" для города. Таким образом, уровням загрязнения через регрессионные зависимости соответствуют диапазоны изменений спектральных индексов. Это позволяет решить «обратную задачу» определения концентраций по спектрам отражения и сформулировать метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

Рис. 3.3. Регрессионные зависимости спектрального индекса R₅₅₀/R₆₂₀ от концентрации железа в одуванчике лекарственном (а) и R₅₅₀/R₄₈₅ от концентрации цинка в мать-и-мачехе обыкновенной (б).

3.4. Метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами

В результате проведенного исследования нами разработан метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами, который состоит из следующих этапов:

1.Для экспресс-оценки загрязнения растительности тяжелыми металлами необходимо использовать один из следующих видов растительности:

- Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.) – для оценки загрязнения Fe, Cu, Zn и их соединениями;

- Мать-и-мачеху обыкновенную (Tussilago farfara L.) - для оценки загрязнения Fe, Mn, Zn и их соединениями;

- Мятлик луговой (Poa Pratensis) - для оценки загрязнения Ni, Pb и их соединениями.

2.Применение двух или трех видов растительности увеличивает степень достоверности оценки.

3.Выбор тестового участка с индикаторным видом растительности.

4.Измерение коэффициентов спектральных яркостей листьев индикаторного вида растительности и вычисление спектральных индексов, установленных в данной работе и приведенных в табл.3-5.

Оценка уровня содержания тяжелых металлов по эталонным таблицам 3-5, составленным в результате проведенного исследования.

Для реализации метода разработан аппаратно-программный комплекс «Радуга» состоящий из спектрометра и управляющей программы (рис. 3.4). Для съемки спектров необходимо предварительно указать время интегрирования сигнала. После измерения спектров отраженного и падающего излучений программа рассчитывает спектры КСЯ, вычисляет спектральные индексы и в зависимости от выбора оператором индикаторного растения показывает результат анализа загрязнения для каждого из предусмотренных тяжелых металлов в соответствии с табл. 3-5 в виде «чисто», «среднее загрязнение» или «сильное загрязнение». Такая реализация метода позволяет дистанционно оценивать загрязнение индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

Рис. 3.4. Функциональная схема аппаратно-программного комплекса "Радуга"

3.5 Итоги работы

В результате выполнения работы проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную способность растений.

Установлены корреляционные связи и регрессионные зависимости между оптическими параметрами листьев и концентрациями тяжелых металлов в растениях.

Установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной экспресс-оценки загрязнения территорий тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры: мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мятлик луговой (Poa Pratensis).

В результате корреляционно-регрессионного анализа установлены спектральные индексы для индикаторных видов растительности, характеризующие уровни содержания в них тяжелых металлов: R550/R620, R550/R485, R550/R620, R450/R735, R435/R500, R435/R620 для определения содержания Fe, Cu, Zn в листьях одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale L.); R550/R485, R670/R620, R550/R485, R435/R670, R485/R685 для определения содержания Fe, Mn, Zn в листьях мать-и-мачехи обыкновенной (Tussilago farfara L.); R670/R620, R435/R670, R435/R635 для определения содержания Ni, Pb в листьях мятлика лугового (Poa Pratensis).

Установлены фоновые для городских условий спектры индикаторных видов для возможности сравнительной оценки состояния природной среды.

В результате исследования составлены таблицы зависимостей значений спектральных индексов индикаторных видов от уровней концентраций тяжелых металлов и экологического состояния окружающей среды, являющихся основой метода дистанционной диагностики загрязнения.

Разработан метод дистанционной оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры.

Разработанный метод реализован в виде аппаратно-программного комплекса «Радуга», позволяющего дистанционно в режиме реального времени производить оценку загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

Список рекомендуемой литературы.

1. Кондратьев К.Я. Данченко В.К.. Лосев К.С, Фролов А.К. Экология - экономика - политика. - СПб.: НЦ РАН, 1996.

2. Kondratyev K.Ya., Buznikov А.А., Pokrovsky O.M. Global change and remote sensing. - Chichester: John Wiley & Sons, Praxis Publishing, 1996.

3. .Кондратьев К.Я. Данченко В.К.. Лосев К.С, Фролов А.К. Экология - экономика - политика. - СПб.: НЦ РАН, 1996.

4. .Kondratyev K.Ya., Buznikov А.А., Pokrovsky O.M. Global change and remote sensing. - Chichester: John Wiley & Sons, Praxis Publishing, 1996.

5. Кондратьев К.Я., Бузников А.А., Покровский О.М. Глобальная экология: дистанционное зондирование // Итоги науки и техники. Сер. атмосфера, океан, космос. Т. 14 - М.: ВИНИТИ. - 1992.

6. Кондратьев К.Я. Современный этап развития исследований по проблематике глобальных изменений // Исслед. Земли из космоса. - 1995. - № 2. - С. 98

7. Kondratyev K.Ya., Crachnal А.P. Observing Global Climate Change. - London: Taylor & Francis. -1996.

8. Кондратьев К.Я. Перспективы спутникового мониторинга малых газовых компонентов и аэрозоля // Исслед. Земли из космоса. - 1995. - Ns 5. -С. 111-116.

9. Береговой Г.Т., Бузников А.А., Кондратьев К.Я. и др. Исследование природной среды с пилотируемых орбитальных станций. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972.

10. Андреева А.В., Бузников А.А. Методы и аппаратура дистанционного зондирования окружающей среды // Уч.пособие, Изд-во: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006.

11. Андреева А. В., Бузников А. А. Экспресс-оценка экологического состояния окружающей среды с помощью спектров отражения растительности // Известия ГЭТУ, № 1, 2005 г. С.

12. Андреева А. В., Бузников А. А., Тимофеев А. А., Скрябин С. В. Спектральные исследования техногенной нагрузки на растительность мегаполисов // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», сер. ФТТ и Э, 2006. Вып. 1.

13. Бузников А.А. Космическая спектрофотометрия природной среды и глобальный экологический мониторинг. Оптический журнал. 1998. Т.68, №5

14. Бузников А.А. Космическая спектрофотометри природной среды с пилотируемых орбитальных станций. Оптический журнал. 2015. Т.82,№ 7.

Оглавление

Введение. 3

1. Вопросы, решаемые методами дистанционного зондирования. 4

1.1 Основные экологические проблемы, решаемые методами дистанционного зондирования. 4

1.2 Космическая спектрофотометрия природной среды.. 6

1.3. Планирование космических исследований. 11

2. Физические основы лидарного зондирования. 14

2.1 Основы физики атмосферы.. 14

2.2 Основные направления применения лидарных систем. 20

2.3 Лазерные системы дистанционного зондирования. 23

2.4. Методы лазерного дистанционного зондирования. 24

3. Дистанционная оценка загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами. 31

3.1 Постановка проблемы мониторинга экологической обстановки. 31

3.2. Аппаратура и методы проведения исследований. 33

3.3. Результаты экспериментальных исследований. 38

3.4. Метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами. 43

3.5 Итоги работы.. 45

Список рекомендуемой литературы. 46

Бузников Анатолий Алексеевич

Гришканич Александр Сергеевич

Дистанционное зондирование окружающей среды

Учебное пособие

Редактор

Подписано в печать . Формат 60×84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. .

Гарнитура «Times New Roman». Тираж экз. Заказ .

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

⇐ Предыдущая 1 23