Методы исследований природных ресурсов и окружающей среды

К современным методам исследований окружающей среды относятся системный подход, моделирование, прогнозирование, мониторинг, ГИС.

Системный подход предполагает выделение блоков, элементов, системообразующих связей. Любая система состоит из элементов, связанных друг с другом определенными отношениями.

Природно-территориальный комплекс представляет собой систему, состоящую из взаимосвязанных природных компонентов, связи между которыми могут быть прямыми и обратными. Рассматривая, например, состояние атмосферы с точки зрения системного подхода, отмечаем, что атмосфера состоит из газов, твердых и жидких частиц. Выделяем источники поступления газов и аэрозолей: природные и антропогенные. Подробно их рассматриваем, выявляем влияние этих источников на состояние атмосферы, последствия изменения состава атмосферного воздуха на окружающую среду: природные компоненты и здоровье человека.

Моделирование — это создание моделей, в той или иной степени подобных оригиналу.

Моделирование имеет большое значение, что связано с тремя свойствами моделей:

модель изменяет размеры природных систем до удобной величины с помощью масштаба;

моделирование позволяет изучить динамику природных процессов, отличающихся малой или значительной скоростью протекания;

моделирование позволяет упростить сложные географические системы, выделить ограниченное число элементов и их связей.

Моделирование состоит из нескольких этапов. Первый этап моделирования — это качественный анализ. На его основе формируются задачи и выбирается вид модели. Модель должна соответствовать двум требованиям: отражать те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания и должна быть адекватна оригиналу. Второй этап моделирования — это математическая реализация логической структуры модели. С применением математических методов выводятся зависимости в модели. Третий этап моделирования предусматривает проверку соответствия модели оригиналу. Для этого проводится эмпирическая проверка — сравнение полученных данных с результатами наблюдений за оригиналом. Четвертый этап моделирования — изучение модели, экспериментирование с моделью. Основная цель этапа — выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системой, а также пригодность модели для прогнозирования.

Прогнозирование (экологическое) — предсказание возможного поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них человечества. Главной целью прогноза является оценка предполагаемой реакции окружающей среды на воздействие человека, решение задач будущего рационального использования природных ресурсов в связи с ожидаемыми состояниями окружающей среды.

Прогнозы классифицируют по времени, по масштабам прогнозируемых явлений и по содержанию. По времени различают следующие виды прогнозов: сверхкратковременные (до одного года), краткосрочные (до 3 — 5 лет), среднесрочные (до 10 — 15 лет), долгосрочные (до нескольких десятков лет), сверхдолгосрочные (на тысячелетия и более).

По масштабам прогнозируемых явлений прогнозы делятся на четыре группы: глобальные, региональные, национальные (государственные), локальные [2, с.32].

При прогнозировании одновременно приходится учитывать три типа изменений:

целенаправленные изменения природной среды, которые сознательно производятся человеком;

нецеленаправленные изменения, происходящие благодаря взаимосвязям в природе;

естественные фоновые изменения, происходящие без участия человека.

Основными принципами ландшафтно-экологического прогнозирования являются:

комплексность прогноза, т. е. необходимость предвидения изменений природных компонентов или комплексов;

динамический подход к прогнозируемому объекту;

пространственно-временное единство прогноза, отражающее одновременность изменений систем во времени и пространстве;

качественно-количественный характер прогноза.

Понятие «мониторинг» в переводе с латинского monitor означает «тот, кто напоминает, предупреждает». Мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды под воздействием антропогенных воздействий. Цель мониторинга: выявить изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия.

Различают много видов мониторинга как по характеру загрязнения среды, так и по методам и целям наблюдения. В соответствии с тремя типами загрязнений различают глобальный, региональный, импактный.

Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных их изменений.

Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых процессы и явления отличаются по природному характеру или по антропогенным воздействиям от общего базового фона.

Импактный мониторинг предусматривает осуществление наблюдений в особо опасных зонах и местах, обычно непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Важное значение имеет так называемый базовый (или фоновый) мониторинг. Задача этого мониторинга — слежение за состоянием природных систем и природными процессами при отсутствии региональных антропогенных влияний. Для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории, в т. ч. биосферные заповедники [7, с.24].

По методам ведения выделяются следующие виды мониторинга:

биологический (с помощью биоиндикации);

дистанционный (авиационный и космический);

аналитический (химический и физико-химический анализ).

По объектам наблюдения выделяются:

Мониторинг отдельных компонентов (почвы, воды, воздуха).

Мониторинг биологический (флоры и фауны).

При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, воды, почвенного покрова, растительности и животного мира, климатические изменения.

При организации мониторинга решаются задачи разного уровня. И. П. Герасимов предложил различать три ступени мониторинга:

На первой ступени главное внимание уделяется наблюдению за состоянием окружающей среды с точки зрения ее влияния на здоровье населения. На этой ступени используются такие показатели, как заболеваемость, смертность, рождаемость, продолжительность жизни и т. д. Эта ступень может опираться на систему наблюдательных постов и работу санитарно-гигиенических служб.

На второй ступени основным объектом наблюдений выступают природные, природно-технические геосистемы. Для этой ступени существенны показатели биопродуктивности, способности геосистем к самоочищению, величины предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ. Наблюдения должны проводиться на основе стационаров, ключевых участков.

Задача третьей ступени — наблюдение, оценка и прогноз за глобальными параметрами окружающей среды, а именно за загрязнением атмосферы и Мирового океана, мировым балансом влаги, изменением биопродуктивности суши и океана. Цель этой ступени мониторинга — оценка последствий этих изменений для здоровья и деятельности людей. Основу сети глобального мониторинга должна составлять система биосферных полигонов.

Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе комплексного мониторинга включает:

Для низового уровня мониторинговой сети:

• -стационарные посты по воздуху и воде;
• -передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега;
• -передвижные станции контроля выбросов и сбросов;
• -инспекционные службы;
• -службы получения данных от населения.

Для среднего уровня сети: центры сбора и обработки информации, полученные в низовых сетях, (отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач).

Для высшего уровня сети: пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки.

Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды [7, с.27].