Методы исследований

Экологам важно развивать навыки мышления, памяти и логики. В ноябре 2019 разработан новый игровой тренажер "Микробиолог". Нестандартные задания + игровая форма = отличный результат.

Узнать детали

Методы исследований


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:

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

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

3)      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.

При прогнозировании   одновременно приходится  учитывать  три типа изменений:

1.      целенаправленные изменения природной среды, которые сознательно производятся человеком;

2.      нецеленаправленные   изменения,  происходящие благодаря  взаимосвязям в природе;

3.      естественные  фоновые изменения,  происходящие  без участия человека.

Основными  принципами ландшафтно-экологического  прогнозирования являются:

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

2.      динамический подход к прогнозируемому объекту;

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

4.      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.

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:

1.   Мониторинг отдельных компонентов (почвы, воды, воздуха);

2.   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:

1. стационарные посты по воздуху и воде;

2. передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега;

3. передвижные станции контроля выбросов и сбросов;

4. инспекционные службы;

5. 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.

Географические информационные системы (ГИС) – это компьютерные системы, предназначенные для сбора, хранения, обработки и распространения пространственно - координированной информации. ГИС состоят из нескольких подсистем: ввода информации, обработки информации, выдачи информации.

Подсистема ввода информации включает устройства для преобразования пространственной информации в цифровую форму и ввода ее в базы данных. Такими устройствами являются цифрователи и сканеры. С помощью цифрователя на исходной карте обводят контуры, прослеживают линии и другие обозначения, а в память компьютера поступают текущие координаты этих контуров и линий в цифровой форме. Сканеры автоматически считывают информацию по всей карте. Вся цифровая информация поступает в базы данных. Базы данных - это совокупность данных по какой-либо теме в цифровой форме с соблюдением определенных правил хранения и выдачи.

Подсистема обработки информации состоит из самого компьютера, системы управления и программного обеспечения. Различные программы позволяют проводить анализ территории, моделировать явления и процессы, сопоставлять и оценивать варианты решения поставленных задач и т.д.

Подсистема вывода информации – это комплекс устройств для визуализации обработанной информации. Это экраны, принтеры и другие устройства, с помощью которых выводятся результаты моделирования и варианты решений в той форме, которая задана пользователем.

В состав специализированных картографических ГИС входит подсистема издания карт, позволяющая изготовлять и печатать карты; ГИС, ориентированные на работу с аэрокосмической информацией, могут включать специализированную подсистему обработки изображений.

В ГИСах используется два принципа организации пространственной информации: послойный и объективно-ориентировочный. Суть послойного принципа заключается в том, что информация о какой-то территории организуется в виде серии тематических слоев, отвечающих конкретным потребностям. Каждый слой может содержать информацию, относящуюся только к одной или нескольким темам. Например, для целей изучения природных ресурсов такими темами могут выступать данные по геологии коренных пород и четвертичных отложений, по почвам, типам землепользования, высоте местности, уклонам рельефа и т.д.

При объективно-ориентировочном подходе группировка объектов происходит в соответствии  с логическими взаимосвязями между ними, с построением иерархии. Одним из важных свойств ГИС является получение новой информации на основе имеющейся.

ГИС используется для решения самого широкого круга задач, основные из которых следующие:

- поиск и рациональное использование природных ресурсов;

- мониторинг экологических ситуаций и опасных природных явлений, оценка воздействий на среду и их последствий, обеспечение экологической безопасности страны и регионов;

- контроль условий жизни населения, здравоохранение и т.п.;

- создание тематических карт и атласов, оперативное картографирование и т.д.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: