КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ИЛИ-БАЛХАШСКОГО РЕГИОНА
|
АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОПУСТЫНИВАНИЕ И ДЕГРАДАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ: ПОНЯТИЕ, ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ 7
1.1 Понятие деградации земель и опустынивания 7
1.2 Причины и последствия опустынивания и деградации почв 9
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ИЛИ-БАЛХАШСКОГО РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ..16
2.1 Географическое положение 16
2.2 Геологическое строение и рельеф 17
2.3 Климат 20
2.4 Водные ресурсы 25
2.5 Почвенный покров, растительный и животный мир 30
3. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИЯ
ЗЕМЕЛЬ ИЛИ-БАЛХАШСКОГО РЕГИОНА 35
3.1 Природные факторы опустынивания и деградации Или-Балхашского региона 35
3.2 Антропогенные факторы опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона 36
3.3. Космический мониторинг опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона 45
3.3.1 Индикаторы опустынивания и подбор снимков 45
3.3.2 Этапы космического мониторинга процессов опустынивания 50
3.3.3 Построение карты динамики изменения поверхности 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 71
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОПУСТЫНИВАНИЕ И ДЕГРАДАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ: ПОНЯТИЕ, ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ 7
1.1 Понятие деградации земель и опустынивания 7
1.2 Причины и последствия опустынивания и деградации почв 9
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ИЛИ-БАЛХАШСКОГО РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ..16
2.1 Географическое положение 16
2.2 Геологическое строение и рельеф 17
2.3 Климат 20
2.4 Водные ресурсы 25
2.5 Почвенный покров, растительный и животный мир 30
3. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ И ДЕГРАДАЦИЯ
ЗЕМЕЛЬ ИЛИ-БАЛХАШСКОГО РЕГИОНА 35
3.1 Природные факторы опустынивания и деградации Или-Балхашского региона 35
3.2 Антропогенные факторы опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона 36
3.3. Космический мониторинг опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона 45
3.3.1 Индикаторы опустынивания и подбор снимков 45
3.3.2 Этапы космического мониторинга процессов опустынивания 50
3.3.3 Построение карты динамики изменения поверхности 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 71
Проблема опустынивания и деградации земель относятся к глобальным экологическим проблемам. По данным Фонда глобальной окружающей среды ЮНЕП, в настоящее время в мире 23% всех пригодных для использования земель охвачено процессами опустынивания и деградации. [22] В связи с чем изучение опустынивание и деградации земель является актуальным для всего мира в целом.
Одним из современных и многофункциональных методов исследования процессов опустынивания и деградации земель является космический мониторинг, который позволяет с помощью космических средств наблюдений оперативно выявить очаги и характер изменений окружающей среды, прослеживать интенсивность процессов и анализировать динамику изменения экосистем.
Объектом исследования является Или-Балхашский регион на территории Республики Казахстан.
Предметом исследования космический мониторинг процессов опустынивания и деградации земель.
Актуальность исследования:
Для своевременного выявления процессов опустынивания и деградации земель, оценки динамики изменений, определения направления их распространения и прогнозирование развития этих опасных природных процессов требуется организация соответствующего информационного обеспечения. Для этого необходимо использование эффективных методов, технологий и средств оперативного мониторинга, методов и средств обработки, хранения и представления пользователям соответствующих информационных продуктов для обеспечения экологической безопасности городов и населенных пунктов. Наиболее перспективными из них являются инновационные аэрокосмические методы, обеспечивающие возможности анализа развития ситуаций, связанных с процессами опустынивания и деградацией земель и их последствия. Основными преимуществами таких методов и систем являются: большая обзорность и детальность, позволяющая производить локальные, региональные и глобальные исследования процессов и явлений. Организация и проведение непрерывного космического мониторинга состояния атмосферы представляет собой сложную задачу, требующую использования эффективных методов и технологий дистанционного зондирования, алгоритмов и соответствующего программного обеспечения для обработки больших потоков поступающей информации.
Цель: космомониторинг процессов опустынивания и деградации земель на примере Или-Балхашского региона.
Для достижения цели были поставлены задачи:
• Проанализировать литературные и картографические источники по теме исследовани;
• Рассмотреть понятия, причины и последствия опустынивания и деградации земель;
• Изучить природные условия Или-Балхашского региона;
• Проанализировать причины и последствия процессов опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона;
• Рассмотреть и проанализировать возможности индикаторов опустынивания, позволяющим ведение мониторинговых наблюдений на основе данных дистанционного зондирования;
• Проанализировать космические снимки и рассчитать индексы для измерения площадного покрытия индикаторов на территории в 2015 и 2018 годах;
• Провести оценку динамики изменений процессов опустынивания на исследуемой территории на основании космомониторинга.
Фактические материалы:
В процессе написания работы использовались литературные источники, интернет- ресурсы, космические снимки космической системы наблюдений Landsat 8. Основной объём информации был получен в ходе прохождения производственной практики с 11.06.2018 г. по 21.07.2019 г. в частном агентстве геоинформационных систем КАГИС.
Методы исследования:
Картографический, сравнительно-географический, метод дистанционного
наблюдения, метод географического моделирования, географических анализ.
Практическая значимость:
Результаты проведения и анализа космического мониторинга процессов опустынивания и деградации земель на примере Или-Балхашского региона, на базе изученной методики на производственной практике, могут быть использованы для дальнейшего изучения дабы иметь возможность проводить космический мониторинг для иных физико-географических процессов.
Структура работы:
Данная работа включает введение, три главы в основной части, заключение, список использованных источников и литературы. В первой главе описание понятий и причин возникновения опустынивания и деградации земель. Вторая глава посвящена природным условиям Или-Балхашского региона. В третьей главе описаны процессы возникновения опустынивания и деградации земель и процесс пошагового выполнения космического мониторинга на исследуемой территории. При написании было использовано 24 космических снимка системы Landsat, 30 литературных, 12 электронных ресурсов, 42 рисунков и 3 таблицы
Одним из современных и многофункциональных методов исследования процессов опустынивания и деградации земель является космический мониторинг, который позволяет с помощью космических средств наблюдений оперативно выявить очаги и характер изменений окружающей среды, прослеживать интенсивность процессов и анализировать динамику изменения экосистем.
Объектом исследования является Или-Балхашский регион на территории Республики Казахстан.
Предметом исследования космический мониторинг процессов опустынивания и деградации земель.
Актуальность исследования:
Для своевременного выявления процессов опустынивания и деградации земель, оценки динамики изменений, определения направления их распространения и прогнозирование развития этих опасных природных процессов требуется организация соответствующего информационного обеспечения. Для этого необходимо использование эффективных методов, технологий и средств оперативного мониторинга, методов и средств обработки, хранения и представления пользователям соответствующих информационных продуктов для обеспечения экологической безопасности городов и населенных пунктов. Наиболее перспективными из них являются инновационные аэрокосмические методы, обеспечивающие возможности анализа развития ситуаций, связанных с процессами опустынивания и деградацией земель и их последствия. Основными преимуществами таких методов и систем являются: большая обзорность и детальность, позволяющая производить локальные, региональные и глобальные исследования процессов и явлений. Организация и проведение непрерывного космического мониторинга состояния атмосферы представляет собой сложную задачу, требующую использования эффективных методов и технологий дистанционного зондирования, алгоритмов и соответствующего программного обеспечения для обработки больших потоков поступающей информации.
Цель: космомониторинг процессов опустынивания и деградации земель на примере Или-Балхашского региона.
Для достижения цели были поставлены задачи:
• Проанализировать литературные и картографические источники по теме исследовани;
• Рассмотреть понятия, причины и последствия опустынивания и деградации земель;
• Изучить природные условия Или-Балхашского региона;
• Проанализировать причины и последствия процессов опустынивания и деградации земель Или-Балхашского региона;
• Рассмотреть и проанализировать возможности индикаторов опустынивания, позволяющим ведение мониторинговых наблюдений на основе данных дистанционного зондирования;
• Проанализировать космические снимки и рассчитать индексы для измерения площадного покрытия индикаторов на территории в 2015 и 2018 годах;
• Провести оценку динамики изменений процессов опустынивания на исследуемой территории на основании космомониторинга.
Фактические материалы:
В процессе написания работы использовались литературные источники, интернет- ресурсы, космические снимки космической системы наблюдений Landsat 8. Основной объём информации был получен в ходе прохождения производственной практики с 11.06.2018 г. по 21.07.2019 г. в частном агентстве геоинформационных систем КАГИС.
Методы исследования:
Картографический, сравнительно-географический, метод дистанционного
наблюдения, метод географического моделирования, географических анализ.
Практическая значимость:
Результаты проведения и анализа космического мониторинга процессов опустынивания и деградации земель на примере Или-Балхашского региона, на базе изученной методики на производственной практике, могут быть использованы для дальнейшего изучения дабы иметь возможность проводить космический мониторинг для иных физико-географических процессов.
Структура работы:
Данная работа включает введение, три главы в основной части, заключение, список использованных источников и литературы. В первой главе описание понятий и причин возникновения опустынивания и деградации земель. Вторая глава посвящена природным условиям Или-Балхашского региона. В третьей главе описаны процессы возникновения опустынивания и деградации земель и процесс пошагового выполнения космического мониторинга на исследуемой территории. При написании было использовано 24 космических снимка системы Landsat, 30 литературных, 12 электронных ресурсов, 42 рисунков и 3 таблицы
Опустынивание - один из сложнейших комплексных процессов, происходящий под действием климатических и антропогенных факторов. Исследование динамики этого процесса должно сопровождаться комплексным изучением сложного взаимодействия физических, биологических, политических, социальных, культурных и экономических факторов, включая полномасштабный анализ данных дистанционных съемок местности и данных наземных маршрутных наблюдений.
Объектом проведения исследования опустынивания и деградации земель является Или- Балхашский регион на территории Республики Казахстан.
Одним из вариантов наблюдения динамики опустынивания на территории является космический мониторинг.
Космический мониторинг - это система регулярных наблюдений и контроля состояний территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременно выявления тенденций. Под космическим мониторингов понимается последовательные этапы работы, каждый из которых требует повышенного внимания при их выполнении. Эти этапы можно разделить на три ключевых: подготовительный, основной и завершающий.
Подготовительный этап представляет из себя подбор научной литературы по территории, сроков наблюдения, индикаторов исследования и спектральных индексов.
После чего в основной этап включает в себя самую основную работу над снимками: их обработку, расчет спектральных индексов, сложение мозаики, составление классов спектральных индексов, наложение классов индексов для расчета площадей покрытия территории индикаторами наблюдения.
Завершающий этап является ключевым так как он включает в себя создание карты динамики опустынивании и её анализ основываясь на расчетах площадей спектральных индексов классов подстилающей поверхности и т.д.
Общие результаты можно зафиксировать следующими выводами:
1. Отобраны 8 индикаторов мониторинга опустынивания из 5 групп: почвенных, биологических, геодинамических, техногенных и животного мира.
2. Мониторинг проводился по 1 виду космической съемки: LANDSAT.
3. Наблюдения регламентируется проводить в зависимости от индикатора, в различные периоды май, июнь, сентябрь.
4. Отобраны 5 индексов для обработки космических снимков, наиболее подходящие для исследуемых аридных дельтовых экосистем.
5. Мониторинг регламентируется осуществлять путем обработки данных космической съемки согласно 5 индексам - SAVI, BSI, NDSI, NDWI, ТСТ.
6. Созданы мозаики карт индикаторов опустынивания по результатам обработки индексами мультисезонных снимков LANDSAT для каждого индикатора.
7. Определены количественные характеристики динамики экосистем - площади индикаторов
8. Выявлены участки экосистем с изменениями в классах подстилающей поверхности - позитивный/негативный тренд
9. Определены участки постоянного мониторинга. Участки выбраны для наблюдения за динамикой индикаторов опустынивания в пространстве и во времени. Внутри участков постоянного мониторинга рассчитываются площади наблюдаемых индикаторов по годам.
10. Создана карта динамики опустынивания Или-Балхашской территории.
Данный способ исследования позволяет рассчитать изменения в проявлениях различных индикаторов процесса опустынивания. Но вывод о том, к какому же типу динамики относятся зафиксированные изменения, следует сделать основываясь на многолетнем изучении территории и анализе экспедиционных данных. В качестве возможного варианта определения изменений экосистем рекомендуется выявлять участки, на которых активно изменяются классы подстилающей поверхности из года в год, а в дальнейшем проводить наблюдения в границах изменений.
Также данный способ исследования можно использовать для изучения иных физико-географических процессах.
Объектом проведения исследования опустынивания и деградации земель является Или- Балхашский регион на территории Республики Казахстан.
Одним из вариантов наблюдения динамики опустынивания на территории является космический мониторинг.
Космический мониторинг - это система регулярных наблюдений и контроля состояний территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременно выявления тенденций. Под космическим мониторингов понимается последовательные этапы работы, каждый из которых требует повышенного внимания при их выполнении. Эти этапы можно разделить на три ключевых: подготовительный, основной и завершающий.
Подготовительный этап представляет из себя подбор научной литературы по территории, сроков наблюдения, индикаторов исследования и спектральных индексов.
После чего в основной этап включает в себя самую основную работу над снимками: их обработку, расчет спектральных индексов, сложение мозаики, составление классов спектральных индексов, наложение классов индексов для расчета площадей покрытия территории индикаторами наблюдения.
Завершающий этап является ключевым так как он включает в себя создание карты динамики опустынивании и её анализ основываясь на расчетах площадей спектральных индексов классов подстилающей поверхности и т.д.
Общие результаты можно зафиксировать следующими выводами:
1. Отобраны 8 индикаторов мониторинга опустынивания из 5 групп: почвенных, биологических, геодинамических, техногенных и животного мира.
2. Мониторинг проводился по 1 виду космической съемки: LANDSAT.
3. Наблюдения регламентируется проводить в зависимости от индикатора, в различные периоды май, июнь, сентябрь.
4. Отобраны 5 индексов для обработки космических снимков, наиболее подходящие для исследуемых аридных дельтовых экосистем.
5. Мониторинг регламентируется осуществлять путем обработки данных космической съемки согласно 5 индексам - SAVI, BSI, NDSI, NDWI, ТСТ.
6. Созданы мозаики карт индикаторов опустынивания по результатам обработки индексами мультисезонных снимков LANDSAT для каждого индикатора.
7. Определены количественные характеристики динамики экосистем - площади индикаторов
8. Выявлены участки экосистем с изменениями в классах подстилающей поверхности - позитивный/негативный тренд
9. Определены участки постоянного мониторинга. Участки выбраны для наблюдения за динамикой индикаторов опустынивания в пространстве и во времени. Внутри участков постоянного мониторинга рассчитываются площади наблюдаемых индикаторов по годам.
10. Создана карта динамики опустынивания Или-Балхашской территории.
Данный способ исследования позволяет рассчитать изменения в проявлениях различных индикаторов процесса опустынивания. Но вывод о том, к какому же типу динамики относятся зафиксированные изменения, следует сделать основываясь на многолетнем изучении территории и анализе экспедиционных данных. В качестве возможного варианта определения изменений экосистем рекомендуется выявлять участки, на которых активно изменяются классы подстилающей поверхности из года в год, а в дальнейшем проводить наблюдения в границах изменений.
Также данный способ исследования можно использовать для изучения иных физико-географических процессах.
