Помощь студентам в учебе
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ОПУСТЫНИВАНИЯ ЛАНДШАФТОВ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОПУСТЫНИВАНИЕ: ПОНЯТИЕ, ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ 9
1.1 Понятие опустынивания 9
1.2 Причины и последствия опустынивания 11
1.3 Причины опустынивания в Казахстане 14
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА 19
2.1 Географическое положение 19
2.2 Геологическое строение и рельеф 22
2.3 Климат 25
2.4 Водные ресурсы 31
2.5 Почвенный покров, растительный и животный мир 35
3. ФАКТОРЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПУСТЫНИВАНИЯ ЮГО-ВОСТОЧНОГО
КАХАЗАСТАНА 40
3.1 Природные факторы опустынивания Юго-Восточного Казахстана 40
3.2 Антропогенные факторы опустынивания Юго-Восточного Казахстана 41
4. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ НА
ТЕРРИТОРИИ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАН 50
4.1 Материалы и методы космического мониторинга процессов опустынивания 50
4.2 Индикаторы опустынивания и сроки наблюдения 55
4.3 Космический мониторинг и его применение в изучении процессов опустынивания 57
4.3.1 Предварительная подготовка снимков 58
4.3.2 Расчет спектральных индексов 64
4.3.3 Анализ карт индикаторов опустынивания 73
4.3.4 Построение карты динамики изменения поверхности 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 84
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОПУСТЫНИВАНИЕ: ПОНЯТИЕ, ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ 9
1.1 Понятие опустынивания 9
1.2 Причины и последствия опустынивания 11
1.3 Причины опустынивания в Казахстане 14
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА 19
2.1 Географическое положение 19
2.2 Геологическое строение и рельеф 22
2.3 Климат 25
2.4 Водные ресурсы 31
2.5 Почвенный покров, растительный и животный мир 35
3. ФАКТОРЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПУСТЫНИВАНИЯ ЮГО-ВОСТОЧНОГО
КАХАЗАСТАНА 40
3.1 Природные факторы опустынивания Юго-Восточного Казахстана 40
3.2 Антропогенные факторы опустынивания Юго-Восточного Казахстана 41
4. КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ ОПУСТЫНИВАНИЯ НА
ТЕРРИТОРИИ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАН 50
4.1 Материалы и методы космического мониторинга процессов опустынивания 50
4.2 Индикаторы опустынивания и сроки наблюдения 55
4.3 Космический мониторинг и его применение в изучении процессов опустынивания 57
4.3.1 Предварительная подготовка снимков 58
4.3.2 Расчет спектральных индексов 64
4.3.3 Анализ карт индикаторов опустынивания 73
4.3.4 Построение карты динамики изменения поверхности 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 84
Проблема опустынивания относится к глобальным экологическим проблемам и представляет серьезную угрозу благополучию человечества. Хотя деградация почвы всегда сопутствовала систематическому использованию ее человеком, этот процесс за последние десятилетия ускорился, как раз в тот момент, когда рост народонаселения и прогнозы дальнейшего роста вызывают необходимость резко увеличить производство продуктов питания.
Проблема опустынивания является глобальной экологической проблемой и представляет серьезную угрозу благополучию человечества. Несмотря на то, что деградация земель всегда придерживалась систематического человеческого фактора, этот процесс ускорился в последние десятилетия, в то время как рост населения и прогнозы дальнейшего роста требуют резкого увеличения производства продовольствия.
По данным Фонда глобальной окружающей среды ЮНЕП, в настоящее время в мире 23% всех пригодных для использования земель охвачено процессами опустынивания. [29] В связи с чем изучение опустынивания является актуальным для всего мира в целом.
Одним из современных и многофункциональных методов исследования процессов опустынивания 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 равнинная территория Юго-Восточного
Казахстана.
Предметом исследования являются процессы опустынивания на равнинной территории Юго-Восточного Казахстана.
Актуальность исследования:
Для своевременного выявления процессов опустынивания, 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 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.
Научная новизна:
Данная диссертация является работой, освещающей экологическую проблему опустынивания территории Юго-Восточного Казахстана с отражением ее в системе тематических карт, составленных с помощью космических данных и различных методик космического мониторинга. К оригинальным результатам исследования можно отнести:
• изучение территории Юго-Восточного Казахстана, выявление экологической проблемы - опустынивание; представление сущности опустынивания, как объекта картографирования;
• разработку принципов и последовательности этапов системного картографирования опустынивания для территории Юго-Восточного Казахстана;
• обоснование методов оценки главных факторов и объектов(процессов) опустынивания на территории Юго-Восточного Казахстана: деградации растительного покрова, иссушение естественных водоёмов, изменение площадей песчаных поверхностей;
• создание оригинальных тематических карт опустынивания на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана, отражающих его многогранность за 1994, 2000, 2015 и 2019 года;
Цель: провести анализ пространственно-временной динамики процессов опустынивания на территории Юго-Восточного Казахстана, на основании данных космического мониторинга.
Для достижения цели были поставлены задачи:
• Проанализировать литературные и картографические источники по теме исследования;
• Рассмотреть понятие, причины и последствия опустынивания;
• Изучить природные условия Юго-Восточного Казахстана;
• Проанализировать причины и последствия процессов опустынивания ЮгоВосточного Казахстана;
• Рассмотреть и проанализировать возможности индикаторов опустынивания, позволяющим ведение мониторинговых наблюдений на основе данных дистанционного зондирования;
• Проанализировать космические снимки и рассчитать спектральные индексы для измерения площадного покрытия индикаторов на территории в 1994, 2000, 2015 и 2019 годах;
• Провести оценку динамики изменений процессов опустынивания на исследуемой территории на основании космического мониторинга.
• Сделать выводы на основании полученных результатов анализа.
Фактические материалы:
В процессе написания работы использовались литературные источники, интернет- ресурсы, космические снимки космической системы наблюдений Landsat 8, программное обеспечение SAGA GIS и QGIS.
Методы исследования:
Картографический, сравнительно-географический, метод дистанционного
наблюдения, метод географического моделирования, статистический, географических анализ.
Практическая значимость:
Результаты проведения и анализа космического мониторинга процессов опустынивания на примере Юго-Восточного Казахстана, могут быть использованы для дальнейшего изучения чтобы иметь возможность проводить космический мониторинг для иных физико-географических процессов на иных территориях.
Защищаемые положения:
- с момента прекращения интенсивного антропогенного воздействия наблюдается положительный тренд восстановления ландшафтов, а точнее сукцессия классов подвижных песков на классы общего проективного покрытия;
- подготовлен комплект тематических карт за 1994, 2000, 2015, 2019 года
характеризующие пространственно-временную динамику на территории Юго-Восточного Казахстана.
Личный вклад автора:
Автором работы составлен комплект комплексных карт расчета спектральных индексов за 1994, 2000, 2015 и 2019 года, на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана. Также была составлена карта процессов опустынивания на основании данных космического мониторинга на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана.
Структура работы:
Данная работа включает введение, четыре главы в основной части, заключение, список использованных источников и литературы. В первой главе описание понятий и причин возникновения опустынивания. Вторая глава посвящена природным условиям ЮгоВосточного Казахстана. В третьей главе факторы возникновения процессов опустынивания. Четвертая глава посвящена процессу выполнения космического мониторинга на исследуемой территории. При написании было использовано 24 космических снимка системы Landsat, 30 литературных, 16 электронных ресурсов, 44 рисунков и 9 таблицы.
Проблема опустынивания является глобальной экологической проблемой и представляет серьезную угрозу благополучию человечества. Несмотря на то, что деградация земель всегда придерживалась систематического человеческого фактора, этот процесс ускорился в последние десятилетия, в то время как рост населения и прогнозы дальнейшего роста требуют резкого увеличения производства продовольствия.
По данным Фонда глобальной окружающей среды ЮНЕП, в настоящее время в мире 23% всех пригодных для использования земель охвачено процессами опустынивания. [29] В связи с чем изучение опустынивания является актуальным для всего мира в целом.
Одним из современных и многофункциональных методов исследования процессов опустынивания 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 равнинная территория Юго-Восточного
Казахстана.
Предметом исследования являются процессы опустынивания на равнинной территории Юго-Восточного Казахстана.
Актуальность исследования:
Для своевременного выявления процессов опустынивания, 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 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.
Научная новизна:
Данная диссертация является работой, освещающей экологическую проблему опустынивания территории Юго-Восточного Казахстана с отражением ее в системе тематических карт, составленных с помощью космических данных и различных методик космического мониторинга. К оригинальным результатам исследования можно отнести:
• изучение территории Юго-Восточного Казахстана, выявление экологической проблемы - опустынивание; представление сущности опустынивания, как объекта картографирования;
• разработку принципов и последовательности этапов системного картографирования опустынивания для территории Юго-Восточного Казахстана;
• обоснование методов оценки главных факторов и объектов(процессов) опустынивания на территории Юго-Восточного Казахстана: деградации растительного покрова, иссушение естественных водоёмов, изменение площадей песчаных поверхностей;
• создание оригинальных тематических карт опустынивания на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана, отражающих его многогранность за 1994, 2000, 2015 и 2019 года;
Цель: провести анализ пространственно-временной динамики процессов опустынивания на территории Юго-Восточного Казахстана, на основании данных космического мониторинга.
Для достижения цели были поставлены задачи:
• Проанализировать литературные и картографические источники по теме исследования;
• Рассмотреть понятие, причины и последствия опустынивания;
• Изучить природные условия Юго-Восточного Казахстана;
• Проанализировать причины и последствия процессов опустынивания ЮгоВосточного Казахстана;
• Рассмотреть и проанализировать возможности индикаторов опустынивания, позволяющим ведение мониторинговых наблюдений на основе данных дистанционного зондирования;
• Проанализировать космические снимки и рассчитать спектральные индексы для измерения площадного покрытия индикаторов на территории в 1994, 2000, 2015 и 2019 годах;
• Провести оценку динамики изменений процессов опустынивания на исследуемой территории на основании космического мониторинга.
• Сделать выводы на основании полученных результатов анализа.
Фактические материалы:
В процессе написания работы использовались литературные источники, интернет- ресурсы, космические снимки космической системы наблюдений Landsat 8, программное обеспечение SAGA GIS и QGIS.
Методы исследования:
Картографический, сравнительно-географический, метод дистанционного
наблюдения, метод географического моделирования, статистический, географических анализ.
Практическая значимость:
Результаты проведения и анализа космического мониторинга процессов опустынивания на примере Юго-Восточного Казахстана, могут быть использованы для дальнейшего изучения чтобы иметь возможность проводить космический мониторинг для иных физико-географических процессов на иных территориях.
Защищаемые положения:
- с момента прекращения интенсивного антропогенного воздействия наблюдается положительный тренд восстановления ландшафтов, а точнее сукцессия классов подвижных песков на классы общего проективного покрытия;
- подготовлен комплект тематических карт за 1994, 2000, 2015, 2019 года
характеризующие пространственно-временную динамику на территории Юго-Восточного Казахстана.
Личный вклад автора:
Автором работы составлен комплект комплексных карт расчета спектральных индексов за 1994, 2000, 2015 и 2019 года, на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана. Также была составлена карта процессов опустынивания на основании данных космического мониторинга на равнинную территорию Юго-Восточного Казахстана.
Структура работы:
Данная работа включает введение, четыре главы в основной части, заключение, список использованных источников и литературы. В первой главе описание понятий и причин возникновения опустынивания. Вторая глава посвящена природным условиям ЮгоВосточного Казахстана. В третьей главе факторы возникновения процессов опустынивания. Четвертая глава посвящена процессу выполнения космического мониторинга на исследуемой территории. При написании было использовано 24 космических снимка системы Landsat, 30 литературных, 16 электронных ресурсов, 44 рисунков и 9 таблицы.
Опустынивание - один из сложнейших комплексных процессов, происходящий под действием природных 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 является равнинная часть ЮгоВосточного Казахстана.
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 3 индикатора мониторинга опустынивания.
2. Мониторинг проводился по 1 виду космической съемки: LANDSAT.
3. Наблюдения регламентируется проводить в зависимости от индикатора, в различные периоды май, июль, сентябрь.
4. Отобраны 3 индекса для обработки космических снимков, наиболее подходящие для исследуемых аридных дельтовых экосистем.
5. Мониторинг регламентируется осуществлять путем обработки данных космической съемки согласно 3 индексам - SAVI, NDWI, GSI.
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. Выбраны участки постоянного мониторинга 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 Юго-Восточного Казахстана.
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 физикогеографических процессах.
Объектом проведения исследования опустынивания является равнинная часть ЮгоВосточного Казахстана.
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 3 индикатора мониторинга опустынивания.
2. Мониторинг проводился по 1 виду космической съемки: LANDSAT.
3. Наблюдения регламентируется проводить в зависимости от индикатора, в различные периоды май, июль, сентябрь.
4. Отобраны 3 индекса для обработки космических снимков, наиболее подходящие для исследуемых аридных дельтовых экосистем.
5. Мониторинг регламентируется осуществлять путем обработки данных космической съемки согласно 3 индексам - SAVI, NDWI, GSI.
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. Выбраны участки постоянного мониторинга 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 Юго-Восточного Казахстана.
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 физикогеографических процессах.
