Введение 4
Глава 1. Теоретические основы геоинформационного обеспечения экологического мониторинга 7
1.1. Современное представление о ГИС 7
1.2. Цифровые модели рельефа 15
1.3. Данные дистанционного зондирования 28
Глава 2. Характеристика заповедника Тигирекский 34
2.1. Общая характеристика заповедника 34
2.2. Физико-географические условия 37
2.3. Научно-исследовательская деятельность 47
2.4. Экологический мониторинг 49
Глава 3. Геоинформационное обеспечение экологического мониторинга территории Тигирекского заповедника 52
Заключение 78
Список использованной литературы и источников 81
Приложения
Одной из важнейших задач, стоящих перед ООПТ является организация и проведение экологического мониторинга - наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений ее состояния под воздействием природных и антропогенных факторов. Мониторинг предполагает процесс систематического или непрерывного сбора информации о параметрах окружающей среды для определения тенденций их изменения. Мониторинг можно проводить с помощью сети стационарных пунктов, однако наблюдения на отдельных точках или профилях не всегда отражают пространственные изменения. С другой стороны, при организации сети пунктов мониторинговых наблюдений одной из проблем является выбор места их размещения. Для эффективного решения этих и многих других вопросов требуется геоинформационное обеспечение, основу которого составляют современные ГИС-технологии.
Тигирекский заповедник, расположенный на юго-западе Алтайского края, действует уже 17 лет, однако до сих пор до конца не решена задача геоинформационного обеспечения экологического мониторинга на его территории. Это обстоятельство стало причиной выбора темы нашего исследования.
Исходя из вышеизложенного, целью выпускной квалификационной работы является создание элементов геоинформационного обеспечения экологического мониторинга территории заповедника «Тигирекский».
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
1. Рассмотреть теоретические основы геоинформационного обеспечения экологического мониторинга.
2. Дать физико-географическую характеристику территории заповедника Тигирекский.
3. Охарактеризовать деятельность заповедника по осуществлению экологического мониторинга.
4. Создать основные элементы геоинформационного обеспечения экологического мониторинга территории заповедника «Тигирекский».
5. Провести анализ территории на основе методов геоинформационного моделирования.
Объектом исследования является Тигирекский заповедник, предметом геоинформационнос обеспечение экологического мониторинга на его территории.
При написании выпускной квалификационной работы использовались следующие методы: математической статистики, графо-аналитический, дистанционного зондирования, геоинформационного моделирования, картографический, логического анализа и синтеза, библиографический. Статистические расчеты (корреляционный и регрессионный анализ) выполнялись в среде Excel. Пространственный анализ и геоинформационное моделирование выполнялись в программах ArcGIS, SAGA, ENVI.
Практическая значимость работы определяется тем, что её результаты могут быть использованы при выборе пунктов сети экологического мониторинга, экстраполяции данных измерений и наблюдений, тематическом картографировании территории, решении задач пространственного анализа и моделирования; а так же для поддержки принятия управленческих решений администрацией заповедника.
По теме выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации) опубликовано 3 научных статьи в изданиях, индексируемых РИНЦ.
Автор выражает благодарность заместителю директора но НИР заповедника «Тигирекский», к.б.н. Давыдову Е.Л. за предоставленные материалы и сотрудничество на всех этапах исследования; доценту каф. природопользования и геоэкологии АлтГУ, к.е.-х.н. Максимовой Н.Б. за ценные консультации по анализу собранных автоматическими регистра горами метеоданных; доценту кафедры вычислительной техники и электроники ФТФ АлтГУ, к.т.н. Шайдурову А.А. за помощь в автоматизации процедуры обработки больших массивов данных и консультации по работе прикладными пакетами статистического анализа. Отдельную благодарность выражаю к.г.н. Скрипко В.В., взявшему на себя труд научного руководителя
Одной из ключевых задач, возложенных на государственные природные заповедники, является осуществление экологического мониторинга в рамках общегосударственной системы мониторинга окружающей природной среды. При организации экологического мониторинга на ООПТ ключевое значение имеют репрезентативность наблюдений и корректная экстраполяция полученных данных. Успешнее решение этой проблемы возможно на основе использования географических информационных систем.
Географические информационные системы (ГИС) - это технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированных данных. ГИС - удобный инструментарий для компьютерного моделирования и геоинформационного картографирования, позволяющий эффективно организовывать процессы экологического мониторинга особо охраняемых природных территорий.
Одним из важнейших факторов функционирования природных систем является рельеф, перераспределяющий тепло и влагу по земной поверхности. Моделирование экологически значимых морфометрических характеристик рельефа на основе его цифровых моделей позволяет создать основу для пространственного анализа природных систем.
Ценным источником информации о состоянии территории являются данные дистанционного зондирования. Их совместное использование с результатами моделирования экологически значимых характеристик рельефа позволяет повысить эффективность организации мониторинга особо охраняемых природных территорий.
Находящийся на территории Алтайского края заповедник «Тигирскский» один из самых молодых заповедников России, учрежденный в 1999 г. для сохранения и изучения природных комплексов среднегорья Западного Алтая. Общая площадь заповедника составляет 41505 га.
Территория заповедника занимает западную часть Тигирекского хребта и восточную часть Колыванского хребта.
Среди основных задач стоящих перед заповедником находится экологический мониторинг природных процессов и явлений, который включает в себя три основные группы наблюдений: 1) ретроспективные, 2) инвентаризационные и реинвентаризационные, 3) режимные; а так же исследования, направленные па совершенствование методов экологического мониторинга. Наблюдениями охватываются основные природные компоненты и свойства геосистем и их антропогенные изменения: геологическое строение и рельеф; метеорологический режим и климат; гидрологический режим и водный баланс; почвы, гео- и гидрохимические циклы; флора и растительность; фауна и животное население, а также микробиота. Для регистрации климатических параметров на территории заповедника установлены две автоматические метеостанции, гидрологические посты и ряд автономно работающих температурных датчиков.
Для геоинформационного обеспечения экологического мониторинга территории заповедника на основе топографической карты построена цифровая модель рельефа (ЦМР) разрешением 20^20 м. На основе ЦМР построены следующие производные модели: экспозиции склонов, уклонов, инсоляции, общей кривизны поверхности, топографического индекса влажности. На основе космического снимка Landsat 8, сделанного 15 июня 2014 г. рассчитан нормализованный дифференцированный вегетационный индекс (NDVI). Для всех рассчитанных характеристик построены гистограммы, отражающие их распределение по территории заповедника.
Геоинформационный анализ растров потенциальной инсоляции и кривизны поверхности позволяет получить модель потенциального сочетания тепла и влаги по местообитаниям.
Предложен алгоритм геоинформационного моделирования пространственного распределения суммы активных температур па основе уравнения множественной регрессии.
Таким образом, в результате выполненной работы создана геоинформационная основа для повышения эффективности организации экологического мониторинга на территории Тигирекского заповедника.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
