МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДАХ ОБСКОЙ ГУБЫ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 504.064.37

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДАХ ОБСКОЙ ГУБЫ MATHEMATICAL PROCESSING OF SATELLITE DATA TO STUDY THE PREVALENCE OF POLLUTANTS IN THE WATERS OF THE OB BAY

Колисниченко Н. А., студент Хворова Л. А., канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет» Ковалевская Н. М., канд. техн. наук, доцент Институт водных и экологических проблем СО РАН Россия, Алтайский край, г. Барнаул

Аннотация. Для изучения распространенности загрязняющих веществ в водах Обской губы использованы данные спутника MERIS/ENVISAT (2003-2011 гг.). В результате проведенного исследования выявлена динамика уровня развития фитопланктона водной системы Обской губы на основе пигментных характеристик; определена роль фитопланктона в водно-экологическом режиме водной системы Обской губы; исследованы концентрации загрязняющих веществ вдоль береговой зоны и вдоль течения.

Ключевые слова: Обская губа, дистанционное зондирование Земли, фитопланктон.

Abstract. To study the prevalence of pollutants in the waters of the Ob Bay, the data of the MERIS/ENVISAT satellite (2003-2011) are used. As a result of the study, the dynamics of the level of phytoplankton development in the water system of the Ob Bay is determined on the basis of pigment characteristics. The work determines the role of phytoplankton in the water-ecological regime of the water system of the Ob Bay.The concentrations of pollutants along the coastal zone and along the current have been studied.

Key words: Ob Bay, remote sensing of the Earth, phytoplankton.

Один из важнейших аспектов проблемы экологии водоемов - динамика уровня развития фитопланктона (ФП) - одного из биологических объектов, используемых при определении экологического статуса водных объектов и оценке качества воды. Составляющие его водоросли способны влиять на биологическую продуктивность и экологическое состояние водоемов. Концентрация ФП может меняться в течение нескольких часов в объеме от кубических сантиметров до кубических метров. Очевидно, что в такой ситуации «точечные» измерения с судов оказываются нерепрезентативными. Поэтому возрастает интерес к дистанционному слежению за состоянием водоёмов [1].

Цель работы - исследование пространственно-временной динамики параметров качества воды акватории Обской губы.

Освоение природных ресурсов Обской губы, в том числе нефтегазовых месторождений, создание водохранилищ, промышленных предприятий, поступление сточных вод привели к увеличению роли антропогенных факторов в формировании качества воды, что обусловливает необходимость постоянного мониторинга и изучения состояния рек для разработки мероприятий, препятствующих их загрязнению и эвтрофированию [2].

Изучаемая территория Обской губы разделена на 4 участка: устье Обской губы, её средняя часть, выход из эстуарной части и Гыданская губа. Для определения содержания фитопланктонов в Обской губе использованы снимки с Европейского спутника ENVISAT (спектрометр MERIS) за июль с 2003 по 2011 гг. в период наиболее активного функционирования планктонных альгоценозов. В среде BEAM были отобраны и обработаны качественные снимки, которые наиболее информативно отражают концентрацию ФП. Для получения тестовых точек, была построена сетка на территории исследования в соответствии с направлением параллелей и меридиан. В узлах сетки на каждом из участков были извлечены данные о величинах следующих загрязняющих веществ: концентрации хлорофилла a (ХЛ),концентрации всех взвешенных веществ (ВВ),показатели поглощения растворенного органического вещества (РОВ).

Для каждого из рассматриваемых участков рассчитаны среднемесячные значения полученных показателей и построены графики, отображающие динамику их развития за рассматриваемый период времени. По усреднённым данным на участках наблюдается некоторый рост концентраций ХЛ в Обском эстуарии.Максимальные значения концентраций ВВ наблюдаются в устье и средней части губы.Максимальные значения коэффициентов РОВ соответствуют так же участку устья губы. Необходимо отметить, что показатели концентраций ВВ и коэффициенты РОВ в «среднем» возрастают с 2003 по 2011 гг в устье и средней части Обской губы.

Исследования концентрации загрязнителей вдоль течения и у береговой линии показали, что Обская губа характеризуется высоким содержанием ХЛ, что может быть связано с массовым выносом фитопланктона с речными водами, его видовой спецификой и высокой мутностью; максимальные значения концентрации ХЛ соответствуют области слияния вод Обской и Тазовской губы (получает преобладающую часть загрязняющих веществ в связи с развитием на её водосборе нефтегазового комплекса). Максимальные значения модельных концентраций ВВ наблюдаются в устье Обской и Тазовской губ. В других областях концентрации взвеси принимают существенно более низкие значения.

Максимальные значения коэффициента поглощения РОВ соответствуют участкам вод основного потока поступающей речной воды с Обского и Тазовского водосборов. При этом район смешения обских и тазовских вод характеризуется наиболее низкими значениями коэффициента поглощения. Содержание каждого из загрязнителей в эстуарии значительно ниже, чем в речной области. Значения всех показателей у береговых зон по всей акватории распределены достаточно неравномерно. Более высокие значения показателей наблюдаются на левом берегу акватория, что может быть связано с более развитым нефтегазовым промыслом, наличием большего количества разрабатываемых месторождений и возможным выносом ФП с водами многочисленных рек, впадающих с западной стороны.

В процессе исследования рассмотрена значимость пигментных характеристик водорослей для изучения альгоценозов и оценки качества воды. Показано, что на характер пространственного распределения водорослей в Обской губе влияет комплекс гидрологических, климатических и антропогенных факторов. Полученные результаты показали некоторый рост концентраций ХЛ в Обском эстуарии, а также наличие одинаковой тенденции к некоторому возрастанию концентрации ВВ и коэффициента поглощения РОВ в устье и средней части Обской губы. Показано, что максимальные значения концентраций ХЛ и ВВ в опресненной зоне соответствуют области слияния вод Обской губы и вод Тазовской губы, в этой же области наблюдаются минимальные значения коэффициента поглощения РОВ [3 -5].

Библиографический список:

1. Ковалевская, Н. М. Компьютерное моделирование полей концентраций хлорофилла для лимнологических объектов на основе спутниковых MERIS-данных (на примере Новосибирского водохранилища) [Текст] / Ковалевская Н. М. [и др.] // Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня, 2009. № ОВ17. - С. 175-179.

2. Котовщиков, А. В. Пигментные характеристики альгоценозов речной системы Оби: автореф. дисс. канд. биол. наук [Текст] / А. В. Котовщиков. - Барнаул, 2012. - 24 с.

3. Ковалевская, Н. М. Анализ пространственного распределения и динамики количества фитопланктона Обской губы на основе данных ДЗЗ [Текст] / Ковалевская Н. М. [и др.] // сб. тр. всерос. конф. по математике. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2017. - С. 303306.

4. Ковалевская, Н. М. Исследование динамики параметров качества воды в Обской губе и прилежащем Карском шельфе на основе многолетних спутниковых наблюдений [Текст] / Ковалевская Н. М. [и др.] // Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов: сб. тр. всерос. конф. - Новосибирск, 2017. - С. 196-201.

5. Kovalevskaya N. M. Investigation of Water Quality Parameters Dynamics in the Gulf of Ob and the Adjacent Kara Sea Shelf on the Basis of Multi-year Satellite Observations [Text] / Kovalevskaya N. M. [and others] // CEUR Workshop Proceedings. - 2017. - Vol. 2033. -P. 196-201.