CC BY
29
УДК 504.064
ПРИМЕНЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ TERRA-MODIS ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Ирина Германовна Ященко
Институт химии нефти СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Татьяна Олеговна Перемитина
Институт химии нефти СО РАН, 634021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории «Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей», тел. (3822)-49-22-27, е-mail: pto@ipc.tsc.ru
Проведен мониторинг состояния растительного покрова нефтедобывающих территорий Томской области за период 2010-2015 г. с использованием тематических продуктов MODIS. Предложен подход к оценке воздействия различных факторов на экологию нефтегазодобывающих территорий на основе дистанционных исследований состояния растительного покрова по значению нормализованного разностного индекса растительности NDVI. Апробация предложенного подхода проведена для техногенно-нарушенных территорий четырех нефтяных месторождений Томской области - Крапивинское, Мыльджинское, Лугинецкое и Урманское. Дополнительно, в качестве фонового участка, исследована территория Государственного природного заказника областного значения «Оглатский».
Ключевые слова: окружающая среда, космические снимки, геоинформационные системы, месторождения нефти, вегетационный индекс.
APPLICATION OF THE TERRA-MODIS SATELLITE DATA FOR MONITORING THE STATE OF VEGETATION OIL PRODUCING TOMSK REGION
Irina G. Yashchenko
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, Ph. D. in Geologyand Mineralogy, Head of the Laboratory, tel. (3822)-49-18-11, e-mail: sric@ipc.tsc.ru
Tatiana O. Peremitina
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634021, Russia, Tomsk, 4 Akademichesky Avenue, Ph. D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49-18-11, e-mail: pto@ipc.tsc.ru
Using the MODIS thematic products, the status of vegetation of oil producing areas in Tomsk region for the period 2010-2015 is monitored. An approach for estimating the impact of various factors on the ecology of oil producing areas using the NDVI coefficient and remote sensing data on the status of vegetation is proposed. The approach is tested within four technologically-disturbed lands - four oil fields, Krapivinskoye, Myldzhenskoye, Luginetskoye, and Urmanskoye in Tomsk region. The territory of the Oglatsky Status Nature Reserve of regional importance is investigated as a reference area.
Key words: environment, satellite images, geoinformation systems, oil field, vegetation index.
Нефтегазодобывающий комплекс представляет собой сложную систему взаимосвязанных производств, состоящую из эксплуатационных скважин, установок комплексной подготовки поступающего углеводородного сырья и других объектов, относящихся как непосредственно к добыче нефти и газа, так и к обеспечению жизнедеятельности населения. Воздействие нефтегазового комплекса на природную среду настолько усилилось, что существующие наземные методы слежения за её состоянием перестали удовлетворять современным требованиям учета ресурсов биосферы и управления ее развитием [1].
Вследствие труднодоступности территорий, находящихся в зоне воздействия предприятий нефтегазодобычи Западной Сибири, наиболее перспективным подходом к оперативному мониторингу состояния растительного покрова является подход, основанный на использовании космических снимков (КС).
Данные дистанционного зондирования Земли из космоса позволяют оперативно отслеживать изменения состояния и структуры растительного покрова. Для работы со спектральной информацией часто прибегают к созданию так называемых «индексных» изображений. Спектральные индексы, используемые для изучения и оценки состояния растительности, получили общепринятое название вегетационных индексов. Вегетационный индекс (ВИ) - показатель, рассчитываемый в результате операций с разными спектральными диапазонами (каналами) данных дистанционного зондирования, и имеющий отношение к параметрам растительности в данном пикселе снимка. Наиболее популярный и часто используемый индекс - NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) -нормализованный разностный индекс растительности. Анализ значений индекса NDVI позволяет выявить проблемные зоны с угнетенной растительностью на техногенно-нарушенных или загрязненных территориях, давая возможность принимать наиболее верные решения, направленные на улучшение экологического состояния ландшафта. При помощи статистической обработки ретроспективных данных о значениях индекса NDVI помимо определения зон с угнетенной растительностью можно дополнительно определять изменения объемов фитомассы на исследуемой территории [2].
В Научно-исследовательском информационном центре ИХН СО РАН сформирована коллекция космических снимков и тематических продуктов MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer - сканирующий спектро-радиометр среднего разрешения) для исследуемой территории Западной Сибири за период 2000 - 2015 гг. Данные MODIS по всей поверхности Земли поступают со спутника Terra каждые 2 дня в 36 спектральных зонах с разрешением 250-1000 м, что обеспечивает моделирование в глобальном и региональном масштабе. Предназначение системы MODIS состоит в сборе данных для калиброванных глобальных интерактивных моделей Земли как единой системы [3].
Рис. 1. Исследуемые территории
В данной работе проведен анализ состояния растительности для территории четырех нефтяных месторождений Томской области (Урманское, Лугинец-кое, Мыльджинское и Крапивинское) и одного фонового участка (Оглатский заказник) с использованием спутниковых данных Terra MODIS - MOD13Q1 16-Day Vegetation Indices c разрешением 250 м, содержащие значения нормализованного вегетационного индекса NDVI (рис.1).
Средствами геоинформационной системы ArcGis для пяти исследуемых территорий рассчитано среднее значение индекса NDVI с 2000 по 2015 гг. для дат съемки 10-26 июня (рис. 2).
Как видно из рис. 2, максимальное значение вегетационного индекса NDVI = 0,847 соответствуют состоянию растительного покрова фонового участка (территория Оглатского заказника) в 2011 году. Стоит отметить, что для всех исследуемых территорий тенденция изменения значений индекса однотипны - высокие значения в 2011 и 2015 гг., минимальные значения - в 2010 г. и 2013 г., за исключением территории Мыльджинского месторождения. Такая согласованность может быть объяснена тем, что, например, в 2010 г. в Томской области был высокий уровень паводка и масштабное затопление, что способствовало естественному смыву нефтепродуктов с нефтезагрязненных земель месторождений и хорошему развитию растительного покрова на следующий год. А вычисленные относительно низкие значения индекса в 2013 г. могут быть обусловлены тем фактом, что лето 2013 г. началось с вторжения холодного арктического воздуха, в результате чего пониженный температурный фон июня с частыми осадками сказался на задержке в развитии растительности [4]. Средняя температура воздуха за июнь месяц 2013 г. составила плюс 13...15 °С, что ниже нормы на 1.2 °С и ниже средний значений 2012 г. на 7.8 °С.
0.900
0.850
О.ЕОО
С 0.750 Z
0.700 0.650
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Год
Рис. 2. Анализ значений нормализованного вегетационного индекса
Проведенный анализ позволил определить угнетенное состояние растительности территории Мыльджинского месторождения, а также выявить улучшение со временем экологического состояния растительности всех исследуемых территорий. Таким образом, предложенный подход к анализу, основанный на применении данных дистанционного зондирования, позволяет проводить мониторинг состояния растительности труднодоступных нефтегазодобывающих территорий Томской области, проводить картографирование и пространственный анализ труднодоступной болотистой местности, что оказывает значительную помощь в своевременной оценке экологической ситуации и принятии решений в устранении и профилактики загрязнения окружающей среды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Солодовников А.Ю., Устойчивость и экологический риск в процедуре оценки воздействия нефтегазовых объектов на окружающую среду: теоретический аспект // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. Выпуск 3. Тюмень.: ИПОС, 2002. С. 33-42.
2. Козодеров В.В., Кондранин Т.В. Методы оценки почвенно-растительного покрова по данным оптических систем дистанционного аэрокосмического зондирования Учебное пособие. — М.: МФТИ, 2008. — 222 с.
3. Официальный сайт радиометра MODIS [Электронный ресурс]: описание системы TERRA и сканера MODIS - Режим доступа: http://modis.gsfc.nasa.gov.
4. Экологический мониторинг: Доклад о состоянии и охране окружающей среды Томской области / Глав. Ред. А.М. Адам; Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, ОГБУ «Облкомприрода». Томск: Дельтоплан, 2014. 194 с.
© И. Г. Ященко, Т. О. Перемитина, 2016
