Ocena zanieczyszczenia ...

Ocena zanieczyszczenia środowiska emisjami dymowymi z pożarów lasu na podstawie danych satelitarnych(2), ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
L
EŒNE
P
RACE
B
ADAWCZE
, 2005, 3: 7–15.
Natalja V. T
ROFIMOVA
, Anatol' I. S
UCHININ
*
OCENA ZANIECZYSZCZENIA ŒRODOWISKA EMISJAMI
DYMOWYMI Z PO¯ARÓW LASU NA PODSTAWIE
DANYCH SATELITARNYCH
EVALUATION OF ENVIRONMENTAL POLLUTION
BY SMOKE EMMISSIONS FROM FOREST FIRES
WITH SATELLITE DATA USE
Abstract
. Quantity of gase thrown into athmosphere was calculated on the area
of burned forests and non-forest land, quantity of biomass and burn degree. The
burned area was determined using data of TERRA satellite. In 2003, as conse-
quence of large-area forest and non-forest fires, in Zabaykalye 108,3 million
tons of gases and aerosols, including 97,7 million tons CO
2
and 9,6 milion ton
CO, passed into athmosphere.
Key words:
smoke emmissions, forest fires, greenhouse effect, fire smoke,large-
area forest fires, Russian Federation, environmental pollutions, toxic gases.
*
Instytut Lasu im. V. N. Sukaèeva, Syberyjski Oddzia³ Rosyjskiej Akademii Nauk,
660036 Krasnojarsk, Akademgorodok, trofimova_nv@mail.ru
 8
N. V. Trofimova, A. I. Suchinin
1. WSTÊP
Zmiany równowagi ekologicznej na Ziemi (globalne ocieplenie, podniesienie
poziomu morza, naruszenie warstwy ozonowej, kwaœne deszcze) spowodowa³y w
ostatnich latach wzrost zainteresowania tym problemem. Bada siê zale¿noœæ miê-
dzy procesami zachodz¹cymi na Ziemi, buduje modele, pozwalaj¹ce wyjaœniæ
dzisiejsze zmiany i przewidzieæ przysz³e. Modelowanie procesów wymaga regu-
larnego otrzymywania i analizowania obiektywnych danych o ró¿nych kompo-
nentach œrodowiska. Takie dane powinny byæ zbierane w ci¹gu d³ugiego okresu
oraz pokrywaæ ca³¹ powierzchniê Ziemi. Do zbierania danych o stanie powierzchni
Ziemi na ca³ym œwiecie wykorzystuje siê informacjê otrzymywan¹ z satelitów.
2. MO¯LIWOŒCI SATELITY TERRA
m.
Dane uzyskane spektroradiometrem MODIS wykorzystuje siê do analizy
zagro¿enia po¿arowego i oceny powierzchni spalonych drzewostanów, a tak¿e w
celu oceny zanieczyszczenia powietrza emisjami toksycznych substancji i gazów
szklarniowych, powstaj¹cych w wyniku po¿arów leœnych. Podczas po¿aru, w
wyniku reakcji chemicznych i procesów fizycznych, nastêpuje bowiem zmiana
stanu fizycznego pokrywy roœlinnej, wydzielaj¹ siê ró¿ne gazy i cz¹steczki
substancji py³owych, które ostatecznie przedostaj¹ siê do atmosfery.
Poznanie rozmiaru wydzielania siê gazów i aerozoli towarzysz¹cych po¿arom,
a tak¿e poŸniejszego ich osadzania siê, jest spraw¹ niezwykle piln¹ i wa¿n¹ ze
wzglêdu na znaczny udzia³ tych substancji w potêgowaniu efektu szklarniowego.
Pierwszoplanowym zadaniem jest obecnie ocena masy gazów i popio³ów wyrzu-
canych do atmosfery podczas po¿aru. Ze wzglêdu na wp³yw aerozoli na
najwa¿niejsze cykle biochemiczne, przede wszystkim na globalny bilans wêgla,
niezwykle wa¿na jest mo¿liwoœæ zastosowania zdalnych metod pomiaru zmian
iloœciowych tych substancji.
W maju 2003 r. w Laboratorium Monitoringu Lasu (Instytutu Lasu Sybe-
ryjskiego Oddzia³u Rosyjskiej Akademii Nauk) zainstalowano antenê do odbioru
informacji kosmicznych z satelity TERRA. Na pok³adzie tego satelity znajduje siê
spektroradiometr wysokiej rozdzielczoœci MODIS (Moderate-resolution Imaging
Spectroradiometer), który pozwala obserwowaæ procesy zachodz¹ce w atmosferze
i oceanach oraz na powierzchni Ziemi. Umo¿liwia on œledzenie temperatury po-
wierzchni Ziemi i oceanu czy kwitnienia glonów w oceanach, a tak¿e charak-
terystykê warstwy chmur i pokrywy œnie¿nej, odtwarzanie profili temperaturowych
i profili wilgotnoœci. MODIS pozwala na zbieranie w ci¹gu doby informacji
dotycz¹cych ca³ej kuli ziemskiej, z rozdzielczoœci¹ przestrzenn¹ od 250 m do 1 km.
Spektroradiometr MODIS typu pasywnego ma 490 czujników, o 36 pasmach spek-
tralnych, obejmuj¹cych fale widzialne i podczerwone, o d³ugoœci od 0,4 do 14
Ocena zanieczyszczenia œrodowiska emisjami dymowymi z po¿arów lasów
9
3. PODSTAWY ZDALNEJ OCENY EMISJI DYMOWYCH
Do oceny jakoœciowej emisji dymowych do atmosfery z wielkoobszarowych
po¿arów leœnych wykorzystuje siê metodykê okreœlania iloœci spalonej biomasy na
podstawie zdalnych pomiarów satelitarnych.
Uwolnione podczas spalania biomasy gazy aktywne chemicznie silnie wp³y-
waj¹ na procesy zachodz¹ce wewn¹trz atmosfery. Regionalne i globalne zmiany w
troposferze mog¹ byæ zwi¹zane z powstawaniem kwasów w wyniku spalania
biomasy. Po¿ary leœne s¹ Ÿród³em takich gazów jak: NO, CO
2
,CO,O
3
,SO
2
,CH
4
i
inne wêglowodory. Spalanie biomasy jest Ÿród³em 38% ca³kowitej iloœci ozonu,
32% tlenku wêgla, 20% wodoru i oko³o 39% cz¹stek wêgla organicznego do-
staj¹cych siê corocznie do atmosfery (Crutzen i in. 1985; Fishman i in. 1986;
Andreae i in. 1988; Browell i in. 1988; Kaufman i in. 1992).
Ca³kowite i efektywne spalanie substancji organicznej prowadzi do tworzenia
siê wody i dwutlenku wêgla – podstawowych produktów spalania. Na pierwszy
rzut oka spalanie biomasy nie wp³ywa na bilans CO
2
atmosferycznego, poniewa¿
zwraca ono do atmosfery dwutlenek wêgla, zwi¹zany wczeœniej przez roœliny.
Jednak w trakcie odnowienia lasu szybkoœæ wi¹zania wêgla uwolnionego
wczeœniej w wyniku spalania biomasy jest ma³a i dlatego CO
2
gromadzi siê w
atmosferze, przyczyniaj¹c siê do efektu szklarniowego i zmiany klimatu w skali
globalnej. Poniewa¿ udzia³ wêgla w suchej masie wynosi a¿ 45%, okreœlenie iloœci
spalonej biomasy poœrednio s³u¿y do okreœlenia iloœci uwolnionego wêgla. Bior¹c
to pod uwagê, obliczono masê gazów wydzielaj¹cych siê wskutek spalania
biomasy.
Powierzchniê rozleg³ych po¿arów na terytorium Zabajkala w 2003 r.
zarejestrowanych za pomoc¹ spektroradiometru MODIS przedstawiono w tabeli 1.
Wed³ug danych meteorologicznych, na terytorium objêtym badaniami, maksy-
malne podwy¿szenie koncentracji produktów spalania w atmosferze utrzymywa³o
siê do po³owy wrzeœnia (ryc. 1).
4. TECHNIKA ANALIZOWANIA PO¯ARZYSK
NA PODSTAWIE DANYCH TERRA
Do klasyfikacji i analizowania po¿arzysk s³u¿¹ pakiety programowe ERDAS
IMAGING i ARC MAP. Przy analizie po¿arzysk najbardziej przydatny jest obraz
dwukana³owy o rozdzielczoœci 250 m.
W pierwszym etapie opracowywania danych nale¿y zaznaczyæ kontury wy-
palonych powierzchni, z uwzglêdnieniem pokrywy leœnej i szczegó³owych
informacji o po¿arach, które wyst¹pi³y na danym terytorium. Za powierzchniê
po¿aru nale¿y przyj¹æ powierzchniê objêt¹ konturem po¿aru w momencie jego
10
N. V. Trofimova, A. I. Suchinin
Tabela 1. Powierzchnia wielkich po¿arów na terytorium Zabajkala w 2003 roku wg danych
spektroradiometru MODIS
Table 1. Area of large-area fires in Zabaykalye in 2003 after spectroradiometer MODIS data
Jednostki administracyjne
Territories and autonomous regions
Powierzchnia po¿arzysk, tys. ha
Burned area, 000 ha
ogó³em
total
lasy
forest
pow. nieleœna
non-forest area
Obwód Irkucki
Irkutskiy region
2 872,10
2 753,00
119,10
Ujœcie Ordyñsko-Buriackie obw. autonomiczny
Ust' Ordynskiy Burjatskiy a. o.
174,90
110,80
64,10
Republika Buriacka
Respublika Burjatiya
2 488,00
2 302,30
185,70
Agiñsko-Buriacki obw. autonomiczny
Aginskiy Burjatskiy a. o.
281,30
239,30
42,00
Obwód Czytyñski
Chitynskiy region
5 914,20
5 402,90
511,30
Obwód Amurski
Amurskiy region
2 848,70
2 014,80
833,90
Okrêg Chabarowski
Chabarovskiy kraj
837,60
732,30
105,30
Ogó³em
Total
15 416,80
13 555,40
1861,40
zakoñczenia, to znaczy, gdy nastêpuje likwidacja ognia, na której widoczne s¹
oznaki oddzia³ywania ognia na roœlinnoœæ (Suchinin 1991). Obszary robocze wy-
bierane s¹ na podstawie jasnoœci elementów obrazów spektralnych: piksele odwzo-
rowuj¹ce obszary wypalone ca³kowicie lub czêœciowo uszkodzone przez ogieñ s¹ z
zasady ciemne. Sporz¹dzenie konturów tych ciemnych grup pikseli wykonuje siê
za pomoc¹ analizy klastrowej (przypisania pikseli do konturów). W nastêpnej
kolejnoœci mo¿na oceniæ geometryczne rozmiary okonturowanych obszarów, tj.
obwód i powierzchniê poligonów.
Mo¿liwoœæ pope³nienia b³êdu zwi¹zana jest z nak³adaniem siê powierzchni
obecnych po¿arów na stare po¿arzyska, tj. uszkodzeniem pokrywy roœlinnej w
wyniku po¿arów z lat 2000, 2001 i 2002, które s¹ uwzglêdnione na podstawie
analizy danych uzyskanych w tych latach z satelitów serii NOAA (National
Oceanic and Atmospheric Administration).
Dysponuj¹c informacj¹ o wielkoœci powierzchni, przez któr¹ przeszed³ ogieñ,
mo¿na obliczyæ iloœæ spalonej biomasy:
M = A×B×a×b
gdzie:
M
РiloϾ biomasy (w gramach suchej masy) spalonej w ekosystemie,
A
– wielkoœæ powierzchni, przez któr¹ przeszed³ ogieñ,
B
– œrednia iloœæ substancji organicznej na jednostce powierzchni (tzw.
obci¹¿enie ogniowe) w ekosystemie, w g suchej masy/m
2
),
a
– udzia³ leœnych materia³ów palnych w ogólnej biomasie,
Ocena zanieczyszczenia œrodowiska emisjami dymowymi z po¿arów lasów
11
region
po¿ary w 2003 r.
fires in 2003
rzeki
rivers
jeziora
lakes
Ryc. 1. Mapa po¿arzysk w jednostkach administracyjnych Federacji Rosyjskiej (fragment)
Fig. 1. Fires map in Russian Federation regions
Po¿ar, 2560 ha
Fire area, 2560 ha
Ryc. 2. Po¿arzysko w obwodzie Amurskim, pow. 2560 ha; zdjêcie MODIS (kana³y 1–2)
10.06.2003 r.
Fig. 2. Fire area in amurskiy region (2560 ha) after MODIS photo (canals 1-20), 10.06.2003
granice administracyjne
boundaries
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

happyhour.opx.pl