ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. №2. С. 179-194

Термодинамический подход для дистанционного картографирования нарушенности экосистем

В.И. Горный , С.Г. Крицук , И.Ш. Латыпов 
Учреждение Российской академии наук Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, 197110 Санкт-Петербург, ул. Корпусная, д.18
Выполнен анализ методологий количественной оценки реакции экосистем (ЭС) на антропогенную нагрузку
(АН). Показано, что все существующие методики такой оценки базируются на микроскопическом и макро-
скопическом подходах изучения окружающей действительности. Сделан вывод, что по экономическим при-
чинам микроскопический подход, требующий детального описания множества характеристик состояния ЭС,
не реализуем в практике экологического мониторинга. Сделан вывод о необходимости выполнения разрабо-
ток в направлении макроскопического подхода. В рамках этого методологического направления перспектив-
ным является изучение реакции термодинамических характеристик ЭС на АН. Теоретически этот вопрос наи-
более полно разработан С.Йоргенсеном и Ю.Свирежевым, которые показали, что уровень АН на ЭС измеря-
ется темпом прироста энтропии в ЭС. Оказалось, что эти аналитические выражения без перехода на микро-
скопический уровень невозможно использовать для дистанционного картографирования термодинамической
реакции ЭС на АН.
В связи с этим, исходя из баланса эксергии1, поглощенного ЭС солнечного излучения выведен термо-
динамический индекс нарушенности экосистем (ТИНЭ), который представляет собой: IT=Exa / Exo - отноше-
ние эксергии, расходуемой ЭС на парирование АН (Exa) ко всей, поглощенной ЭС эксергии солнечного излу-
чения (Exo). Показано, что расчет ТИНЭ может быть выполнен по результатам дистанционного картографи-
рования скорости испарения влаги с поверхности ЭС и эксергии поглощенного ЭС солнечного излучения. Ве-
рификация методики дистанционного картографирования ТИНЭ выполнена на примере г. Карабаш, Челябин-
ской области - района с высокой АН. Для этого использованы материалы спутников EOS и NOAA. Количе-
ственная оценка показала, что ТИНЭ вдвое чувствительнее к АН, чем вегетационный индекс.
Ключевые слова: экосистема, антропогенное воздействие, термодинамика, эксергия, энтропия, баланс, индекс, спутник, картографирование
Полный текст

Список литературы:

  1. Берлянд Т.Г. Распределение солнечной радиации на континентах // Гидрометеоиздат, 1961. 227 с.
  2. Горный В.И., Шилин Б.В., Ясинский Г.И. Тепловая аэрокосмическая съемка // М.: Недра, 1993. 128 с.
  3. Горный В.И., Крицук С.Г. О возможности картографирования физико-географических зон те- пловой космической съемкой // ДАН, 2006. Т.411, №5. C.684-686.
  4. Левит А.И. Южный Урал: gгеография, экология, природопользование // Челябинск: Южно- Уральское издательство. 2005. 246 с.
  5. Achten W. M. J., Mathijs E., Muys B. Proposing a life cycle land use impact calculation methodology // Proc. of the 6th Int. Conf. on LCA in the Agri-Food Sector. Zurich. November 12-14, 2008. P.22-33.
  6. Boulet G., Chehbouni A., Braud I., Vauclin M., Haverkamp R., Zammit C. A simple water and energy balance model designed for regionalization and remote sensing data utilization // Agricultural and Forest Meteorology, 2000. Vol. 105, No. 1-3. P. 117 - 132.
  7. Cracknell A. P. and Xue Y. Thermal inertia de-termination from space - a tutorial review // International Journal of Remote Sensing, 1996, Vol.17, No. 3. P. 431 - 461.
  8. Gornyy V. I., Kritsuk S.G., Latypov I. Sh. Remote Mapping of Thermodynamic Index of Ecosystem Health Disturbance // Journal of Environmental Protection, 2010. No 1. P. 242-250. 9. Handbook of Ecological Indicators for Assessment of Ecosystem Health // Editors: Jorgensen S. E.,
  9. Costanza R., Xu F. L. Taylor & Frances, 2005. 126 p.
  10. Jackson R. D. The Crop Water Stress Index: A second look // Proceedings of International Conference on Measurment of Soil and Plant Water Stress, Utah State Univ., July, 1987. P. 87-92. 11. Jorgensen J S., Svirezhev Yu. M. Towards a Thermodynamic Theory for Ecological Systems // Oxford: Elsever, 2004. 366 p.
  11. Luvall J. C., and Holbo H. R. Measurements of Short Term Thermal Response of Coniferous Forest Canopies Using Thermal Scanner Data // Remote Sensing of Environment, 1989. Vol. 27. P. 1-10.
  12. Moran S. М. Chapter 8. Thermal infrared measurements as indicator of plant ecosystem health // In:
  13. Ed: Quatochi D. A. and Luvall J. C. Thermal Remote Sensing in Land Surface Processes. London: Tailor and Frances, 2004. P.257-282.
  14. Price J. C. On the use of satellite data to infer surface fluxes at meteorological scales // Journal of Applied Meteorology, 1982. Vol. 21. P. 1111-1122.
  15. Schnider E. D., Kay J. J. Life as a Manifestation of the Second Law of Thermodynamics // Mathematical and Computer Modeling, 1994. Vol. 19, No. 6-8. P.25-48.
  16. Thunnissen H. A. M. and Nieuwenhuis G. J. A. A Simplified Method to Estimate Regional 24-h Evapotranspiration from Thermal Infrared Data // Remote Sensing of Environment, 1990. Vol. 31. P. 211-225.
  17. Vidal A. and Perrier A. Analysis of a Simplified Relation for Estimating Daily Evapotranspiration from Satellite Thermal IR Data // International Journal of Remote Sensing, 1989. Vol. 10, No.8. P.1327- 1337. 194
  18. Wagendorp T., Gulinck H., Coppin P., Muys B. Land use impact evaluation in life cycle assessment based on ecosystem thermodynamics // Energy, 2006. Vol. 31. P.112-125.
  19. Watson K., Rowan L. C., Offield T. V. Application of Thermal Modeling in Geologic Interpretation of IR Images // Proceedings of 7-th International Sympo-sium on Remote Sensing of Environmen. Ann Arbor, Michigan. 1971. P. 2017- 2041.
  20. Weidema B. P. Physical impacts of land use in product life cycle assessment, 2001. Internet available: http://www.lca-net.com/publications/older/
  21. Xue Y. and Cracknell A. P. Advanced thermal inertia modeling // International Journal of Remote Sensing, 1995. Vol. 16, No. 3. pp. 431-446.