Лекция № 10

Лекция № 10

 Урбанизация и мониторинг.

Сущность урбанизации составляют: рост числа городов и количества городских жителей, появление новых форм расселения, образование городских агломераций и урбанизованных районов.

Городские формы расселения оказывают влияние на все стороны экономического, социального и культурного развития. Урбанизация, увеличивая площади городских поселений, становится конкурентом сельского и лесного хозяйства. Это потому, что города своими окраинами все дальше и дальше наступают на пахотные, лесные и иные угодья и расширяют свои территории.

В пределах самих городских территорий происходят резкие изменения исходных состояний природной среды. Возникают новые категории ландшафтов: многоэтажной застройки, промышленные, агроселитебные, водохозяйственные, социально-культурные и другие.

Города служат поставщиками твердых, жидких и газовых отходов производства, в том числе и загрязняющих веществ. Наиболее активными загрязнителями оказываются города, у которых функционирует металлургическая, химическая и целлюлозно-бумажная промышленность.

Из-за перераспределения или миграции химических элементов, содержащихся в отходах производства, вокруг города появляются ареалы нарушенных состояний ландшафта. Накопление в почвах, растениях и водах

токсичных соединений химических элементов приводит к резким ухудшениям экологических свойств ландшафта.

Развитие городов сопровождается резкими изменениями исходных состояний почв. Это приводит к активному развитию процессов денудации и аккумуляции.

Создание и эксплуатация сети наземных и подземных коммуникаций сопровождается изменением вещественного состава, тепловых, водно- физических и химических свойств массы исходных категорий почв.

В пределах ареалов открытых почв скверов, парков и усадеб доминируют аккумулятивные процессы. Они выражаются в обогащении почв соединениями азота, серы, свинца и иных химических элементов.

Совокупные действия нарушающих процессов обусловливают преобразования природных профилей почв в новые категории. Это урбанозѐмы элювиальные, урбанозѐмы трансэлювиальные и урбанозѐмы аккумулятивные.

Обособления процессов формирования многоликих урбанозѐмов выявлены в пределах городских территорий Москвы, Нижнего Новгорода, Перми и др. городов.

Дискретностью свойств массы урбанозѐмов создается контрастность экологических ситуаций в ландшафтах городских территорий.

Из-за несомненной реальности дальнейшего роста активности процессов урбанизации, очевидна необходимость управления развитием их негативных последствий. Поэтому, наряду с ускорением перехода отраслей производства на безотходные технологии, актуален и мониторинг экологии ландшафтов города.

Системы мониторинга, как слежение, прогноза и принятия оперативных решений по улучшению качества среды

Для этого необходимы:

•                               развитие единой государственной системы экологического мониторинга на всей территории страны, включая мониторинг биотических и абиотических компонентов природной среды;

•                                 совершенствование нормативной базы, регламентирующей взаимодействие федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих государственный экологический мониторинг, включая формирование фонда информационных ресурсов;

•                          совершенствование системы показателей, создание методологии экологического мониторинга Российской Федерации, а также техническое и материальное обеспечение деятельности системы экологического мониторинга;

•                      обеспечение достоверности и сопоставимости данных экологического мониторинга по отдельным отраслям экономики и регионам страны;

•                       совершенствование системы учета и контроля ядерных материалов, радиоактивных веществ и отходов;

•                    проведение работ по выявлению зон экологического бедствия;

•                     выявление и обозначение на местности всех территорий, подвергшихся радиоактивному и химическому загрязнению в масштабах, представляющих опасность для окружающей среды и населения;

•                        инвентаризация экологически опасных производств, сооружений и захоронений отходов; оценка риска возникновения чрезвычайных экологических ситуаций и путей их предотвращения;

•формирование и ведение кадастров экологически опасных объектов на федеральном, региональном и муниципальном уровнях;

•инвентаризация территории для выявления и специальной охраны земель, пригодных для производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции, водных объектов со стратегическими запасами питьевой воды, природных комплексов, выполняющих особо важные средообразующие функции и обладающих особым рекреационно- оздоровительным значением;

•формирование системы государственных кадастров природных ресурсов, особо охраняемых природных территорий и территорий традиционного природопользования;

•обеспечение открытости информации о состоянии окружающей среды  и возможных экологических угрозах; бесплатный доступ граждан к информации в сфере экологии, жизненно важной для их безопасности;

•информационное обеспечение учета результатов государственной экологической экспертизы всех проектов, программ и объектов, подлежащих обязательной экологической экспертизе.

Современные программные и технические средства информационных технологий, особенности их использования при решении экологических задач.

Важнейшим источником информации для мониторинга природных сред являются спутниковые данные, эффективное использование которых возможно только при условии применения современных информационных технологий, обеспечивающих их автоматический прием, обработку и архивацию. Система экологического мониторинга предусматривает оперативный доступ к спутниковой информации удаленных пользователей и использование экологической информации для устойчивого развития социальных структур без деградации среды обитания. Особенно важно обеспечить развитие этого ключевого направления для современного мегаполиса.

Исследования показали, что аэрокосмические методы изучения природной среды находят широкое применение в спутниковом экомониторинге мегаполисов. Метод тепловой космической съемки мегаполисов основан на бесконтактном определении температуры объекта

земной поверхности или среды по плотности потока излучения в инфракрасном диапазоне длин волн. Регистрируемое излучение (радиационная температура) является функцией термодинамической температуры и спектрального коэффициента излучения, характеризующего оптические свойства излучающей поверхности.

Основные перспективные направления дальнейшего использования спутникового геоэкологического мониторинга больших городов:

Разработка методов теплового дистанционного зондирования мегаполисов и выявления изменений в состоянии окружающей среды урбанизированных территорий.

Оперативное обнаружение тепловых аномалий и техногенных выбросов, например, контроля тепловых выбросов ТЭЦ и промышленных объектов. Классификация участков космических снимков по радиационной температуре и выявление аномальных источников излучений. Выделение дымовых шлейфов на основе специальных алгоритмов и выделение границ неоднородных областей шлейфов. Задача выявления тепловых дымовых шлейфов и зон задымления от локализованных источников.

Прогнозирование переноса загрязнений в городской атмосфере, основанное на анализе структуры турбулентных полей и ветра. Известно, что распространение загрязнений в городской атмосфере определяется структурой турбулентных полей и ветра. В то время как средний ветер вызывает адвекцию (снос) примесей, турбулентность приводит к диффузионному расплыванию облака загрязнений. Характеристики крупномасштабной турбулентности определяют размеры зон, охваченных загрязнениями воздуха. Показано, что в условиях плотной городской застройки возникают благоприятные возможности возбуждения крупных вихревых структур.

На основе комплексного экологического мониторинга региона возможно эффективно оценивать влияние мощной техногенной системы на экологию города.

Построение температурных карт городов и тематических методик обработки спутниковых данных.

Выявление температурных аномалий и суммарных загрязнений природной среды объектами промышленного и городского хозяйства с использованием тематической дешифровки и компьютерной обработки данных ДЗЗ и ГИС-технологий.

Формирование единой упорядоченной информационной среды региона. Создание информационного банка знаний по космическому геоэкологическому мониторингу мегаполиса. Комплексная обработка экологической информации о мегаполисе, начиная со сбора данных и кончая ее хранением, обновлением и представлением городскому сообществу.

Построение динамических моделей техногенного воздействия по данным тепловой космической съемки.

Городская среда

По мнению ученых, включает в себя три составляющих:

материальная оболочка города (здания, улицы, площади, архитектурные ансамбли, монументы, малые формы внешнего благоустройства, реклама и пр.);

природные элементы (сады, парки, скверы, реки, каналы, водоемы, рельеф);

поведение людей и их предпочтения в процессе жизнедеятельности.

Среда страдает из-за колоссальных концентраций источников загрязнения, сосредоточенных в городах. Поэтому, улучшение среды с городов и должно начинаться. Необходимо создавать экологический каркас территории, с разграниченностью зон – производства, расселения, сельскохозяйственных территорий, сохраняемый природные ландшафты и т.д.

Взаимодействие города и природной среды носит в высшей степени комплексный характер, при этом экологические аспекты тесно переплетаются с социальными и экономическими. Здесь есть и «пороги», переступать которые с точки зрения экологии недопустимо. Во многих случаях экологический фактор является не просто учитываемым, но и определяющим в данное время и в перспективе.

При защите воздушного бассейна от загрязнений решающее значение имеют технологические методы. К ним относятся:

Сооружение очистительных устройств на предприятиях;

Снижение объема выброса путем применения более качественного сырья и топлива;

 Внедрение экологически чистых технологий.

Но это трудно, так стоимость очистных сооружений приблизится к стоимости основного производства. Обнаруживаются все новые вредные выбросы. Но науке известны далеко не все вредные для здоровья человека вещества, загрязняющие атмосферу.

Поэтому необходимо, чтобы технологические методы защиты были эффективно дополнены планировочными методами. Сущность этих методов можно сформулировать как борьбу с загрязнениями воздушного бассейна путем правильного взаимного размещения промышленных предприятий и мест расселения.

Борьба с загрязнениями водоемов – необходимо совершенство технологических процессов очистки. Но и в этом случаи полная очистка невозможна, так как здесь также важна планировка – запрет на строительство в верховьях рек, на уникальных водоемах (Байкал, Телецкое). Необходимо строительство системы дальних канализационных коллекторов для отвода сточных вод (в специальные пруды).

Последние   годы-годы      крупных   катастроф   (Чернобыль,  Башкирия,

«Челленджер», и др. аварии на атомных и химических предприятиях.), показали, что технические средства не могут предотвратить любую аварию.

Человек вызвал к жизни такие грозные силы, сходные в экстремальных случаях со стихийно-разрушительными процессами.

Необходимо разработать планировочную стратегию организации пространства, исключающую катастрофические загрязнения, учитывающие опасность новых технологий, непредвиденных сочетаний опасных компонентов загрязнения, и просто человеческих ошибок.

Зеленые насаждения города

Зеленые насаждения издавна считаются надежной и проверенной защитой   от   загрязнения   воздуха,   их   справедливо   называют   ―легкими города‖. Конечно, зеленые насаждения украшают город, но прежде  всего  они играют важную роль в деле оздоровления окружающей среды.

Леса, парки, сады, бульвары и скверы воздействуют на состав атмосферного воздуха. Во время вегетационного сезона их растительность обогащает воздух кислородом и поглощает углекислый газ. С каждого гектара, занятого деревьями, выделяется в год до 30 кг полезных для человека эфирных масел. 1 га деревьев и кустарников только за один час поглощает весь углекислый газ, выделяемый за это время 200 людьми. В зеленых массивах каждое дерево поглощает в среднем за год 30-40 кг пыли и других твердых частиц, а дерево с богатой лиственной кроной до 68 кг. Одно дерево средней величины за сутки восстанавливает столько свободного кислорода, сколько необходимо для дыхания трех  человек.  Деревья очищают воздух от выхлопных газов. Каждое взрослое дерево ежегодно поглощает такой объем отработанных газов автомобилей, который выделяется за 25 тысяч км пробега. Зеленые массивы хорошо снижают шумовое загрязнение. При правильном размещении и подборе соответствующих пород лиственных деревьев их крона поглощает до 1/3 звуковой энергии. Шум на  застроенной  высокими  домами  улице, лишенной зеленых насаждений, в 5 раз больше, чем на такой же улице, на с рядами деревьев вдоль тротуаров. Однако использование зеленых насаждений для борьбы с шумом на особенно оживленных магистралях и улицах не просто. Для этого вдоль них должно быть посажено несколько рядов деревьев и кустарников. В большинстве же случаев вдоль улиц  тянется один ряд деревьев без кустарников, что  не  дает  шумопоглощающего эффекта.

Растительность благотворна влияет на микроклимат. Особенно четко  это ощущается в пределах больших массивов зелени. Температура воздуха среди насаждений в самую жаркую погоду на 10-12 градусов ниже, чем в районах городской застройки. Причем прохлада обеспечивается не только тенью деревьев. В парках на 15-30 % выше влажность, что приводит к снижению температуры воздуха, создает эффект  физиологического комфорта для человека. Прохлада и влажность воздуха парков в значительной степени обеспечиваются испарением влаги поверхностью листьев деревьев. Парки летом - это островки территорий с относительно

пониженными температурами земной поверхности среди нагретых пространств асфальта, камня и железа. В результате над наиболее крупными зелеными массивами в пределах города летом устанавливаются нисходящие токи воздуха. Они увлекают за собой пыль из атмосферы и осаждают ее на кронах деревьев и кустарников. 1 га деревьев хвойных пород задерживает за год 40 тонн пыли, а лиственные - около 100 тонн. Подобными свойствами обладают также сирень, акация,  неприхотливый  быстрорастущий  шиповник и др.

Насаждения очищают воздух от промышленных и выхлопных газов. На озелененный участках микрорайонов запыленность воздуха на 40 % ниже, чем на открытых площадках.

Растения образуют летучие биологически активные вещества - фитонциды, убивающие и подавляющие рост и развитие микроорганизмов.

Поэтому в парках воздух содержит в 200 раз меньше болезнетворных микроорганизмов, чем на улицах города. При этом в зеленых массивах уже на расстоянии 30 метров  от  проезжей части улицы в 2 раза меньше микробов, чем      на транспортных магистралях. Активными источниками            фитонцидов являются белая акация, береза, ива, дуб зимний и красный, ель, тополь и др. В последние      10-15лет расширение           площади под озелененными территориями происходит   медленнее,   чем растет  численность      населения города,    в результате обеспеченность москвичей            зелеными саждениями        общего пользования несколько снижается. В начале 70-х годов в среднем на каждого жителя Москвы приходилось 20 кв. м. зеленых насаждений общего пользования,            а  в настоящее время                       -           около  16        кв.м. Для        сравнения                  в Париже вместе с пригородом на каждого жителя приходится в среднем по 6 кв.м зеленых насаждений, в Нью-Йорке - 8,6 кв.м, в Лондоне - 7,5 кв.м.

Очевидно, что городская растительность не в состоянии полностью поддерживать естественный состав воздуха. Его минимально приемлемые для жизни качества обеспечиваются циркуляцией атмосферы, в том числе переносом воздуха из подмосковных лесов, с лугов и полей.

Значительное негативное воздействие на  растительность  лесов  и парков оказывают возрастающие рекреационные нагрузки. Переуплотнение почвы в местах  массовых  гуляний  ухудшает  ее  водно-воздушные  свойства и сопровождается гибелью растений, в том числе и деревьев. Для того чтобы уберечь растения от подобных воздействий, в лесах и парках следует прокладывать дорожки с твердым покрытием. Они принимают на себя основной поток отдыхающих  и тем самым защищают растительность  от повреждений.

Зелень садов, лесов и парков может сохраняться и развиваться только при общем благоприятном состоянии окружающей среды. Поэтому  все меры, направленные на улучшение экологических качеств воздуха, воды и почв, благоприятно влияют на зеленые насаждения.