Комплексный анализ и картографирование экологического состояния атмосферы города Барнаула на основе интеграции наземных, спутниковых данных и ГИС-технологий

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-методологические основы оценки состояния атмосферного воздуха урбанизированных территорий в системе наук о Земле

1.1. Развитие методов экологического мониторинга атмосферы в работах российских ученых и институтов РАН

1.2. Нормативно-правовое регулирование охраны атмосферного воздуха в Российской Федерации: законы, ГОСТы и гигиенические нормативы

1.3. ГИС-технологии и дистанционное зондирование как инструменты современного геоэкологического картографирования

Глава 2. АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ГОРОДА БАРНАУЛА

2.1. Эколого-хозяйственная характеристика города и инвентаризация стационарных источников выбросов промышленных узлов

2.2. Оценка данных государственной сети наблюдений за качеством атмосферного воздуха в Барнауле

2.3. Статистическая обработка и верификация спутниковой информации о содержании примесей в тропосферном столбе

Глава 3. КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕР ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

3.1. ГИС-картографирование пространственной неоднородности загрязнения атмосферы и выделение ареалов максимальной антропогенной нагрузки

3.2. . Расчет платы за негативное воздействие на окружающую среду и ОВОС в контексте функционирования крупных промышленных предприятий города

3.3. Создание серии итоговых карт экологического состояния атмосферы и рекомендации по минимизации антропогенной нагрузки

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Комплексный анализ и картографирование экологического состояния атмосферы города Барнаула на основе интеграции наземных, спутниковых данных и ГИС-технологий

Направление: 05.03.06 Экология и природопользование

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена современными тенденциями урбанизации на территории Российской Федерации и сопутствующим ростом антропогенной нагрузки на атмосферный воздух крупных промышленных центров. Барнаул, являясь административным центром Алтайского края с населением более 630 тысяч человек, представляет собой значимый индустриальный узел Сибирского федерального округа, где сосредоточены предприятия машиностроения, химической, пищевой промышленности и энергетического комплекса. Специфика геоэкологической обстановки города определяется сочетанием интенсивных промышленных выбросов, высокой плотности автотранспортных потоков и неблагоприятных метеорологических условий рассеивания примесей, обусловленных котловинным характером рельефа и частыми приземными температурными инверсиями. Согласно данным Государственного доклада о состоянии окружающей среды в Российской Федерации, Барнаул регулярно входит в перечень городов с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, что создает серьезные риски для здоровья населения и требует совершенствования системы экологического мониторинга и управления качеством воздушной среды [1, c. 87].

Степень разработанности проблемы в отечественной науке характеризуется наличием фундаментальных работ по геоэкологическому картографированию урбанизированных территорий, выполненных в Институте географии РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова, а также прикладных исследований региональных научных центров. Методологические основы оценки качества атмосферного воздуха разработаны в трудах ученых ГГО имени А.И. Воейкова, ФГБУ «Главная геофизическая обсерватория имени А.И. Воейкова», Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН. Вместе с тем, недостаточное количество стационарных постов наблюдений в городах Сибири, фрагментарность пространственного охвата территории и ограниченный перечень контролируемых примесей затрудняют получение объективной картины загрязнения атмосферы. Интеграция данных государственной наблюдательной сети Росгидромета, спутниковой информации систем дистанционного зондирования Земли и современных ГИС-технологий открывает новые возможности для комплексного геоэкологического анализа и создания детализированных картографических моделей состояния воздушной среды урбанизированных территорий [12, c. 45].

Современные методы экологического картографирования базируются на применении программных комплексов ArcGIS, QGIS, MapInfo, позволяющих осуществлять пространственный анализ многомерных данных, моделирование полей концентраций загрязняющих веществ, выделение зон повышенного экологического риска и разработку рекомендаций по оптимизации природопользования. Использование данных спутниковых систем Sentinel-5P, Landsat, MODIS обеспечивает оперативный мониторинг содержания диоксида азота, диоксида серы, оксида углерода, озона и аэрозолей в тропосферном столбе атмосферы с высоким временным разрешением, что существенно дополняет информацию наземных постов наблюдений. Верификация спутниковых данных по результатам инструментальных измерений на станциях Росгидромета позволяет повысить достоверность геоэкологических оценок и создать надежную основу для принятия управленческих решений в области охраны атмосферного воздуха [24, c. 112].

Цель выпускной квалификационной работы – комплексная оценка и картографическое отображение экологического состояния атмосферы города Барнаула на основе интеграции данных государственной наблюдательной сети, спутникового мониторинга и геоинформационных технологий для разработки научно обоснованных рекомендаций по снижению антропогенной нагрузки на воздушную среду.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• систематизировать теоретико-методологические основы экологического мониторинга атмосферного воздуха урбанизированных территорий и проанализировать нормативно-правовую базу охраны атмосферы в Российской Федерации;
• выполнить эколого-хозяйственную характеристику города Барнаула и провести инвентаризацию стационарных источников выбросов промышленных узлов;
• осуществить сбор, статистическую обработку и анализ данных государственной сети наблюдений за качеством атмосферного воздуха в Барнауле за период 2018–2024 годов;
• провести верификацию спутниковой информации о содержании загрязняющих веществ в тропосферном столбе атмосферы по результатам наземных измерений;
• разработать серию тематических карт пространственного распределения приоритетных загрязнителей атмосферы с использованием ГИС-технологий и выделить ареалы максимальной антропогенной нагрузки;
• сформулировать практические рекомендации по минимизации негативного воздействия на атмосферный воздух и оптимизации системы экологического мониторинга города.

Объект исследования – атмосферный воздух урбанизированной территории города Барнаула.

Предмет исследования – пространственно-временная изменчивость концентраций приоритетных загрязняющих веществ в атмосфере и их картографическое отображение на основе интеграции наземных и спутниковых данных.

Методологическая база исследования включает теоретические положения геоэкологии, урбоэкологии, теории экологического нормирования, концепцию устойчивого развития и рационального природопользования. Инструментальные методы представлены анализом данных автоматизированных станций контроля атмосферного воздуха, обработкой спутниковых снимков систем Sentinel-5P и Landsat-8, геоинформационным картографированием в программных комплексах ArcGIS 10.8 и QGIS 3.28, статистической обработкой многолетних рядов наблюдений методами корреляционного и регрессионного анализа. Нормативно-техническая база включает Федеральный закон № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», Федеральный закон № 96-ФЗ «Об охране атмосферного

…