ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ СЕКВЕСТРАЦИЕЙ УГЛЕРОДА

GEOSPATIAL TECHNOLOGIES FOR MONITORING AND MANAGING CARBON SEQUESTRATION

Natalia Revenko

Student, Department of Environmental Protection and Rational Use of Natural Resources, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Ufa

Iren Tuktarova

Scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, associate professor, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

В статье автор исследует перспективы и возможности внедрения дистанционного зондирования и геоинформационных систем для секвестрации углерода, которые повышают точность, снижают затраты, повышают производительность и обеспечивают текущие наблюдения в региональном масштабе.

ABSTRACT

In the article, the author explores the prospects and opportunities for implementing remote sensing and geographic information systems for carbon sequestration that improve accuracy, reduce costs, improve productivity and provide ongoing observations at a regional scale.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, географическая информационная система, секвестрация углерода, углерод.

Keywords: remote sensing, geographic information system, carbon sequestration, carbon.

Изменение климата является одной из величайших проблем нашего времени. По мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), антропогенное изменение температуры уже влияет на многие погодные и климатические явления во всех регионах земного шара [1]. Концентрация CO₂ в атмосфере также растёт. Так, в 2022 году средняя глобальная температура Земли была на 1,15°С больше среднего показателя за период 1850–1900 годов. По оценкам ВМО, 2015–2022 года стали самыми тёплыми за весь период наблюдений [2]. Новые подходы в усилиях по смягчению последствий изменения климата становятся все более важными. Одной из таких попыток является количественная оценка потенциала секвестрации углерода различных экосистем.

Секвестрация углерода – это процесс переноса и безопасного хранения атмосферного CO₂ в другие долгоживущие углеродные пулы, которые в противном случае были бы выброшены в атмосферу или остались бы в атмосфере [3, с 115]. При этом, количественная оценка и управление секвестрацией CO₂ в региональном масштабе потребуют внедрения передовых геопространственных технологий. Целями таких технологий являются максимизация чистой выгоды с точки зрения экономических, экологических и социальных целей предприятия [4, c. 155].

Дистанционное зондирование (ДЗ) – это наука о получении и интерпретации информации на расстоянии с использованием датчиков, которые не находятся в физическом контакте с интересующими объектами, тогда как географическая информационная система (ГИС) представляет собой систему аппаратного обеспечения, программного обеспечения, процедур и персонал для облегчения управления, манипулирования, анализа, моделирования, представления и отображения данных с географической привязкой для решения сложных проблем, касающихся планирования и управления ресурсами. В принципе, ДЗ измеряет количество видимого и невидимого излучения, отражённого от поверхности цели, и выражается в виде спектральной отражательной способности (рис. 1).

Рисунок 1. Видимая область электромагнитного поля спектр в диапазоне от 400 до 700 нм [5, с. 21-22]

Способность оптического датчика разделять особенности объектов на определённых длинах волн оптического спектра и разбивать длины волн на меньшие приращения называется спектральным разрешением датчика. Наиболее распространённым и легкодоступным типом изображений дистанционного зондирования являются мультиспектральные снимки, которые обычно содержат от 3 до 15 каналов [5, c. 39]. Таким образом, платформы ДЗ включают спутники и датчики наземного базирования, которые можно разделить на пассивное и активное зондирование. Пассивные датчики полагаются на естественный источник излучения (например, солнце), тогда как активные датчики генерируют собственное излучение для освещения цели. Дистанционное зондирование захватывает изображения с использованием нескольких станций, диапазонов, дат, поляризации, и эти изображения можно объединить для создания улучшенных составных изображений для анализа и получения полной и точной информации.

На основании этого, современная технология зондирования обеспечивает сбор и анализ данных с географической привязкой с различных платформ и может быть оперативно связана со слоями и моделями пространственных данных в ГИС. Возможность лёгкой интеграции данных дистанционного зондирования с другими источниками информации делает геопространственные технологии мощным современным инструментом. Аналогично, ГИС собирает и предварительно обрабатывает пространственные данные из различных источников. ГИС-технологии предоставляют утилиты для управления данными атрибутов, местоположением и топологией в пространственном анализе. Хотя здесь важно отметить, что ни ДЗ, ни ГИС не смогут полностью реализовать свой потенциал, если эти две технологии не будут фундаментально связаны. В настоящее время обе технологии произвели революцию в процессе научных исследований, например, такую современную установку, как FLUXNET. FLUXNET – это глобальная сеть микрометеорологических башен, которые используют методы вихревой ковариации для измерения обмена углекислым газом, водяным паром и энергией между биосферой и атмосферой [6]. FLUXNET служит средством:

1) облегчения коммуникации и обмена данными и исследовательскими идеями среди членов научного сообщества;

2) документировать деятельность сети;

3) способствовать росту и развитию сети по мере появления новых сайтов и данных;

4) служат трамплином, катализатором и средством для создания следующего поколения знаний о том, как дышит биосфера [6].

Немаловажное значение имеет и рассмотрение зарубежного опыта успешного внедрения дистанционного зондирования совместно с ГИС-технологиями. Например, на равнине Хуанхай в Китае базы данных почвы были объединены с данными о погоде для создания восемнадцати моделей EPIC (Интегрированный климат экологической политики) для создания прогнозов изменения климата для систем сельскохозяйственного земледелия. Было обнаружено, что общий потенциал почвенного углерода на участке, где дважды выращивают пшеницу и кукурузу при традиционной системе обработки почвы, будет находиться в диапазоне 0,16-0,43 мкг углерода без какого-либо существенного влияния на урожайность сельскохозяйственных культур [7, c. 116].  Информация о потенциале секвестрации углерода и оценке углеродного следа в региональном масштабе России поможет государству в определении эффективных мер для наилучшей практики управления выбросами углерода в нынешнюю и будущую эпоху страны. Постоянно накапливается литература по применению ДЗ, ГИС или того и другого в управлении лесами с помощью зондирования, изменения в землепользовании и возделываемых землях. Автором данного исследования, была рассмотрена возможность применения платформы дистанционного зондирования на территории Российской Федерации, например, Fluxnet, помогает классифицировать сельскохозяйственные культуры в соответствии с их потенциалом секвестрации CO₂ путём проверки и документирования севооборотов и интенсивности посевов. Рассматриваемый опыт показал возможность использовать интегрированный подход ДЗ–ГИС для исследования потенциала секвестрации CO₂ в надземных и подземных стоках местных лесов в районах РФ. Спектральный индекс нормализованной разницы растительности и другие индексы растительности, полученные с помощью платформ дистанционного зондирования, являются обычными индикаторами, используемыми для мониторинга биофизических условий и растительного покрова. Эти индексы предназначены исключительно для оптимизации спектральных характеристик растительности и минимизации влияния отражательной способности почвы и атмосферного ослабления. Например, в Северном Казахстане спутниковые снимки NOAA, слои данных ГИС и измерения NDVI использовались для оценки секвестрации CO₂ на полях зерновых культур и пастбищах [8, c. 185].

Количественная оценка и оценка пространственно явных услуг для потенциала секвестрации CO₂ могут различаться в зависимости от климата регионов России, применения управления, истории, экосистемы, видов и местных сообществ. Индивидуальный сценарий будет наиболее эффективным для получения надёжных данных с использованием интеграции ДЗ–ГИС. В настоящее время учёные разрабатывают конкретные модели для повышения точности оценок запасов углерода, которые меняются со временем. Ограниченный опыт и ресурсы в развивающихся странах требуют обмена знаниями и трансграничного сотрудничества в проектах по сокращению выбросов в результате обезлесения и деградации. Кроме того, необходимо усовершенствовать киберинфраструктуру, объединяющую вычислительную среду и возможности. Это экономически эффективно улучшит доступ к конкретной информации, моделям, возможностям решения проблем, как в России, так и в развивающихся странах.

Список литературы:

1. МГЭИК / Сводный доклад ДО6: изменение климата 2023 / [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-cycle/ (дата обращения 27.10.2023).
2. Состояние глобального климата 2022 / [Электронный ресурс] Режим доступа: https://storymaps.arcgis.com/stories/6d9fcb0709f64904aee371eac09afbdf (дата обращения 28.10.2023).
3. Современные технологии декарбонизации [Электронный ресурс] : Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта / УГНТУ, ИЭС, каф. ООСРИПР; сост.: А. Р. Махмутов, И. О. Туктарова. - Уфа : УГНТУ, 2023. - 31Кб. Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся всех форм обучения направления подготовки 20.04.01 "Техносферная безопасность" по дисциплине "Современные технологии декарбонизации".
4. Декарбонизация топливно-энергетического комплекса : учебно-методическое пособие по проведению практических занятий и организации самостоятельной работы студентов / УГНТУ, ИЭС, каф. ООСРИПР ; сост.: И. О. Туктарова [и др.]. - Уфа : УГНТУ, 2023. - 117 Кб. - URL: (дата обращения: 01.09.2023) . - Б. ц. - Текст : электронный
5. Официальный сайт FLUXNET 2022 / [Электронный ресурс] Режим доступа: https://fluxnet.org/ (дата обращения 28.10.2023).
6. Thomson, A.M., R.C. Izaurralde, N.J. Rosenberg and X. He, 2021. Climate change impacts on agriculture and soil carbon sequestration potential in the Huang-Hai Plain of China. Agric. Ecosyst. Environ., 114: 195-209. DOI: 10.1016/j.agee.2005.11.001//
7. Султангазин У., Н. Муратова и А. Терехов, 2017. Применение дистанционного зондирования для картирования наземной секвестрации углерода в Казахстане. В: Изменение климата и наземная секвестрация углерода в Центральной Азии, Лал, Р., Б.А. Стюарт, Д.О. Хансен и П. Дорайсвами (ред.), ISBN: 0415422353, Рутледж, Лондон, стр: 429–440.