- Морской гидрофизический институт, г. Севастополь; 

- Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москва

Дата начала проекта: 08.09.2014

Дата окончания проекта: 31.12.2016

- Разработка и экспериментальная отработка методов и технологий комплексного наземно-космического мониторинга прибрежных акваторий российского шельфа, в том числе Крымского полуострова и  г. Севастополь, для обеспечения экологической безопасности, рационального природопользования и снижения уровня антропогенной нагрузки на морские экосистемы.

- Исследование и разработка научно-технологических решений, направленных на создание экспериментального образца региональной системы сбора и обработки космических и наземных данных для мониторинга антропогенных и природных воздействий на акватории черноморского побережья Российской Федерации, в том числе у Крымского полуострова и  г. Севастополь, в интересах предотвращения их загрязнения.

     В настоящее время одними из наиболее актуальных проблем в области рационального природопользования являются проблемы предотвращения загрязнения окружающей среды. Важное место среди них занимают анализ текущего состояния морских акваторий для оценки их загрязнений и поиск путей предотвращения, прежде всего, антропогенных воздействий на экосистемы шельфовых зон. Это обусловлено тем, что в прибрежных зонах планеты проживает более половины населения Земли и они в наибольшей степени подвергаются интенсивным антропогенным воздействиям [Израэль, Цыбань, 2009; Бондур, 2004; Bondur, 2011]. 

     Основными источниками таких воздействий являются: сброс промышленных и хозяйственных вод непосредственно в море или с речным стоком; поступление с суши веществ, применяемых в сельском и лесном хозяйствах; утечка различных веществ в процессе судовых операций; аварии на морском транспорте и военных кораблях; аварийные выбросы с подводных трубопроводов и др. [Израэль, Цыбань, 2009; Бондур, 2004; Bondur, 2006, 2011; Океанология …, 2008]. Кроме того, в настоящее время шельф и континентальный склон интенсивно осваиваются для добычи природных ресурсов, прежде всего углеводородов, что существенно усиливает антропогенную нагрузку на эти области [Бондур, 2004, 2010; Матишов и др., 2009; Матишов, 1992; Аэрокосмический мониторинг…, 2012; Айбулатов, 2005].

     Указанные проблемы в высшей степени актуальны для прибрежных акваторий морей России, в том числе для шельфовых зон Чёрного моря, включая акватории у Крымского полуострова и г. Севастополь. Это обусловлено интенсивной рекреационной деятельностью, жилой застройкой черноморского побережья (включая полуостров Крым), началом добычи углеводородного сырья на Крымском шельфе, а также планируемым созданием терминалов, магистральных трубопроводов и путей сообщения между материковой частью России и Крымским полуостровом [Аэрокосмический мониторинг…, 2012; Бондур, 2012; Мониторинг прибрежной зоны…, 2014; Комплексные исследования…, 2002].

Побережье Чёрного моря – уникальный рекреационный объект в силу совокупности чрезвычайно удачного сочетания важных для здоровья и отдыха факторов, среди которых [Мониторинг прибрежной зоны…, 2014; Отчёт МГИ, 2014; Отчет ИО РАН, 2014]:

а) Развитая инфраструктура и близость к основным потребителям рекреационных услуг. 

б) Отличный климат и живописные берега.

в) Целебные свойства черноморской воды.

г) Многочисленные исторические памятники.

д) Отсутствие акул и желетелых (медузы-крестовики, сифонофоры и т.п.), опасных для человека.

     К сожалению, плохое состояние очистных сооружений, устаревшие коллекторы для глубоководных стоков вод, бурная рекреационная деятельность и развитие коттеджного строительства на побережье, без создания новых систем для надлежащей очистки и отвода сбрасываемых вод, катастрофически снижают чистоту прибрежных вод, загрязняя их вредными отходами и болезнетворными микроорганизмами, приводя к появлению неприятного запаха на пляжах [Мониторинг прибрежной зоны…, 2014].

     Само по себе чрезмерное скопление купающихся, как это бывает на пляжах Южного берега Крыма (ЮБК) и кавказского побережья России, сопровождается сильным загрязнением вод. Именно сильная антропогенная нагрузка на экологию курортов приводит к эпидемическим вспышкам кишечных заболеваний в разгар курортного сезона.

В этих условиях крайне важно осуществлять комплексный наземно-космический мониторинг с использованием данных различных типов, таких как космические оптические и радиолокационные изображения, результаты контактных измерений профилей скоростей течений, температуры, концентрации загрязняющих веществ, биологических параметров и др. [Бондур 2004; Bondur 2006, 2011; Мониторинг прибрежной зоны…, 2014; Аэрокосмический мониторинг…, 2012].

     Космические средства дистанционного зондирования обладают большой обзорностью, позволяя оперативно получать информацию о широком спектре значимых параметров водной среды прибрежных акваторий, и в то же время, отличаются относительной дешевизной по сравнению с проведением контактных измерений на обширных акваториях [Бондур, 1995, 2004; Bondur, 2006; 2011]. При этом контактные (наземные) измерения остаются необходимыми. Они позволяют измерять другой набор значимых параметров водной среды, а также проводить валидацию данных спутниковых наблюдений [Бондур, 2004; Bondur, 2006, 2011; Keeler et al., 2004; Аэрокосмический мониторинг…, 2012; Отчёт МГИ, 2014; Отчёт ИО РАН, 2014].

     Настоящее прикладное научное исследование посвящено разработке научно-технологических решений, направленных на разработку методов создания экспериментального образца региональной системы сбора и обработки космических и наземных данных для мониторинга антропогенных и природных загрязнений шельфовых зон черноморского побережья Российской Федерации, в том числе у Крымского полуострова и г. Севастополь, в интересах снижения негативных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий.

     Ниже представлен ряд фрагментов космических оптических многоспектральных изображений, полученных со спутника Landsat-8 в 2013-2014 гг., на которых отчётливо видны загрязнения прибрежных акваторий в районе г. Севастополь (изображения приведены в виде композитов различных каналов с нелинейно деформированными цветовыми шкалами для более чёткой идентификации загрязнений).

              

-  Разработка новых подходов к комплексному наземно-космическому мониторингу состояния прибрежных черноморских акваторий шельфовых зон морей России, обеспечивающих более высокую оперативность и достоверность полученных результатов, за счет совместного использования данных, полученных в различных участках оптического и радиодиапазонов спектра электромагнитных волн, и данных контактных измерений.

- Разработка методов спектрального анализа космических оптических и радиолокационных изображений, а также результатов контактных измерений, позволяющих определять значимые характеристики прибрежных акваторий и исследовать различные процессы, происходящие на морской поверхности и в толще воды для выявления негативных воздействий на водную среду шельфовых зон с учетом случайного характера морского волнения при съемке в любых погодных условиях.

- Разработка новых методов, основанных на совместном использовании и комплексной обработке разнотипных спутниковых изображений и данных контактных измерений, позволяющих сочетать высокое пространственное разрешение оптических (до 1 метра на местности), всепогодность и широкий охват (полоса обзора до 500 км) радиолокационных систем, достоверность и надёжность подспутниковых данных и регистрировать большее число значимых параметров водной среды за счет использования различных физических принципов этих методов.

- Обеспечение регистрации более широкого набора значимых параметров водной среды с пространственным разрешением до 1 метра и увеличением частоты измерений до нескольких раз в сутки за счёт комплексного использования разнотипных разнодиапазонных космических данных и данных контактных измерений.

Научная значимость проекта обусловлена:

- отсутствием эффективных современных методов и систем контроля экологической обстановки для оценки, прогноза и предотвращения загрязнений прибрежных акваторий черноморского побережья Российской Федерации;

-   недостаточным развитием методов дистанционного мониторинга для оценки и прогнозирования состояния загрязнений прибрежных акваторий, основанных на комплексировании спутниковых оптических панхроматических, многоспектральных и радиолокационных данных, полученных в различных поляризационных режимах;

-  отсутствием эффективных подходов к совместной обработке космических многоспектральных изображений оптического и радиодиапазонов спектра электромагнитных волн и методов их комплексного анализа совместно с подспутниковыми данными для определения значимых характеристик морской среды в районах интенсивных антропогенных и естественных загрязнений прибрежных акваторий.

     Новизна выполняемых исследований заключается в том, что впервые на системном уровне производится комплексирование результатов обработки космических и контактных данных о состоянии водной среды, обеспечивающих регистрацию широкого спектра параметров, необходимых для получения достоверной информации о состоянии прибрежных акваторий шельфовых зон черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на различных уровнях детальности 

- Принципы, методические подходы, методы и технологии сбора и комплексной обработки различных спутниковых   и   контактных   данных,   формируемых   при   мониторинге   прибрежных акваторий черноморского шельфа Российской Федерации, в том числе у Крымского полуострова и города Севастополь.

- Экспериментальный образец региональной системы сбора и обработки космических изображений и контактных данных для оценки антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий черноморского шельфа Российской Федерации.

- База данных дистанционных и контактных наблюдений для тестовых участков прибрежных акваторий Черноморского побережья Российской Федерации.

- Обоснованные рекомендации по обеспечению рационального природопользования, экологической безопасности и снижению уровня негативного воздействия природных и антропогенных факторов на состояние прибрежных акваторий черноморского шельфа РФ, в том числе у Крымского полуострова.

     Результаты прикладных исследований будут востребованы: 

     Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Министерством транспорта Российской Федерации; Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, силовыми ведомствами, а также Минсельхозом России; Росземкадастром; Роснедвижимостью; институтами и учреждениями Федерального агентства научных организаций; нефте- и газодобывающими компаниями; судостроительными и транспортными компаниями; ВУЗами и другими образовательными учреждениями; международными организациями.

     Прогнозируется значительное влияние ожидаемых результатов проекта на развитие научно-технических и технологических направлений, связанных с комплексным мониторингом прибрежных акваторий. Кроме этого, результаты выполнения проекта в перспективе окажут влияние на Российский рынок геоинформационных технологий и услуг.

Этап №1 «Выбор направления исследований»  08.09.2014 - 31.12.2014

Этап№2 «Теоретические исследования поставленных задач»  01.01.2015 - 30.06.2015

Этап №3 «Экспериментальные исследования поставленных задач»  01.07.2015 - 31.12.2015 

Этап №4 «Экспериментальные исследования поставленных задач»  01.01.2016 - 30.06.2016  

Этап №5 «Обобщение и оценка результатов исследований»  01.07.2016 - 31.12.2016

1. Айбулатов Н.А. Деятельность России в прибрежной зоне моря и проблемы экологии / Н.А. Айбулатов; отв. ре. В.И. Осипов ; Ин-т океанологии им. П.П. Ширшова. – М.: Наука, 2005. – 364 с.

2. Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса // Под редакцией Бондура В.Г. М.: Научный мир, 2012. 558 с. + 52 цв. вкл.

3. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии. / В кн. «Новые идеи в океанологии. М.: Наука. Т1: Физика. Химия. Биология / 2004. С. 55–117+8 стр. цв. вклеек.

4. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы и технологии мониторинга нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса // Исследование Земли из космоса. 2010. № 6. С. 3–17+6 с. цв. вклеек.

5. Бондур В.Г. Аэрокосмический мониторинг нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса. Реальности и перспективы // в кн. «Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса» / под ред. Бондура В.Г. М.: Научный мир, 2012. С. 15–37.

6. Бондур В.Г. Принципы построения космической системы мониторинга Земли в экологических и природно-ресурсных целях // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъёмка, № 2, 1995, с. 14-38.

9. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. М.: Флинта Наука, 2009 - 520 c.

10. Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Под ред. Зацепина А.Г, Флинта М.В. М.: Наука, 2002. 476 с

11. Матишов Г. Г. Морские нефтегазовые разработки и рациональное природопользование на шельфе [Баренцева, Карского, Черного и Каспийского морей] / Г. Г. Матишов [и др.] ; отв. ред. Г. Г. Матишов ; Российская академия наук, Кольский научный центр, Мурманский морской биологический институтт, Южный научный центр. - Ростов н/Д : Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. - 500 с. - Библиогр.: с. 464-493. - Б. ц.

12. Матишов Г.Г. Антропогенная деструкция экосистем Баренцева и Норвежского морей. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1992. 112 с.

13. Мониторинг прибрежной зоны на Черноморском экспериментальном подспутниковом полигоне / под ред. В.А. Иванова, В.А. Дулова. Севастополь, НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2014, 526 стр.

14. Океанология на старте XXI века / отв. ред. А.Л. Верещака; Ин-т океанологии им. П.П. Ширшова РАН. – М.: Наука, 2008. 566 с.

15. Отчет о составной части прикладных научных исследований (СЧ ПНИ) "Разработка методов и создание экспериментального образца системы мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на основе спутниковых и контактных данных" по теме "Разработка и экспериментальная отработка методов мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья российской федерации в Северо-Кавказском районе на основе спутниковых и контактных данных", выполненный федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова российской академии наук (ИО РАН). Москва. 2014. 80 с.

16. Отчет о составной части прикладных научных исследований (СЧ ПНИ) "Разработка методов и создание экспериментального образца системы мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на основе спутниковых и контактных данных", выполненный Морским гидрофизическим институтом (МГИ). Севастополь. 2014. 378 с.

17. Bondur V. Complex Satellite Monitoring of Coastal Water Areas 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE, 2006, 7 p.

18. Bondur V.G. Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas // in book Waste Water - Evaluation and Management, ISBN 978-953-307-233-3, InTech, Croatia, 2011, pp. 155-180

19. Keeler R., Bondur V., Vithanage D. Sea truth measurements for remote sensing of littoral water // Sea Technology, April, 2004, p. 53–58.