Monitoring Zagrożeń Globalnych – wykorzystanie teledetekcji w monitoringu środowiska,

globalne systemy monitoringu, teledetekcja w zarządzaniu kryzysowym

W 1967 uruchomiono pierwszą w Polsce stację odbioru danych z satelitów meteorologicznych-
Kraków Czyżyny (prof. Walczewski)

Teledetekcja - pomiar wykonany z pewnej odległości

Zasada:

Padające na powierzchnię Ziemi promieniowanie elektromagnetyczne (słoneczne)jest

częściowo odbite/rozproszone na powierzchni, częściowo przetransmitowane a częściowo

zaabsorbowane przez atmosferę. Wielkość energii odbitej, zaabsorbowanej i transmitowanej

zależy od właściwości obiektu oraz właściwości promieniowania padającego.

W teledetekcji do rozpoznania obiektów wykorzystuje się fakt różnicowania współczynnika

odbicia lub emisyjności w zależności od długości fali .

(Za W. Drzewiecki – wykłady)

PEM wykorzystywane w teledetekcji:

- promieniowanie ultrafioletowe - UV (Ultraviolet)

- promieniowanie widzialne i bliską podczerwień - VNIR (Visible Near Infrared)

- średnią podczerwień SWIR (Short -Wave Infrared)

- podczerwień termalną TIR (Thermal Infrared)

- mikrofale MW (microwave)

Fotografia – promieniowanie widzialne, bliska podczerwień

Skanery – promieniowanie widzialne, bliska podczerwień, daleka podczerwień

Radary – promieniowanie mikrofalowe

Teledetekcja aktywna i pasywna

Techniki aktywne:

Pomiary radarowe - wykrywanie i określanie położenia lub parametrów ruchu obiektów,
które wykazują zdolność odbijania fal elektromagnetycznych, satelitarne pomiary radarowe
polegają na wysyłaniu impulsu w postaci fali radarowej z satelity, zwykle wykorzystuje się
energię elektromagnetyczną fal dłuższych, która może przechodzić przez chmury i mgłę.

Z obrazów radarowych można uzyskać informacje o bardzo niewielkich pionowych ruchach
obszarów przedstawionych na tych obrazach (trzęsienia ziemi, erupcje wulkaniczne, ruchy
lodowców, przesunięcia dużych wydm, itp.)

Lidar - urządzenie wysyłające pulsy światła. Jeżeli światło nie napotyka przeszkody na
swojej drodze, to rozchodzi się bez zaburzeń. Natomiast kiedy napotyka przeszkodę, odbija
się od niej. Lidar służy np. do oceny ilości zanieczyszczeń w atmosferze. (lidar pionowo-
sondujący, prof. Walczewski – Zakład Teledetekcji Atmosfery w Krakwie

Techniki pasywne

Techniki fotograficzne – najstarsza metoda teledetekcyjna, stosowana początkowo do celów
rozpoznania wojskowego.

Rejestrowany obraz może być:

- Panchromatyczny – całość z zakresu promieniowania widzialnego (wizualizacja skali

szarości)

- RGB – całość widzialne – trzy obrazy odpowiadające poszczególnym zakresom spektrum

- Wielospektralne/hiperspektralne (kilkaset kanałów)

- Stosuje się także kamery termowizyjne, standardowo mogące rozpoznawać temperatury od -
20ºC do +900ºC, z filtrami do +2000ºC.

Korekta –> Wzmocnienie – >Klasyfikacja ->Transformacja

Technika skanerowa - zasadnicze źródło obrazów cyfrowych w systemach satelitarnych.,
obrazy są pozyskiwane przez skanery wyposażone w detektory uczulone na odpowiednie
zakresy widma elektromagnetycznego.

Możliwość wykorzystania danych:

- Kanał niebieski: wody, pokrycie terenu, gleby oraz wegetacja

- Kanał zielony: zwiększona odbieralność dla zdrowej roślinności

- Kanał czerwony: zakres absorpcji promieniowania dla chlorofilu oraz kartografia gleb

i geologii

- Kanał bliskiej podczerwieni: ocena ilościowo biomasy (np. monitorownie upraw)

- Średnia podczerwień ocena zawartości wody w roślinach (monitorowanie upraw,

zagrożenie suszami), ponadto umożliwia rozróżnienie pomiędzy chmurami, śniegiem i
lodem)

- Średnia podczerwień– rozpoznawanie utworów geologicznych)

- Kanał termalny – pomiar temperatury powierzchni Ziemi, monitorowanie obszarów

aktywności geotermalnej, badania geologiczne, ocena wilgotności gleby, monitoring
roślinności.

Monitoring globalny

EUMETSAT - międzyrządowa organizacja międzynarodowa (1983), odpowiada za
utrzymywanie i wykorzystywanie europejskich satelitów meteorologicznych, ich konstrukcję
i wynoszenie na orbitę, dostarczanie uzyskanych danych satelitarnych użytkownikom
końcowym oraz monitorowanie zmian klimatycznych na świecie.

Schemat światowego systemu satelitów meteorologicznych (Źródło: Eumetsat)

Satelity teledetekcyjne - przykłady

NOAA – seria satelitów wykorzystywanych do celów meteorologicznych oraz monitoringu
środowiska w skali globalnej – pułap ok. 833 km (1.1x1.1 km), 2x/dzień, zakres
promieniowania: czerwień, bliska i średnia podczerwień, podczerwień termalna – dwa
zakresy. Pomiar: Pokrycie terenu, układ chmur(dzień/noc), śnieg, lód, temperatura
powierzchni Ziemi, do m.in. monitorowania upraw, prognozowania plonów, monitorownia
lasów oraz terenów zagrożonych pustynnieniem

Landsat – (od 1972, aktualnie Landsat 5 i Landsat 7)– pułap ok. 705 km (1.1x1.1 km), co 16
dni, 3 kanały w zakresie widzialnym: niebieskim, zielonym, czerwonym, bliskiej
podczerwieni, średniej podczerwieni, kanał termalny, obrazy panchromatyczne (w sumie dla
Landsta5 i Landsat7)

SPOT – seria satelitów europejskich (od 1986, obecnie SPOT4 i SPOT5), zakres dla obu
łącznie (nie rozdzieliłam na poszczególne satelity, : zakres widzialny (zielony, czerwony),
bliska i średnia podczerwień, zakres panchromatyczne, kanał Vegetation (niebieski,
czerwony, zielony), (możliwość rejestracji nienadirowej – rozwiązanie to umożliwia
pozyskanie obrazów stereoskopowych – co umożliwia także pomiar terenu –różnice
wysokości)

ASTER – umieszczony na pokładzie satelity Terra, możliwość rejestracji na zamówienie

EO-1 – pierwszy satelita hiperspektralny 220 z zakresu 0,4-2,4 µm (30m), 256 kanałów z
zakresu 0,9-1,6 µm (250m) oraz kanały zbliżone do Landsata7, rejestracja na zamówienie

IKONOS – pierwszy cywilny satelita wysokorozdzielczy (1999), całkowicie komercyjny

Ważniejsze wskaźniki wegetacyjne:

NDVI = IR-R/IR+R – wskaźnik wegetacji (znormalizowany wskaźnik zieleni) (IR -

podczerwień, R – czerwony)

LAI = współczynnik powierzchni liściowej – pomiar promieniowania rozproszonego

(powierzchnia projekcyjna liści – uwzględnia NDVI oraz wskaźnik wilgotności roślin)

APAR – absorpcja promieniowania fotosyntetycznie czynnego (400-700 nm)

Globalne systemy monitoringu (wybrane)

GEOSS - Global Earth Observation System of Systems cel: objęcie Ziemi i jej otoczenia

obserwacjami teledetekcyjnymi i naziemnymi: globalne problemy środowiskowe i

ekonomiczne

priorytet : zanieczyszczenie powietrza oraz

- zapobieganie skutkom kataklizmów

- usprawnienie monitorowania zmian klimatu, prognozowanie pogody

- przewidywanie wpływu środowiska na zdrowie człowieka

- walkę z chorobami, poprzez stworzenie mapy siedlisk bakterii,

- ochronę i zarządzanie zasobami wody oraz energii

- monitoring i ochronę ekosystemów

- monitoring bioróżnorodności

- wspomaganie rolnictwa i zapobieganie pustynnieniu

www.goportal.org http://landsat.usgs.gov

GMES – GLOBAL MONITORING FOR ENVIRONMENT AND SECURITY

Inicjatywa Unii Europejskiej i Europejskiej Agencji Kosmicznej w ramach Europejskiej

Polityki Kosmicznej, celem jest stworzenie możliwości wykorzystania technik zdalnej

obserwacji Ziemi dla potrzeb ochrony środowiska i sektora bezpieczeństwa.

Użytkowanie i pokrycie terenu (Land cover) - bezpłatne obrazy satelitarne do:

Map użytkowania dla terytorium Europy: inwentaryzacja i monitorowanie użytkowania

terenu w krajach członkowskich

Mapy pokrycia terenu: dla np. planowania przestrzennego, budownictwa, modelowania

przestrzennego hałasu, górnictwa, etc.).

Zarządzanie kryzysowe (GMES – INSCRIT) - mechanizmy pozwalające na szybki

dostęp do aktualnej informacji o stanie i rozwoju sytuacji kryzysowej

Monitorowanie morza i strefy przybrzeżnej - systematyczne informacje odnośnie stanu

mórz i oceanów

Inicjatywa UE – Wspólny System Informacji o Środowisku (Shared Environmental
Information System)

– ma prowadzić to optymalnego wykorzystania GEOSS, GMES oraz monitoringów

krajowych

Zarządzenie kryzysowe

Podstawy prawne:

Ustawa z dnia 18 kwietnia 2002 r. o stanie klęski żywiołowej (DzU z 2002 r. Nr 62, poz. 558

z późn. zm.)

Dyrektywa Rady Europy nr 82/501/EEC z 24 czerwca 1982 r. o zagrożeniach wypadkami

spowodowanymi działalnością przemysłu (Seveso),

Dyrektywa Rady Europy 96/82/EC z 9 grudnia 1996 r. o kontroli zagrożeń poważnymi

wypadkami (Seveso II),

Dyrektywa 2007/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. w

sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim,

Proces zarządzania kryzysowego składa się z dwóch zasadniczych okresów:

a) Okres stabilizacji obejmuje cykl działań przed wystąpieniem sytuacji kryzysowej,

czyli fazy zapobiegania i przygotowania.

b) Okres realizacji polega na kontroli sytuacji kryzysowych w drodze zaplanowanych

działań, minimalizacji strat i odtworzeniu zniszczeń. Okres reagowania i odbudowy

Dane wykorzystywane w zarządzaniu kryzysowym można podzielić na:

dane referencyjne – podstawowe informacje o terenie na którym wystąpiło zdarzenie –

dostępne w czasie do 6 godzin po zajściu zdarzenia,

dane o zniszczeniach – dostępne w czasie do 24 godzin po zajściu zdarzenia i uaktualnianie

przynajmniej raz dziennie,

prognozy i scenariusze rozwoju zdarzeń – pozwalające na prognozowanie rozwoju sytuacji

w oparciu o dostępne modele, wiedzę ekspercką itd.

dane

przeznaczenie

faza

częstotliwość/pokrycie

Satelity meteorologiczne (orbita
geostacjonarna)

Sztormy, powodzie

Zapobieganie, przygotowanie,
reagowanie, odbudowa

15 minut/globalnie

Dane obrazowe
niskorozdzielcze (1km)

Powodzie, pożary

Reagowanie, odbudowa

Raz dzienne/globalnie

Dane obrazowe średnio-
rozdzielcze (250 m)

Powodzie pożary

Reagowanie, odbudowa

Raz dziennie/globalnie

Dane obrazowe
wysokorozdzielcze (10 m)

Dane referencyjne

Zapobieganie, przygotowanie

Raz w roku – światowe obszary
wrażliwe

Ocena

Reagowanie, odbudowa

Raz dziennie

Dane obrazowe bardzo
wysokorozdzielcze (1m)

Dane

referencyjne

przed

zdarzeniem

Zapobieganie, przygotowanie

Raz w roku – światowe obszary
wrażliwe

Ocena stanu po wystąpieniu
zdarzenia

Reagowanie, odbudowa

Raz dzienne/ lokalne

Obrazy radarowe
Interferometria radarowa

Zagrożenia geologiczne (przed
wystąpieniem)

Zapobieganie, przygotowanie

Raz w roku – światowe obszary
wrażliwe

Zagrożenia geologiczne (po
wystąpieniu)

Reagowanie, odbudowa

-

Zanieczyszczenie substancjami
ropopochodnymi

reagowanie

Raz dziennie

powodzie

reagowanie

Raz dziennie

Obszary zachmurzone

reagowanie

-

(Turski H. 2007)

Techniki satelitarne w zarządzaniu kryzysowym: nawigacja, łączność i teledetekcja

- Wyznaczanie obszarów zagrożonych: prognozowanie, planowaniu ewakuacji,

- Ocenia zniszczenia,

- Planowanie odbudowy,

- Wytyczanie bezpiecznych szlaków komunikacyjnych, punktów ewakuacji,

- Wyznaczanie centrum koordynacji (systemu ostrzegania, alarmowania i informowania

społeczeństwa),

- Wyznaczanie strefy skażeń,

- Klasyfikacja zniszczenia,

- Ocenia zagrożenia, opracowanie mapy ryzyka,

- Monitorowanie obszarów zagrożonych.

Literatura:

•

Graniczny M., Mizierski W. 2009. Katastrofy przyrodnicze. PWN, Warszawa

•

Ostaficzuk St. 2011. Współczesne problemy Eko-Geologii. IGSMiE PAN, Kraków

•

Cowie J. 2009. Zmiany klimatyczne. WUW, Warszawa

•

Mannion A.M. 2001. Zmiany środowiska Ziemi. PWN Warszawa

•

Środowisko Europy 2010, raport EAŚ – dokument elektroniczny,

•

Wiąckowki St. 2008. Ekologia ogólna. Oficyna Wydawnicza Branta. Kielce

•

Richling R. 2007. Geograficzne badania środowiska przyrodniczego. PWN, Warszawa

•

Ciołkosz A., Miszalski J., Olędzki J.R. 1999. Interpretacja zdjęć lotniczych.PWN. Warszawa

•

Turski H. 2007. Zastosowanie obserwacji satelitarnych dla potrzeb zarządzania kryzysowego. Polskie

Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

•

www.nasa.gov

•

www.kosmos.gov.pl