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 .

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.

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:

1. Okres stabilizacji obejmuje cykl działań przed wystąpieniem sytuacji kryzysowej, czyli fazy zapobiegania i przygotowania.

2. 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.

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.