Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мониторинг окружающей среды описывает процессы и действия, которые необходимо проводить для определения характеристик и мониторинга качества окружающей среды. Экологический мониторинг используется при подготовке оценок воздействия на окружающую среду , а также во многих случаях, когда деятельность человека сопряжена с риском вредного воздействия на окружающую среду . Все стратегии и программы мониторинга имеют причины и обоснования, которые часто предназначены для установления текущего состояния окружающей среды или выявления тенденций в ее параметрах. Во всех случаях результаты мониторинга будут рассмотрены, проанализированы статистически., и опубликовано. Поэтому при разработке программы мониторинга необходимо учитывать конечное использование данных до начала мониторинга.

Мониторинг качества воздуха [ править ]

Станция мониторинга качества воздуха
Дополнительная информация: индекс качества воздуха , система непрерывного мониторинга выбросов , пробоотборник твердых частиц и портативная система измерения выбросов

Загрязнители воздуха - это атмосферные вещества, как естественного, так и антропогенного происхождения, которые потенциально могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье организма . С развитием новых химикатов и промышленных процессов произошло введение или увеличение количества загрязняющих веществ в атмосфере, а также экологические исследования и нормативные акты, что увеличило потребность в мониторинге качества воздуха. [1]

Мониторинг качества воздуха сложно провести, поскольку он требует эффективной интеграции множества источников экологических данных, которые часто исходят из различных экологических сетей и учреждений. [2] Для решения этих задач требуется специализированное оборудование и инструменты наблюдения для определения концентраций загрязнителей воздуха, включая сенсорные сети, модели географических информационных систем (ГИС) и службу сенсорных наблюдений (SOS), веб-службу для запроса данных сенсоров в реальном времени. [2] Модели рассеяния в воздухе, которые объединяют топографические данные, данные о выбросах и метеорологические данные для прогнозирования концентраций загрязнителей воздуха, часто полезны при интерпретации данных мониторинга воздуха. Дополнительно, рассмотрение анемометраданные в области между источниками и монитором часто дают представление об источнике загрязнения воздуха, зарегистрированном монитором загрязнения воздуха.

Мониторы качества воздуха используются гражданами, [3] [4] [5] регулирующими органами [6] [7] и исследователями [8] для изучения качества воздуха и последствий загрязнения воздуха. Интерпретация данных мониторинга атмосферного воздуха часто включает рассмотрение пространственной и временной репрезентативности [9] собранных данных, а также последствий для здоровья, связанных с воздействием контролируемых уровней. [10] Если интерпретация выявляет концентрации нескольких химических соединений, уникальный «химический отпечаток» конкретного источника загрязнения воздуха может появиться в результате анализа данных. [11]

Отбор проб воздуха [ править ]

Пассивный или «диффузионный» отбор проб воздуха зависит от метеорологических условий, таких как ветер, для рассеивания загрязнителей воздуха в сорбирующую среду. Преимущество пассивных пробоотборников состоит в том, что они обычно маленькие, бесшумные и простые в развертывании, и они особенно полезны при исследованиях качества воздуха, которые определяют ключевые области для будущего постоянного мониторинга. [12]

Загрязнение воздуха также можно оценить с помощью биомониторинга с помощью организмов, которые биоаккумулируют загрязнители воздуха, такие как лишайники , мхи, грибы и другие биомассы. [13] [14] Одним из преимуществ этого типа отбора проб является то, как количественная информация может быть получена путем измерения накопленных соединений, репрезентативных для среды, из которой они пришли. Тем не менее, необходимо тщательно продумать выбор конкретного организма, его распространения и соответствия загрязнителю. [14]

Другие методы отбора проб включают использование денудера , [15] [16] ловушек для игл и методов микроэкстракции . [17]

Мониторинг почвы [ править ]

Сбор образца почвы в Мексике для тестирования на патогены
Дополнительная информация: Экологическое почвоведение

Мониторинг почвы включает в себя сбор и / или анализ почвы и связанных с ней качеств , компонентов и физического состояния, чтобы определить или гарантировать ее пригодность для использования. Почва сталкивается с множеством угроз, включая уплотнение , загрязнение , органический материал потерю, биоразнообразие потерю , устойчивость откосов вопросы, эрозию , засоление и подкисление . Мониторинг почвы помогает охарактеризовать эти угрозы и другие потенциальные риски для почвы, окружающей среды, здоровья животных и человека. [18]

Оценка этих угроз и других рисков для почвы может быть сложной задачей из-за множества факторов, включая неоднородность и сложность почвы , нехватку данных о токсичности , непонимание судьбы загрязнителя и изменчивость уровней проверки почвы. [18] Это требует подхода к оценке рисков и методов анализа, которые уделяют приоритетное внимание защите окружающей среды, снижению рисков и, при необходимости, методам восстановления. [18] Мониторинг почвы играет важную роль в этой оценке риска, не только помогая в выявлении подверженных риску и затронутых областях, но и в установлении базовых фоновых значений почвы. [18]

Мониторинг почвы исторически был сосредоточен на более классических условиях и загрязнителях, включая токсичные элементы (например, ртуть , свинец и мышьяк ) и стойкие органические загрязнители (СОЗ). [18] Исторически испытание этих и других аспектов почвы, однако, было связано со своим набором проблем, поскольку отбор проб в большинстве случаев носит разрушительный характер, требуя множественных проб с течением времени. Кроме того, могут возникать процедурные и аналитические ошибки из-за различий в ссылках и методах, особенно с течением времени. [19]Однако по мере развития аналитических методов и распространения новых знаний об экологических процессах и воздействии загрязняющих веществ сфокусированность мониторинга, вероятно, со временем будет расширяться, а качество мониторинга будет продолжать улучшаться. [18]

Отбор проб почвы [ править ]

Двумя основными типами отбора проб почвы являются отбор проб грунтом и сборный отбор проб. Отбор проб включает в себя сбор отдельной пробы в определенное время и в определенном месте, тогда как составной отбор проб включает сбор гомогенизированной смеси нескольких отдельных проб либо в определенном месте в разное время, либо в нескольких местах в определенное время. [20] Отбор проб почвы может происходить как на неглубоком уровне земли, так и глубоко в земле, при этом методы сбора зависят от уровня, на котором собирается. Совки, шнеки, колонковые пробоотборники и пробоотборники с цельнотрубными пробоотборниками и другие инструменты используются на неглубоких уровнях грунта, тогда как методы с разрезной трубой, цельнотрубные или гидравлические методы могут использоваться в глубоких грунтах. [21]

Программы мониторинга [ править ]

Портативный рентгеновский флуоресцентный (РФА) анализатор может быть использован в поле для тестирования почвы на загрязнение металла

Мониторинг загрязнения почвы [ править ]

Дополнительная информация: Загрязнение почвы

Мониторинг загрязнения почвы помогает исследователям определять закономерности и тенденции осаждения, перемещения и воздействия загрязнителей. Человеческое давление, такое как туризм, промышленная деятельность, разрастание городов, строительные работы и неадекватные методы ведения сельского и лесного хозяйства, могут способствовать и усугублять загрязнение почвы и приводить к тому, что почва становится непригодной для использования по назначению. Как неорганические, так и органические загрязнители могут попадать в почву, оказывая множество вредных воздействий. Следовательно, мониторинг загрязнения почвы важен для выявления зон риска, установления исходных уровней и определения загрязненных зон для восстановления. Усилия по мониторингу могут варьироваться от местных ферм до общенациональных, например, предпринятых Китаем в конце 2000-х годов [18].предоставление таких деталей, как природа загрязняющих веществ, их количество, эффекты, характер концентрации и возможность восстановления. [22] Контрольно-аналитическое оборудование в идеале должно иметь высокое время отклика, высокий уровень разрешения и автоматизации, а также определенную степень самодостаточности. [23] Химические методы могут использоваться для измерения токсичных элементов и СОЗ с использованием хроматографии и спектрометрии , геофизические методы могут оценивать физические свойства больших территорий, а биологические методы могут использовать определенные организмы для измерения не только уровня загрязнителя, но и побочных продуктов биоразложения загрязнителя. Эти и другие методы становятся все более эффективными, и лабораторныеинструменты становятся более точными, что приводит к более значимым результатам мониторинга. [24]

Мониторинг эрозии почвы [ править ]

Дополнительная информация: Эрозия почвы

Мониторинг эрозии почвы помогает исследователям определять закономерности и тенденции движения почвы и наносов. Программы мониторинга менялись на протяжении многих лет, от долгосрочных академических исследований на участках университетов до разведывательных исследований биогеоклиматических территорий. Однако в большинстве методов основное внимание уделяется выявлению и измерению всех преобладающих процессов эрозии в данной области. [25] Кроме того, мониторинг почвенной эрозии может пытаться количественно оценить влияние эрозии на урожайность сельскохозяйственных культур, хотя и является сложной задачей «из-за многих сложностей во взаимосвязи между почвами и растениями и их управлением в условиях изменчивого климата». [26]

Мониторинг засоления почвы [ править ]

Дополнительная информация: Засоление почвы.

Мониторинг засоления почвы помогает исследователям определять закономерности и тенденции в содержании соли в почве. Как естественный процесс вторжения морской воды, так и антропогенные процессы ненадлежащего управления почвой и водными ресурсами могут привести к проблемам с засолением почвы, в результате чего во всем мире затронуты до одного миллиарда гектаров земли (по состоянию на 2013 год). [27] Мониторинг засоления на местном уровне может пристально следить за корневой зоной, чтобы измерить влияние засоления и разработать варианты управления, тогда как на региональном и национальном уровне мониторинг засоления может помочь в выявлении зон риска и помощи директивным органам в решении проблемы до он распространяется. [27] Сам процесс мониторинга может выполняться с использованием таких технологий, как дистанционное зондирование игеографические информационные системы (ГИС) для определения солености по зеленому цвету, яркости и белизны на уровне поверхности. Прямой анализ почвы с близкого расстояния, включая использование методов электромагнитной индукции , также может быть использован для мониторинга засоления почвы. [27]

Мониторинг качества воды [ править ]

В методах съемки с помощью электролова используется легкий электрический шок, чтобы временно оглушить рыбу для поимки, идентификации и подсчета. Затем рыбу возвращают в воду невредимой.

Разработка программ экологического мониторинга [ править ]

Мониторинг качества воды бесполезен без четкого и однозначного определения причин мониторинга и целей, которым он будет соответствовать. Практически весь мониторинг (за исключением, возможно, дистанционного зондирования ) в той или иной степени затрагивает изучаемую окружающую среду, а обширный и плохо спланированный мониторинг несет в себе риск нанесения ущерба окружающей среде. Это может иметь решающее значение в районах дикой природы или при мониторинге очень редких организмов или тех, которые не допускают присутствия человека. Некоторые методы контроля, такие как жаберная неттинге рыб для оценки населения, могут быть очень разрушительными, по крайней мере , для местного населения , а также может ухудшить общественное доверие ученых , осуществляющих мониторинг.

Почти все основные проекты мониторинга окружающей среды являются частью общей стратегии мониторинга или области исследований, и сами эти области и стратегии вытекают из целей или устремлений организации на высоком уровне. Если отдельные проекты мониторинга не вписываются в более широкие стратегические рамки, результаты вряд ли будут опубликованы, и понимание окружающей среды, полученное в результате мониторинга, будет потеряно. [28] [29]

Параметры [ править ]

см. также Параметры качества окружающей среды пресной воды

Химическая [ править ]

Анализ проб воды на пестициды

Диапазон химических параметров, которые могут повлиять на любую экосистему, очень велик, и во всех программах мониторинга необходимо ориентироваться на набор параметров, основанный на местных знаниях и прошлой практике для первоначального обзора. Список может быть расширен или сокращен в зависимости от накопленных знаний и результатов первоначальных опросов.

Пресноводная среда широко изучается в течение многих лет, и существует четкое понимание взаимодействия между химией и окружающей средой в большей части мира. Однако по мере разработки новых материалов и появления новых проблем потребуется пересмотр программ мониторинга. За последние 20 лет кислотные дожди , синтетические аналоги гормонов , галогенированные углеводороды , парниковые газы и многие другие потребовали изменений в стратегиях мониторинга.

Биологический [ править ]

При экологическом мониторинге стратегия и усилия по мониторингу направлены на растения и животных в рассматриваемой окружающей среде и зависят от каждого отдельного исследования.

Однако при более общем мониторинге окружающей среды многие животные выступают в качестве надежных индикаторов качества окружающей среды, с которой они столкнулись или испытали в недавнем прошлом. [30] Одним из наиболее известных примеров является мониторинг численности лососевых рыб, таких как кумжа или атлантический лосось, в речных системах и озерах с целью выявления медленных тенденций неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Резкое сокращение популяций лососевых рыб было одним из первых признаков проблемы, которая позже стала известна как кислотный дождь .

В последние годы гораздо больше внимания уделяется более целостному подходу, при котором здоровье экосистемы оценивается и используется как сам инструмент мониторинга. [31] Именно такой подход лежит в основе протоколов мониторинга Рамочной директивы по воде в Европейском Союзе .

Радиологический [ править ]

Радиационный мониторинг включает в себя измерение дозы облучения или радионуклидного загрязнения по причинам, связанным с оценкой или контролем воздействия ионизирующего излучения или радиоактивных веществ, а также интерпретацией результатов. [32] «Измерение» дозы часто означает измерение величины эквивалента дозы в качестве заместителя (т. Е. Замены) величины дозы, которую нельзя измерить напрямую. Кроме того, отбор проб может быть использован как предварительный этап для измерения содержания радионуклидов в окружающей среде. Методологические и технические детали разработки и работы программ и систем мониторинга различных радионуклидов, сред окружающей среды и типов объектов приведены вРуководство МАГАТЭ по безопасности RS – G-1.8 [33] и в отчете МАГАТЭ по безопасности № 64. [34]

Радиационный контроль часто осуществляется с использованием сетей фиксированной и развертываемых датчиков , таких как США , Агентство по охране окружающей среды «с Radnet и в Speedi сети в Японии. Авиационные исследования также проводятся такими организациями, как Группа поддержки ядерных аварий .

Микробиологический [ править ]

Бактерии и вирусы являются наиболее часто контролируемыми группами микробиологических организмов, и даже они имеют большое значение только в тех случаях, когда вода в водной среде впоследствии используется в качестве питьевой воды или там, где практикуется рекреация с контактом с водой, такая как плавание или гребля на каноэ .

Хотя возбудители являются основным центром внимания, главные усилия мониторинга почти всегда направлены на гораздо более распространенным индикаторных видов , таких как кишечная палочка , [35] дополнена общей колиформных бактерий подсчетов. Обоснование этой стратегии мониторинга заключается в том, что большинство патогенов человека происходят от других людей через поток сточных вод . Многие очистные сооружения не имеют заключительной стадии стерилизации и поэтому сбрасывают сточные воды.который, хотя и имеет чистый вид, все же содержит многие миллионы бактерий на литр, большинство из которых являются относительно безвредными бактериями группы кишечной палочки. Подсчет количества безвредных (или менее вредных) бактерий сточных вод позволяет сделать вывод о вероятности присутствия значительного количества патогенных бактерий или вирусов. Если уровни E. coli или coliform превышают предварительно установленные пороговые значения, тогда начинается более интенсивный мониторинг, включая специальный мониторинг патогенных видов.

Популяции [ править ]

Стратегии мониторинга могут давать вводящие в заблуждение ответы, полагаясь на подсчет видов или наличие или отсутствие определенных организмов, если не учитывать размер популяции. Понимание динамики популяций контролируемого организма имеет решающее значение.

Например, если присутствие или отсутствие определенного организма в пределах 10-километрового квадрата является мерой, принятой в стратегии мониторинга, то сокращение численности населения с 10 000 на квадрат до 10 на квадрат останется незамеченным, несмотря на очень значительное воздействие, которое испытывает этот организм. .

Программы мониторинга [ править ]

Весь научно достоверный экологический мониторинг проводится в соответствии с опубликованной программой. Программа может включать общие цели организации, ссылки на конкретные стратегии, которые помогают достичь цели, и детали конкретных проектов или задач в рамках этих стратегий.Ключевой особенностью любой программы является перечисление того, что контролируется и как этот мониторинг осуществляется. должно произойти, и временной масштаб, в течение которого все это должно произойти. Как правило, и часто в виде приложения, программа мониторинга предоставляет таблицу с указанием мест, дат и методов отбора проб, которые предлагаются и которые, если они будут проведены в полном объеме, предоставят опубликованную программу мониторинга.

Существует ряд коммерческих программных пакетов, которые могут помочь в реализации программы, отслеживать ее прогресс и отмечать несоответствия или упущения, но ни один из них не может обеспечить ключевой строительный блок, которым является сама программа.

Системы управления данными экологического мониторинга [ править ]

Принимая во внимание множество типов, а также растущие объемы и важность данных мониторинга, коммерческое программное обеспечение « Системы управления экологическими данными» (EDMS) или E-MDMS все чаще используются регулируемыми отраслями. Они предоставляют средства для управления всеми данными мониторинга из единого центра. Проверка качества, проверка соответствия, проверка всех полученных данных и отправка предупреждений обычно автоматизированы. Типичная функция опроса позволяет сравнивать наборы данных как во времени, так и в пространстве. Они также будут составлять нормативные и другие отчеты.

Одна формальная схема сертификации существует специально для программного обеспечения для управления экологическими данными . Это обеспечивается Агентством по окружающей среде Великобритании в соответствии с его Системой сертификации мониторинга (MCERTS). [36] [37] [38]

Методы отбора проб [ править ]

Существует широкий спектр методов отбора проб, которые зависят от типа окружающей среды, материала, из которого отбирается проба, и последующего анализа пробы.

В простейшем случае образец может заполнить чистую бутылку речной водой и отправить ее на стандартный химический анализ. На более сложном этапе выборочные данные могут быть получены с помощью сложных электронных сенсорных устройств, отбирающих подвыборки за фиксированные или переменные периоды времени.

Оценочная выборка [ править ]

При оценочной выборке выбор единиц выборки (т. Е. Количество, место и / или время сбора выборки) основан на знании исследуемой особенности или состояния и на профессиональном суждении. Оценочная выборка отличается от выборки, основанной на вероятности, тем, что выводы основаны на профессиональном суждении, а не на статистической научной теории. Следовательно, выводы о целевой группе ограничены и полностью зависят от обоснованности и точности профессионального суждения; вероятностные утверждения о параметрах невозможны. Как описано в последующих главах, экспертная оценка может также использоваться в сочетании с другими схемами выборки для создания эффективной выборки для принятия обоснованных решений. [39]

Простая случайная выборка [ править ]

При простой случайной выборке конкретные единицы выборки (например, места и / или время) выбираются с использованием случайных чисел, и все возможные варианты выбора данного количества единиц равновероятны. Например, простая случайная выборка из набора барабанов может быть взята путем нумерации всех барабанов и случайного выбора чисел из этого списка или путем выборки области с использованием пар случайных координат. Этот метод прост для понимания, а уравнения для определения размера выборки относительно просты. Пример показан на рисунке 2-2. Этот рисунок иллюстрирует возможный простой случайный образец для квадратной площади почвы. Простая случайная выборка наиболее полезна, когда интересующая нас совокупность относительно однородна; то есть не ожидается никаких серьезных моделей загрязнения или «горячих точек». Основными преимуществами такой конструкции являются:

  1. Он обеспечивает статистически объективные оценки среднего, пропорций и изменчивости.
  2. Его легко понять и легко реализовать.
  3. Расчет размера выборки и анализ данных очень просты.

В некоторых случаях реализация простой случайной выборки может быть более сложной, чем некоторые другие типы планов (например, сеточные выборки), из-за сложности точного определения случайных географических местоположений. Кроме того, простой случайный отбор образцов может быть более дорогостоящим, чем другие планы, если трудности с получением образцов из-за местоположения требуют дополнительных усилий. [39]

Стратифицированная выборка [ править ]

В стратифицированной выборке, целевая популяция разделена на неперекрывающиеся слои или субпопуляции, которые известны или считаются более однородными (по отношению к окружающей среде или загрязнителю), так что между единицами выборки в одном и том же слое обычно меньше вариаций, чем среди единиц выборки в разных стратах. Страты могут быть выбраны на основе пространственной или временной близости единиц, либо на основе ранее существовавшей информации или профессионального суждения о месте или процессе. Преимущества этого плана выборки заключаются в том, что он имеет потенциал для достижения большей точности оценок среднего и дисперсии, а также позволяет рассчитывать надежные оценки для подгрупп населения, представляющих особый интерес. Более высокая точность может быть получена, если интересующее измерение сильно коррелирует с переменной, используемой для построения страт.[39]

Систематическая и сеточная выборка [ править ]

При систематической и сеточной выборке пробы отбираются с регулярными интервалами в пространстве или времени. Начальное место или время выбираются случайным образом, а затем определяются оставшиеся места отбора проб, чтобы все места находились через равные промежутки времени в пределах области (сетка) или времени (систематически). Примеры Систематическая выборка сетки - Квадратная сетка Выборка систематической сетки - Треугольные сетки систематических сеток включают квадратные, прямоугольные, треугольные или радиальные сетки. Cressie, 1993. При случайной систематической выборке первоначальное место (или время) выборки выбирается случайным образом, а остальные точки выборки указываются таким образом, чтобы они располагались в соответствии с регулярным шаблоном. Случайная систематическая выборка используется для поиска горячих точек и определения средних значений, процентилей или других параметров, а также полезна для оценки пространственных закономерностей или тенденций во времени.Такой дизайн обеспечивает практичный и простой метод определения местоположений выборки и гарантирует равномерное покрытие участка, подразделения или процесса.[39]

Ранжированный отбор проб - это инновационный дизайн, который может быть очень полезным и экономически эффективным для получения более точных оценок средних уровней концентрации в почве и других средах окружающей среды за счет прямого включения профессионального суждения полевого исследователя или метода полевого скрининга для выбора конкретных мест отбора проб в поле. При ранжированном отборе выборки используется двухэтапный план выборки, который определяет наборы местоположений полей, использует недорогие измерения для ранжирования местоположений в каждом наборе, а затем выбирает одно местоположение из каждого набора для выборки. При ранжированной выборке наборов m наборов (каждый размером r) местоположений полей идентифицируются с использованием простой случайной выборки. В каждом наборе местоположения ранжируются независимо с использованием профессионального суждения или недорогих, быстрых или суррогатных измерений.Затем из каждого набора выбирается одна единица выборки (на основе наблюдаемых рангов) для последующего измерения с использованием более точного и надежного (следовательно, более дорогостоящего) метода для интересующего загрязнителя. По сравнению с простой случайной выборкой, этот план дает более репрезентативные выборки и, следовательно, приводит к более точным оценкам параметров генеральной совокупности. Отбор проб с ранжированным набором полезен, когда стоимость определения местоположения и ранжирования мест в поле невысока по сравнению с лабораторными измерениями. Также уместно, когда доступна недорогая вспомогательная переменная (основанная на экспертных знаниях или измерениях) для ранжирования единиц населения по отношению к интересующей переменной. Для эффективного использования этой схемы важно, чтобы метод ранжирования и аналитический метод были сильно коррелированы.[39]

Адаптивная кластерная выборка [ править ]

В адаптивной кластерной выборке, образцы берутся с использованием простой случайной выборки, а дополнительные образцы берутся в местах, где измерения превышают некоторое пороговое значение. Может потребоваться несколько дополнительных раундов отбора проб и анализа. Адаптивная кластерная выборка отслеживает вероятности выбора для более поздних этапов выборки, чтобы можно было рассчитать несмещенную оценку среднего значения совокупности, несмотря на передискретизацию определенных областей. Примером применения адаптивной кластерной выборки является очерчивание границ шлейфа загрязнения. Адаптивная выборка полезна для оценки или поиска редких характеристик в популяции и подходит для недорогих быстрых измерений. Это позволяет очертить границы «горячих точек», а также использовать все собранные данные с соответствующим взвешиванием для получения объективных оценок среднего значения для населения.[39] [40]

Взять образцы [ править ]

Сбор пробы на ручье

Взятые пробы представляют собой пробы, взятые из однородного материала, обычно воды , в одном сосуде. Заполнение чистой бутылки с речной водой является очень распространенным примером. Отбор проб обеспечивает хорошее мгновенное представление о качестве окружающей среды в момент отбора проб и во время отбора проб. Без дополнительного мониторинга результаты не могут быть экстраполированы на другое время или на другие участки реки, озера или грунтовых вод. [40] : 3

Для того чтобы отборные пробы или реки можно было рассматривать как репрезентативные, необходимо провести повторные поперечные и продольные исследования разрезов, проводимые в разное время суток и в разное время года, чтобы установить, что место отбора проб является настолько репрезентативным, насколько это возможно. Для крупных рек такие исследования также должны учитывать глубину выборки и способы наилучшего управления точками отбора проб во время наводнений и засух. [40] : 8–9

Розетка пробоотборник используется для мониторинга океана

В озерах сравнительно просто отобрать пробы с использованием глубинных пробоотборников, которые можно опустить до заранее определенной глубины, а затем закрыть, улавливая фиксированный объем воды с требуемой глубины. Во всех озерах, кроме самых мелких, есть серьезные изменения в химическом составе озерной воды на разной глубине, особенно в летние месяцы, когда многие озера расслаиваются на теплый, хорошо насыщенный кислородом верхний слой ( эпилимнион ) и прохладный обескислороженный нижний слой. ( гиполимнион ).

В открытом море образцы морской среды могут установить широкий диапазон базовых параметров, таких как соленость и диапазон концентраций катионов и анионов. Тем не менее, если меняющиеся условия представляют собой проблему, например, вблизи реки или сбросов сточных вод, вблизи последствий вулканизма или вблизи областей поступления пресной воды от таяния льда, отбор проб может дать лишь очень частичный ответ, если взят сам по себе.

Полунепрерывный мониторинг и непрерывный [ править ]

Автоматическая станция отбора проб и регистратор данных (для регистрации температуры, удельной проводимости и уровней растворенного кислорода)

Доступен широкий спектр специализированного оборудования для отбора проб, которое можно запрограммировать на отбор проб через фиксированные или переменные интервалы времени или в ответ на внешний сигнал запуска. Например, пробоотборник можно запрограммировать так, чтобы он начинал отбор проб реки с 8-минутными интервалами, когда интенсивность дождя превышает 1 мм / час. Триггером в этом случае может быть удаленный датчик дождя, связывающийся с пробоотборником с помощью сотового телефона или технологии метеоритного взрыва [41] . Пробоотборники также могут отбирать отдельные дискретные пробы при каждом отборе проб или объединять пробы в составные так, чтобы в течение одного дня такой пробоотборник мог произвести 12 составных проб, каждая из которых состоит из 6 суб-проб, взятых с 20-минутными интервалами.

Непрерывный или квазинепрерывный мониторинг предполагает наличие автоматизированного аналитического центра рядом с контролируемой средой, чтобы результаты можно было, при необходимости, просматривать в режиме реального времени. Такие системы часто создаются для защиты важных источников воды, например, в системе регулирования реки Ди, но также могут быть частью общей стратегии мониторинга на крупных стратегических реках, где необходимо раннее предупреждение о потенциальных проблемах. Такие системы обычно предоставляют данные о таких параметрах, как pH , растворенный кислород , проводимость , мутность и цвет, но также можно использовать газожидкостную хроматографию с масс-спектрометрией.технологии (ГЖХ / МС) для изучения широкого спектра потенциальных органических загрязнителей. Во всех примерах автоматизированного анализа береговой линии требуется перекачка воды из реки на станцию ​​мониторинга. Выбор места для впуска насоса не менее важен, чем выбор места для отбора пробы из реки. Конструкция насоса и трубопроводов также требует тщательного проектирования, чтобы избежать появления артефактов в результате перекачивания воды. Концентрацию растворенного кислорода трудно поддерживать с помощью насосной системы, и средства ГЖХ / МС могут обнаруживать микроорганические загрязнения из трубопроводов и сальников .

Пассивная выборка [ править ]

Основная статья: Пассивная выборка

Использование пассивных пробоотборников значительно снижает стоимость и потребность в инфраструктуре на месте отбора проб. Пассивные пробоотборники являются частично одноразовыми и могут производиться по относительно низкой цене, поэтому их можно использовать в большом количестве, что позволяет лучше охватить и собрать больше данных. Благодаря небольшим размерам пассивный пробоотборник также можно скрыть, что снижает риск вандализма. Примерами устройств пассивного отбора проб являются пробоотборник с диффузионными градиентами в тонких пленках (DGT), Chemcatcher , интегрирующий пробоотборник для органических химикатов Polar (POCIS), полупроницаемые мембранные устройства (SPMD), стабилизированные жидкостные мембранные устройства (SLMD) и насос для отбора проб воздуха .

Удаленное наблюдение [ править ]

Хотя сбор данных на месте с использованием электронного измерительного оборудования является обычным делом, многие программы мониторинга также используют удаленное наблюдение и удаленный доступ к данным в реальном времени. Для этого требуется, чтобы оборудование для мониторинга на месте было подключено к базовой станции через сеть телеметрии, наземную линию связи, сеть сотовой связи или другую систему телеметрии, такую ​​как Meteor Burst. Преимущество удаленного наблюдения заключается в том, что многие потоки данных могут поступать на одну базовую станцию ​​для хранения и анализа. Это также позволяет устанавливать уровни запуска или уровни предупреждений для отдельных участков мониторинга и / или параметров, чтобы можно было немедленно предпринять действия, если уровень срабатывания превышен. Использование удаленного наблюдения также позволяет устанавливать очень дискретное оборудование для наблюдения, которое часто можно закопать,замаскированы или привязаны на глубине в озере или реке с помощью только короткого хлыставоздушный выступ. Использование такого оборудования снижает риск вандализма и краж при мониторинге в местах, легко доступных для населения.

Дистанционное зондирование [ править ]

Основная статья: Дистанционное зондирование

При дистанционном зондировании окружающей среды используются самолеты или спутники для наблюдения за окружающей средой с помощью многоканальных датчиков.

Есть два вида дистанционного зондирования. Пассивные датчики обнаруживают естественное излучение, которое испускается или отражается наблюдаемым объектом или окружающей средой. Отраженный солнечный свет является наиболее распространенным источником излучения, измеряемым пассивными датчиками, и при дистанционном зондировании окружающей среды используемые датчики настраиваются на определенные длины волн от дальнего инфракрасного диапазона через видимые частоты света до дальнего ультрафиолета.. Объемы данных, которые можно собрать, очень велики и требуют специальной вычислительной поддержки. Результатом анализа данных дистанционного зондирования являются изображения в ложных цветах, которые позволяют различать небольшие различия в радиационных характеристиках контролируемой окружающей среды. С помощью умелого оператора, выбирающего определенные каналы, можно усилить различия, незаметные для человеческого глаза. В частности, можно различать тонкие изменения в концентрациях хлорофилла а и хлорофилла b в растениях и отображать участки окружающей среды с несколько разными режимами питания.

Активное дистанционное зондирование излучает энергию и использует пассивный датчик для обнаружения и измерения излучения, отраженного или рассеянного от цели. LIDAR часто используется для получения информации о топографии местности, особенно когда территория велика и ручная съемка была бы чрезмерно дорогостоящей или сложной.

Дистанционное зондирование позволяет собирать данные об опасных или труднодоступных местах. Приложения дистанционного зондирования включают мониторинг обезлесения в таких районах, как бассейн Амазонки , влияние изменения климата на ледники, арктические и антарктические регионы, а также зондирование прибрежных и океанских глубин.

Орбитальные платформы собирают и передают данные из различных частей электромагнитного спектра , которые в сочетании с более крупномасштабным воздушным или наземным зондированием и анализом предоставляют информацию для отслеживания тенденций, таких как Эль-Ниньо и других природных долгосрочных и краткосрочных явлений. Другие виды использования включают различные области наук о Земле, такие как управление природными ресурсами , планирование и сохранение земель . [42]

Биомониторинг [ править ]

Основная статья: Водный биомониторинг

Использование живых организмов в качестве инструментов мониторинга имеет много преимуществ. Организмы, живущие в исследуемой среде, постоянно подвергаются физическому, биологическому и химическому воздействию этой среды. Организмы, которые имеют тенденцию накапливать химические вещества, часто могут накапливать значительные количества материала при очень низких концентрациях в окружающей среде. Многие исследователи использовали мхи для мониторинга концентраций тяжелых металлов из-за их тенденции к избирательной адсорбции тяжелых металлов. [43] [44]

Точно так же угри использовались для изучения галогенированных органических химикатов, поскольку они адсорбируются в жировых отложениях внутри угря. [45]

Другие методы отбора проб [ править ]

Отбор экологических проб требует тщательного планирования, чтобы он был как можно более репрезентативным и неинвазивным. Для пастбищ и других низко растущих местообитаний использования квадратич- - 1-метровая квадратная рамка - часто используются с номерами и типами организмов , растущих в пределах каждой области Quadrat подсчитанных [46]

Отложения и почвы требуют специальных инструментов для отбора проб, чтобы гарантировать репрезентативность извлеченного материала. Такие пробоотборники часто проектируются для сбора определенного объема материала, а также могут быть разработаны для сбора отложений или живой биоты почвы [47], например, грейферный пробоотборник Экмана .

Интерпретация данных [ править ]

Интерпретация данных об окружающей среде, полученных в результате хорошо разработанной программы мониторинга, является большой и сложной темой, которой посвящено множество публикаций. К сожалению, иногда случается, что ученые подходят к анализу результатов, имея в виду заранее спланированный результат, и используют или неправильно используют статистику, чтобы продемонстрировать, что их собственная точка зрения верна.

Статистика остается инструментом, который одинаково легко использовать или неправильно использовать для демонстрации уроков, извлеченных из мониторинга окружающей среды.

Индексы качества окружающей среды [ править ]

С самого начала научно обоснованного мониторинга окружающей среды был разработан ряд показателей качества, помогающих классифицировать и прояснять значение значительных объемов задействованных данных. Заявление о том, что участок реки относится к «Классу B», вероятно, будет гораздо более информативным, чем заявление о том, что этот участок реки имеет средний БПК 4,2, средний растворенный кислород 85% и т. Д. В Великобритании Агентство по окружающей среде официально использовало Система под названием Общая оценка качества (GQA), которая классифицирует реки на шесть буквенных диапазонов качества от A до F на основе химических критериев [48] и биологических критериев. [49]Агентство по охране окружающей среды и его делегированные партнеры в Уэльсе (Сельский совет Уэльса, CCW) и Шотландии (Шотландское агентство по охране окружающей среды, SEPA) теперь используют систему биологической, химической и физической классификации рек и озер, которая соответствует Рамочной директиве ЕС по водным ресурсам. . [50]

См. Также [ править ]

  • Мониторинг биоразнообразия , например, мониторинг биоразнообразия в Швейцарии
  • Углеродный мониторинг
  • Углеродное профилирование
  • Гражданская наука , проекты по очистке, в которых люди могут принять участие.
  • Краудмэппинг
  • Беспилотный летательный аппарат § Применение : дроны могут использоваться для различных видов мониторинга окружающей среды.

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Forbes, PBC (2015). «Глава 1: Перспективы мониторинга загрязнителей воздуха». В Барсело, Д. (ред.). Мониторинг загрязнителей воздуха: отбор проб, подготовка проб и аналитические методы . Комплексная аналитическая химия. 70 . Эльзевир. С. 3–9. ISBN 9780444635532. Проверено 31 мая 2018 .
  2. ^ а б Рада, ВС; Ragazzi, M .; Brini, M .; и другие. (2016). «Глава 1: Перспективы внедрения недорогих датчиков для мониторинга качества воздуха». В Рагацци, М. (ред.). Качество воздуха: мониторинг, измерение и моделирование экологических опасностей . CRC Press. ISBN 9781315341859. Проверено 31 мая 2018 .
  3. ^ Уильямс, R .; Килару, В .; Снайдер, Э .; и другие. (Июнь 2014 г.). «Руководство по датчику воздуха» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. п. 65 . Проверено 31 мая 2018 .
  4. ^ "GO 3 Project" . GO3 Foundation. Архивировано из оригинального 29 мая 2018 года . Проверено 31 мая 2018 .
  5. ^ "Луизианская бригада ведра" . Луизианская бригада ведра . Проверено 31 мая 2018 .
  6. ^ «Список назначенных справочных и эквивалентных методов» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. 17 декабря 2016 . Проверено 31 мая 2018 .
  7. ^ Агентство по охране окружающей среды (Ирландия) (2017). Национальная программа мониторинга качества атмосферного воздуха на 2017–2022 гг . Агентство по охране окружающей среды (Ирландия). п. 30. ISBN 9781840957501. Проверено 31 мая 2018 .
  8. ^ "AS&T Journal" . Американская ассоциация исследований аэрозолей . Проверено 31 мая 2018 .
  9. ^ Righini, G .; Cappalletti, A .; Cionno, I .; и другие. (Апрель 2013). «Методологии оценки пространственной репрезентативности станций мониторинга качества воздуха в Италии» . ВДНХ . Проверено 31 мая 2018 .
  10. ^ «Национальные стандарты качества окружающего воздуха» . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинального 10 декабря 2010 года . Проверено 31 мая 2018 .
  11. ^ «Моделирование рецепторов» . Интернет-портал управления качеством воздуха . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинального 3 -го сентября 2014 года . Проверено 31 мая 2018 .
  12. ^ Пиенаар, JJ; Beukes, JP; Зил, PGV; и другие. (2015). «Глава 2: Устройства пассивного диффузионного отбора проб для контроля концентраций окружающего воздуха». В Барсело, Д. (ред.). Мониторинг загрязнителей воздуха: отбор проб, подготовка проб и аналитические методы . Комплексная аналитическая химия. 70 . Эльзевир. С. 13–52. ISBN 9780444635532. Проверено 31 мая 2018 .
  13. ^ Garty, J (2001). «Биомониторинг атмосферных тяжелых металлов с лишайниками: теория и применение». Критические обзоры в науках о растениях . 20 (4).
  14. ^ a b Forbes, КПБ; van der Wat, L .; Кроукамп, EM (2015). «Глава 3: Биомониторы». В Барсело, Д. (ред.). Мониторинг загрязнителей воздуха: отбор проб, подготовка проб и аналитические методы . Комплексная аналитическая химия. 70 . Эльзевир. С. 53–107. ISBN 9780444635532. Проверено 31 мая 2018 .
  15. ^ Forbes, КПБ; Ровер, ER (2015). «Глава 5: Денудеры». В Барсело, Д. (ред.). Мониторинг загрязнителей воздуха: отбор проб, подготовка проб и аналитические методы . Комплексная аналитическая химия. 70 . Эльзевир. С. 155–181. ISBN 9780444635532. Проверено 31 мая 2018 .
  16. ^ "Элементарный, твердый и реактивный газообразный мониторинг ртути" . Лаборатория исследования системы Земля NOAA, Отдел глобального мониторинга . Проверено 31 мая 2018 .
  17. ^ Гранди, Дж .; Asl-Hariri, S .; Палишин, Дж. (2015). «Глава 7: Новые и появляющиеся устройства для отбора проб воздуха». В Барсело, Д. (ред.). Мониторинг загрязнителей воздуха: отбор проб, подготовка проб и аналитические методы . Комплексная аналитическая химия. 70 . Эльзевир. С. 208–237. ISBN 9780444635532. Проверено 31 мая 2018 .
  18. ^ a b c d e f g Cachada, A .; Rocha-Santos, T .; Дуарте, AC (2017). «Глава 1: Почва и загрязнение: Введение в основные вопросы». Загрязнение почвы: от мониторинга к реабилитации . Академическая пресса. С. 1–28. ISBN 9780128498729. Проверено 30 мая 2018 .
  19. ^ Дюбуа, JP; Щулин, Р. (1993). «Отбор проб и аналитические методы как ограничивающие факторы в мониторинге почв». In Schulin, R .; Webster, R .; Desaules, A .; фон Штайгер, Б. (ред.). Мониторинг почвы: раннее обнаружение и изучение загрязнения и деградации почвы . Springer Basel. С. 271–6. ISBN 9783034875424. Проверено 30 мая 2018 .
  20. ^ Хартер, Т. (2008). «Глава 8: Отбор проб воды и мониторинг». В Harter, T .; Роллинз, Л. (ред.). Водоразделы, подземные воды и питьевая вода: Практическое руководство . Публикации UCANR. С. 113–38. ISBN 9781879906815. Проверено 30 мая 2018 .
  21. Перейти ↑ Byrnes, ME (2008). Методы полевого отбора проб для лечебных исследований . CRC Press. С. 128–148. ISBN 9781420059151. Проверено 30 мая 2018 .
  22. ^ Mirsal, I. (2013). Загрязнение почв: происхождение, мониторинг и восстановление . Springer Science + Business Media. С. 172–4. ISBN 9783662054000. Проверено 30 мая 2018 .
  23. ↑ Кот-Васик, А .; Намиесник, Дж. (2007). «Некоторые достижения в области экологической аналитики и мониторинга». In Twardowska, I .; Аллен, HE; Хэггблом, ММ (ред.). Мониторинг, защита и восстановление почвы и загрязнения воды . Springer Science + Business Media. С. 161–174. ISBN 9781402047282. Проверено 30 мая 2018 .
  24. ^ Aelion, CM (2009). «Мониторинг загрязнения почвы». In Inyang, HI; Дэниелс, Дж. Л. (ред.). Экологический мониторинг . 2 . Публикации EOLSS. С. 148–74. ISBN 9781905839766. Проверено 30 мая 2018 .
  25. ^ Оуэнс, ПН; Коллинз, AJ (2006). «Глава 28: Эрозия почвы и перераспределение наносов в речных водосборах: сводка, перспективы и будущие потребности». Эрозия почв и перераспределение наносов в речных водосборах: измерение, моделирование и управление . CABI International. С. 297–318. ISBN 9780851990507. Проверено 30 мая 2018 .
  26. ^ Пирс, FJ; Лай, Р. (1994). «Глава 10: Мониторинг воздействия эрозии почвы на урожайность сельскохозяйственных культур». В Лай, Р. (ред.). Методы исследования эрозии почв . Общество охраны почвы и воды и издательство St. Lucie Press. ISBN 9781351415965. Проверено 30 мая 2018 .
  27. ^ а б в Шахид, С.А. (2013). «Глава 1: Достижения в области оценки, моделирования, картирования и мониторинга засоленности почв от регионального до субмикроскопического масштаба». В Шахид, SA; Абдельфаттах, Массачусетс; Таха, ФК (ред.). Достижения в оценке засоленности почв и рекультивации: новаторское мышление и использование маргинальных почв и водных ресурсов в орошаемом земледелии . Springer Science + Business Media. С. 3–44. ISBN 9789400756847. Проверено 30 мая 2018 .
  28. ^ Программа ООН по окружающей среде. Форум минеральных ресурсов. «Общее руководство по программе экологического мониторинга». [ мертвая ссылка ]
  29. ^ Stribling JB & Дэви SR, «Разработка программы мониторинга окружающей среды на реке озеро Allatoona / Верхний Etowah водораздела.» Материалы конференции по водным ресурсам Грузии 2005 г., 25–27 апреля 2005 г.
  30. ^ Харт, CW; Фуллер, Сэмюэл FJ (1974). Экология загрязнения пресноводных беспозвоночных . Нью-Йорк: Academic Press. ISBN 0-12-328450-3.
  31. ^ Wrona, FJ; Кэш, К.Дж., 1996, «Экосистемный подход к оценке состояния окружающей среды: от теории к практике». Журнал здоровья водных экосистем. Kluwer Academic Publishers, ISSN 0925-1014 
  32. ^ Международное агентство по атомной энергии (2007). Глоссарий МАГАТЭ по безопасности: терминология, используемая в ядерной безопасности и радиационной защите (PDF) . Вена: МАГАТЭ. ISBN  92-0-100707-8.
  33. ^ Международное агентство по атомной энергии (2005). Мониторинг окружающей среды и источников в целях радиационной защиты, Серия норм безопасности МАГАТЭ, № RS – G-1.8 (PDF) . Вена: МАГАТЭ.
  34. ^ Международное агентство по атомной энергии (2010). Программы и системы радиационного мониторинга источников и окружающей среды. Серия отчетов по безопасности № 64 . Вена: МАГАТЭ. п. 234. ISBN 978-92-0-112409-8.
  35. ^ «Руководство по экологической ДНК (eDNA) от Biomeme» . Биомема .
  36. ^ Агентство по окружающей среде (декабрь 2017 г.). «MCERTS: Стандарты качества и производительности для программного обеспечения для управления экологическими данными» . GOV.UK . п. 55 . Проверено 31 мая 2018 .
  37. ^ Агентство по окружающей среде (9 февраля 2017 г.). «Мониторинг выбросов в атмосферу, землю и воду (MCERTS)» . GOV.UK . Проверено 31 мая 2018 .
  38. ^ «Сертифицированные продукты MCERTS» . CSA Group . Проверено 31 мая 2018 .
  39. ^ a b c d e f "Руководство по выбору схемы отбора проб для сбора экологических данных для использования при разработке плана проекта обеспечения качества EPA QA / G-5S" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США . Октябрь 2002 . Проверено 21 апреля 2017 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  40. ^ a b c Нолле, Лео М.Л., изд. (2000). Справочник по анализу воды . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8433-2.
  41. ^ Шоу, Элизабет М. (1984). «Рецензии на книги:« Материалы Международного симпозиума по гидрометеорологии »под редакцией А.И. Джонсона и Р.А. Кларка» (PDF) . Журнал гидрологических наук . 29 (4): 462–463. ISSN 0262-6667 . Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года . Проверено 22 октября 2009 .  
  42. ^ Шорт, Николас М., старший "Учебное пособие по дистанционному зондированию". Архивировано 27 октября 2009 г. в Wayback Machine Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА). Гринбелт, Мэриленд. 2009-09-23.
  43. Перейти ↑ Pott, U. & Turpin, DH (1998). «Оценка содержания тяжелых металлов в атмосфере с помощью мониторинга мха с использованием Isothecium Stoloniferum Brid. В долине Фрейзер, Британская Колумбия, Канада». Загрязнение воды, воздуха и почвы. Vol. 101, №№ 1–4, январь 1998 г., ISSN 0049-6979 . 
  44. ^ Bragazzaa, Marchesinia, Alberb, Bonettic, Lorenzonic, Achillid, Buffonid, De Marcoe, Franchif, Pisonf, Giaquintag, Palmierih Spezzano (2000). «Мониторинг отложений тяжелых металлов в Северной Италии с помощью анализа мхов». Загрязнение окружающей среды, Vol. 108, No. 2, pp 201–208.
  45. ^ С. Belpaire и Г. Goemans, «Угри: загрязнителя коктейли точного определения загрязнения окружающей среды.» ICES J. Mar. Sci. 64: 1423–1436.
  46. ^ Offwell Woodland & Wildlife Trust. Девон, Великобритания. «Методы экологического отбора проб». Проверено 21 октября 2009 г.
  47. ^ Csuros, Чаба; Чурос, Мария (2002). Отбор проб окружающей среды и анализ металлов . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 219. ISBN 978-1-56670-572-1.
  48. ^ Агентство окружающей среды, Великобритания. Метод классификации по химии. Архивировано 27 октября 2014 г. на Wayback Machine.
  49. ^ Агентство окружающей среды. Общая оценка качества рек - биология. Архивировано 27 октября 2014 г. в Wayback Machine.
  50. ^ Рамочная директива ЕС по воде, ВРД ЕС