Система наблюдений за количественными изменениями в гидросфере

Мониторинг гидросферы земли

В. А. Семенов, Калужский государственный педагогический университет им. К.Э. Циолковского

Водная оболочка Земли - гидросфера играет важнейшую роль в существовании биосферы и человека. В статье приводится описание организации и современных методов наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, Мировом океане, на поверхности суши и ее водных объектах, а также за загрязнением водных объектов.

Введение

Гидросфера - водная оболочка земного шара, расположенная в нижней части атмосферы, на поверхности земной коры и в ее толще, представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод, снежного покрова и ледников). По своим границам гидросфера совпадает с биосферой в понимании В.И. Вернадского. Исключительная роль воды в жизни человека и всего живого на Земле обусловливает большое и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы и режиму водных объектов.

Содержание и перенос влаги в атмосфере, гидрологический и гидрохимический режим океанов и морей, рек и озер, искусственных водоемов, подземных вод, колебания баланса массы льда и стока воды с ледников, колебания размеров снежников в горах и изменения запасов воды в сезонном снежном покрове, колебания запасов воды в почве и испарения с ее поверхности (включая транспирацию растительностью) изучаются наземными средствами наблюдений, радиолокацией, зондированием атмосферы летательными аппаратами, в том числе из космоса.

Информация о состоянии гидросферы и ее объектов широко используется в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в предупреждении о стихийных бедствиях (наводнениях, засухах, селевых потоках и сходе снежных лавин) и опасной для человека, водных и околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы. Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому и экологическому состоянию водных объектов.

Система наблюдений за количественными изменениями в гидросфере

Наблюдения за состоянием гидросферы являются частью общей системы наблюдений за окружающей природной средой (рис. 1). Основная работа по организации и осуществлению наблюдений, сбора и обработки информации о состоянии гидросферы выполняется национальными метеорологическими, гидрологическими, геологическими службами и водохозяйственными организациями стран земного шара.

Начало создания национальных служб и международного сотрудничества в изучении гидросферы относится к середине XIX века, когда в 1853 году была разработана программа проведения метеорологических наблюдений в океанах с целью повышения безопасности жизни на море. В результате прогресса, достигнутого в различных научных областях, в XX веке были разработаны и быстро усовершенствовались методы наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, океанах и водных объектах суши. Были приняты меры по обмену данными наблюдений между службами. По мере совершенствования средств телесвязи такой обмен становится более быстрым и надежным.

Разработки в области использования спутников и компьютерной технологии привели к созданию в 1963 году под эгидой Всемирной метеорологической организации (ВМО) комплексной всемирной оперативной системы, названной Всемирной службой погоды, которая включает глобальную систему телесвязи и глобальную систему обработки данных. Создана также глобальная система сбора океанографических данных.

В настоящее время на земном шаре действуют около 9 тыс. станций на суше, производящих наблюдения за влажностью воздуха, облачностью, количеством выпадающих атмосферных осадков (из них 350 автоматизированы или частично автоматизированы). Около 700 морских судов производят наблюдения за различными параметрами состояния вод Мирового океана (температура, соленость и минеральный состав вод, направление течений). Эти данные дополняются наблюдениями с коммерческих самолетов (около 10 тыс. сводок в сутки). Передают информацию и 300 заякоренных буев или фиксированных платформ, работающих как автоматические морские станции, и около 600 буев, дрейфующих с океанскими течениями.

Огромный прогресс в области метеорологических спутников и автоматизированных наблюдательных систем за последние три десятилетия позволяет иметь в любой момент времени на орбите вокруг Земли четыре-пять оснащенных приборами полярно-орбитальных спутника с оборудованием автоматической передачи дважды в сутки изображений облачности над всей поверхностью Земли. Они проводят также глобальные наблюдения за влажностью воздуха, температурой поверхности моря и суши, распределением снежного и ледового покрова (рис. 2). Вторая система геостационарных или геосинхронных спутников, находящихся над экватором и вращающихся с той же скоростью, что и Земля, является таким образом стационарной по отношению к ней и непрерывно предоставляет метеорологическую информацию по тем же районам.

Наблюдения и анализ ежедневного состояния гидросферы применяются для принятия экономических и социальных решений, предсказания стихийных и экологических бедствий. Но для достижения лучшего понимания изменения состояния окружающей среды и ресурсов пресной воды необходимы дополнительные сведения о ее перемещении на поверхности Земли, о запасах в поверхностных водоемах и водоносных слоях почвы и геологических пород (почвогрунтах). Это является задачей гидрологических и геологических служб, водохозяйственных организаций стран мира.

Измерения речного стока и наблюдения за колебаниями уровня воды в озерах и водоносных пластах почвогрунтов проводятся на регулярной основе в некоторых пунктах с начала XX века, но наибольшее развитие стационарная сеть получила в середине XX века. В настоящее время действуют около 60 тыс. водомерных постов и станций. Но и до сих пор на некоторых, даже больших и важных в хозяйственном отношении реках измерение стока еще не производится. Это объясняется большой трудоемкостью измерений скорости и расхода воды (объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени).