Мониторинг окружающей среды - Environmental monitoring

Мониторинг окружающей среды описывает процессы и действия, которые необходимо выполнять для характеристики и мониторинга качества окружающей среды. Экологический мониторинг используется при подготовке оценка воздействия на окружающую среду, а также во многих случаях, когда деятельность человека несет риск вредного воздействия на окружающая среда.У всех стратегий и программ мониторинга есть причины и обоснования, которые часто предназначены для установления текущего состояния окружающей среды или выявления тенденций изменения параметров окружающей среды. 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

Станция мониторинга качества воздуха
Дальнейшая информация: Индекс качества воздуха, Система непрерывного мониторинга выбросов, Пробоотборник твердых частиц, и Портативная система измерения выбросов

Загрязнители воздуха являются атмосферными веществами, встречающимися в природе и антропогенный —Которые потенциально могут оказать негативное воздействие на окружающую среду и организм здоровье. С развитием новых химикатов и промышленные процессы пришло введение или повышение уровня загрязнителей в атмосфере, а также экологические исследования и нормативные акты, увеличивающие спрос на мониторинг 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] Эти проблемы требуют специального оборудования для наблюдения и инструментов для определения концентраций загрязнителей воздуха, включая сети датчиков, географическая информационная система (GIS), а также службу Sensor Observation Service (SOS), веб-службу для запроса данных датчиков в реальном времени.[2] Модели рассеивания воздуха которые объединяют топографические данные, данные о выбросах и метеорологические данные для прогнозирования концентраций загрязнителей воздуха, часто помогают при интерпретации данных мониторинга воздуха. Кроме того, рассмотрение анемометр данные в области между источниками и монитором часто дают представление об источнике загрязнения воздуха, зарегистрированном монитором загрязнения воздуха.

Мониторы качества воздуха эксплуатируются гражданами,[3][4][5] регулирующие органы,[6][7] и исследователи[8] для исследования качества воздуха и последствий загрязнения воздуха. Интерпретация данных мониторинга атмосферного воздуха часто включает рассмотрение пространственной и временной репрезентативности.[9] собранных данных, а также воздействия на здоровье, связанного 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

Пассивный или «диффузионный» отбор проб воздуха зависит от метеорологических условий, таких как ветер для рассеивания загрязнителей воздуха в сорбент средний. 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 непрерывного мониторинга.[12]

Загрязнение воздуха также можно оценить по биомониторинг с организмами, которые биоаккумулировать загрязнители воздуха, такие как лишайники, мхи, грибы и другая биомасса.[13][14] Одним из преимуществ этого типа отбора проб является то, как количественная информация может быть получена путем измерения накопленных соединений, репрезентативных для окружающей 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 обнажать,[15][16] устройства для улавливания игл и микроэкстракция техники.[17]

Мониторинг почвы

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

Мониторинг почвы включает сбор и / или анализ почва и связанные с ним качественный, составляющие, а также физическое состояние, чтобы определить или гарантировать его пригодность к использованию. Почве грозит множество угроз, в том числе: уплотнение, загрязнение, органический материал потеря, биоразнообразие потеря, устойчивость склона вопросы, эрозия, засоление, и закисление. 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 почвенные неоднородность и сложность, дефицит токсичность данные, непонимание судьбы загрязнителя и изменчивость уровней скрининга 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 также в установлении базовых фоновых значений почвы.[18]

Мониторинг почвы исторически был сосредоточен на более классических условиях и загрязнителях, включая токсичные элементы (например, Меркурий, вести, и мышьяк ) и стойкие органические загрязнители (СОЗ).[18] Однако исторически испытание этих и других аспектов почвы сталкивалось со своими проблемами, поскольку отбор проб в большинстве случаев разрушительный в природе, 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

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 под землей, 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

Портативный Рентгеновская флуоресценция (XRF) анализатор может использоваться в полевых условиях для тестирования почв на наличие металлических загрязнений.

Мониторинг загрязнения почвы

Дальнейшая 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 / лесного хозяйства, могут способствовать и ухудшать Загрязнение почвы и привести к тому, что почва станет 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 гг.[18] предоставление таких деталей, как природа загрязняющих веществ, их количество, воздействие, характер концентрации и возможность восстановления.[22] В идеале оборудование для мониторинга и анализа будет 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 хроматография и спектрометрия геофизические методы могут оценивать физические свойства больших территорий, а биологические методы могут использовать определенные организмы для измерения не только уровня загрязнения, но и побочных продуктов биоразложения загрязнителя. Эти и другие методы становятся все более эффективными, и лаборатория инструменты становятся более точными, что приводит к более значимым результатам мониторинга.[24]

Мониторинг эрозии почвы

Дальнейшая 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 эрозии почвы 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 управлением ими в условиях изменчивого климата».[26]

Мониторинг засоления почвы

Дальнейшая информация: Засоленность почвы

Мониторинг засоления почвы помогает исследователям определять закономерности и тенденции в содержании соли в почве. Оба естественного процесса вторжение морской воды а антропогенные процессы ненадлежащего управления почвой и водными ресурсами могут привести к проблемам засоления почвы, в результате чего во всем мире будет затронуто до одного миллиарда гектаров земель (по данным на 2013 год).[27] Мониторинг засоления на местном уровне может пристально смотреть на корневую зону, чтобы измерить влияние засоления и разработать варианты управления, тогда как на региональном и национальном уровне мониторинг засоления может помочь в выявлении зон, подверженных риску, и помочь разработчикам политики в решении проблемы до ее распространения.[27] Сам процесс мониторинга может выполняться с использованием таких технологий, как дистанционное зондирование и географические информационные системы (ГИС) для определения солености по зеленому, яркому и белому цвету на уровне поверхности. Прямой анализ почвы с близкого расстояния, в том числе с использованием электромагнитная индукция методы, также могут быть использованы для мониторинга засоления почвы.[27]

Мониторинг качества воды

Электролова В методах съемки используется легкий электрический шок для временного оглушения рыбы для отлова, идентификации и подсчета. Затем рыбу возвращают в воду невредимой.

Разработка программ экологического мониторинга

Качество воды Мониторинг бесполезен без четкого и недвусмысленного определения причин мониторинга и целей, которым он будет соответствовать. Практически весь мониторинг (кроме разве что дистанционное зондирование ) в какой-то степени агрессивно влияет на изучаемую среду, а обширный и плохо спланированный мониторинг несет 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 мониторинга, такие как жаберная сетка рыбы для оценки численности населения, это может нанести большой ущерб, по крайней мере, для местного населения, а также может подорвать доверие общества к ученым, проводящим 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

смотрите также Параметры качества окружающей среды пресной воды

Химическая

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 кислотный дождь синтетический гормон аналоги, галогенированные углеводороды, парниковые газы и многие другие потребовали изменений в стратегиях мониторинга.

Биологические

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] Один из наиболее известных примеров - мониторинг количества Лосось рыба, такая как форель или же Атлантический лосось в речных системах и озерах для 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 Рамочная директива по воде в Евросоюз.

Радиологический

Радиационный мониторинг включает измерение доза облучения или же радионуклид загрязнение по причинам, связанным с оценкой или контролем воздействия ионизирующего излучения или радиоактивных веществ, и интерпретация 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 в МАГАТЭ Руководство по безопасности RS – G-1.8[33] и в отчете МАГАТЭ по безопасности № 64.[34]

Радиационный мониторинг часто осуществляется с использованием сетей фиксированных и развертываемых датчиков, таких как США. Агентство по охране окружающей среды с Раднет и SPEEDI сеть в Японии. Авиационные исследования также проводятся такими организациями, как Группа поддержки ядерных аварий.

Микробиологический

Бактерии и вирусы являются наиболее часто контролируемыми группами микробиологических организмов, и даже они имеют большое значение только тогда, когда вода в водной среде впоследствии используется в качестве питьевая вода или в местах отдыха с контактом с водой, таких как плавание или же гребля на каноэ практикуется.

Несмотря на то что патогены находятся в центре внимания, основные усилия по мониторингу почти всегда направлены на гораздо более распространенные виды-индикаторы, такие как кишечная палочка,[35] дополнен общим колиформные бактерии подсчитывает. Обоснование этой стратегии мониторинга заключается в том, что большинство патогенов человека происходят от других людей через сточные воды транслировать. Много очистка сточных вод у растений нет стерилизация заключительный этап и, следовательно, выпустить 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. Где Кишечная палочка или уровни кишечной палочки превышают предварительно установленные триггерные значения, более интенсивный мониторинг, включая специальный мониторинг для патогенных видов.

Населения

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

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.

Есть ряд коммерческих программного обеспечения пакеты, которые могут помочь в реализации программы, отслеживать ее прогресс и отмечать несоответствия или упущения, но ни один из них не может предоставить ключевой строительный блок, которым является сама программа.

Системы управления данными экологического мониторинга

Учитывая разнообразие типов и растущие объемы и важность данных мониторинга, коммерческие программного обеспечения Системы управления экологическими данными (EDMS) или E-MDMS все чаще используются в регулируемых отраслях. 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 данные об окружающей среде программное обеспечение для управления. Это обеспечивается Агентство окружающей среды в Великобритании в рамках Схема сертификации мониторинга (MCERTS).[36][37][38]

Методы отбора проб

Есть широкий выбор отбор проб методы, которые зависят от типа окружающей среды, отбираемого материала 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

При оценочной выборке выбор единиц выборки (т. Е. Количества, места и / или времени сбора образцов) 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

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

В стратифицированная выборка, 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

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 по сетке - Квадратная сетка. Остальные места отбора проб указываются так, чтобы они располагались по регулярной схеме. 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 идентифицирует 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

В адаптивном выборочное обследование, 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 генерального значения, 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

Сбор пробы на ручье

Отборные пробы - это пробы однородного материала, обычно воды, в одном сосуде. Заполнение чистой бутылка с река вода - очень распространенный пример. 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. озеро или грунтовые воды.[40]:3

Чтобы отборные пробы или реки можно было рассматривать как репрезентативные, повторите поперечный и продольный трансект исследования, проводимые в разное время суток и в разное время года, необходимы для установления того, 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

А 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, наблюдаются значительные изменения химического состава 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

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, сообщающийся с пробоотборником с помощью сотовый телефон или же взрыв метеора[41] технологии. 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 устанавливаются для защиты важных источников воды, например, в Система регулирования реки Ди но также может быть частью общей стратегии мониторинга крупных стратегических рек, где очень важно раннее предупреждение о потенциальных проблемах. Такие системы обычно предоставляют данные о таких параметрах, как pH, растворенный кислород, проводимость, мутность и цвет, но также можно работать газожидкостная хроматография с масс-спектрометрии технологий (ГЖХ / МС) для изучения широкого диапазона потенциальных органический загрязняющие вещества. 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 оборудование ГЖХ / МС может обнаруживать микроорганические загрязнения из трубопроводов и железы.

Пассивная выборка

Основная статья: Пассивная выборка

Использование пассивных пробоотборников значительно снижает стоимость и потребность в инфраструктуре на месте отбора проб. Пассивные пробоотборники являются 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. Примеры устройств пассивного отбора проб: диффузные градиенты в тонких пленках (DGT) пробоотборник, Chemcatcher, Интегральный пробоотборник Polar (POCIS), полупроницаемые мембранные устройства (СПМД), стабилизированные жидкие мембранные устройства (SLMD) и насос для отбора проб воздуха.

Удаленное наблюдение

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 установить очень дискретное оборудование для наблюдения, которое часто можно закопать, замаскировать или привязать на глубине в озере или реке с помощью только короткой плети. воздушный выступающие. Использование такого оборудования имеет тенденцию к снижению вандализм и кража при мониторинге в местах, легко доступных для общественности.

Дистанционное зондирование

Основная статья: Дистанционное зондирование

Использование дистанционного зондирования окружающей среды самолет или же спутники контролировать окружающую среду 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, а при дистанционном зондировании окружающей среды используемые датчики настраиваются на определенные длины волн издалека. инфракрасный через видимые световые частоты вдаль ультрафиолетовый. 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 умелым оператором, выбирающим определенные каналы, можно усилить различия, незаметные для человеческого глаза. В частности, можно различить тонкие изменения в хлорофилл а и хлорофилл b концентрации в растениях и показывают 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. ЛИДАР 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 вырубка леса в таких областях, как Бассейн Амазонки, эффекты изменение климата на ледники и арктические и антарктические регионы, и глубинное зондирование прибрежных и океанских глубин.

Орбитальные платформы собирают и передают данные из разных частей электромагнитный спектр, который в сочетании с более крупномасштабным воздушным или наземным зондированием и анализом предоставляет информацию для отслеживания тенденций, таких как Эль-Ниньо и другие природные долгосрочные и краткосрочные явления. Другое использование включает в себя различные области науки о Земле Такие как управление природными ресурсами, планирование землепользования и сохранение.[42]

Биомониторинг

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, склонные к накапливать химические вещества часто могут накапливать значительные количества материала при очень низких концентрациях в окружающей среде. Мхи использовались многими исследователями для мониторинга тяжелый металл концентрации из-за их тенденции избирательно адсорбировать тяжелые металлы.[43][44]

По аналогии, угри были использованы для изучения галогенированный органические химические вещества, так как они адсорбируются в жировых отложениях внутри угря.[45]

Другие методы отбора проб

Отбор экологических проб требует тщательного планирования, чтобы он был как можно более репрезентативным и неинвазивным. Для лугов и других низкорослых местообитаний используйте квадрат - квадратная рамка размером 1 метр - часто используется для подсчета количества и типов организмов, растущих в пределах каждой площади квадрата.[46]

Осадки и почвы требуются специальные инструменты для отбора проб, чтобы гарантировать репрезентативность извлеченного материала. Такие пробоотборники часто предназначены для сбора определенного объема материала, а также могут быть разработаны для извлечения отложений или живой биоты почвы.[47] такой как Экман взять пробоотборник.

Интерпретации данных

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 с учетом заранее заданного результата 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.

Показатели качества окружающей среды

С самого начала научного мониторинга окружающей среды был разработан ряд показателей качества, которые помогают 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, среднее содержание растворенного кислорода 85% и т. Д. Великобритания то Агентство окружающей среды формально использовала систему под названием Общая оценка качества (GQA), которая классифицировала реки по шести полосам букв качества от A до F на основе химических критериев.[48] и по биологическим критериям.[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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Forbes, P.B.C. (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. Получено 31 мая 2018.
  2. ^ а б Rada, E.C .; 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. Получено 31 мая 2018.
  3. ^ Williams, R .; Килару, В .; Снайдер, Э .; и другие. (Июнь 2014 г.). "Руководство по датчику воздуха" (PDF). Агентство по охране окружающей среды США. п. 65. Получено 31 мая 2018.
  4. ^ "ИДТИ3 Проект". GO3 Foundation. Архивировано из оригинал 29 мая 2018 г.. Получено 31 мая 2018.
  5. ^ "Луизианская ковшовая бригада". Луизианская бригада ведра. Получено 31 мая 2018.
  6. ^ «Список установленных справочных и эквивалентных методов» (PDF). Агентство по охране окружающей среды США. 17 декабря 2016 г.. Получено 31 мая 2018.
  7. ^ Агентство по охране окружающей среды (Ирландия) (2017). Национальная программа мониторинга качества атмосферного воздуха на 2017–2022 годы. Агентство по охране окружающей среды (Ирландия). п. 30. ISBN  9781840957501. Получено 31 мая 2018.
  8. ^ "АСиТ Журнал". Американская ассоциация исследований аэрозолей. Получено 31 мая 2018.
  9. ^ Righini, G .; Cappalletti, A .; Cionno, I .; и другие. (Апрель 2013). «Методики оценки пространственной репрезентативности станций мониторинга качества воздуха в Италии». ВДНХ. Получено 31 мая 2018.
  10. ^ «Национальные стандарты качества окружающего воздуха». Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинал 10 декабря 2010 г.. Получено 31 мая 2018.
  11. ^ «Моделирование рецепторов». Интернет-портал управления качеством воздуха. Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинал 3 сентября 2014 г.. Получено 31 мая 2018.
  12. ^ Pienaar, J.J .; Beukes, J.P .; Zyl, P.G.V .; 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. Получено 31 мая 2018.
  13. ^ Гарти, Дж (2001). «Биомониторинг атмосферных тяжелых металлов с лишайниками: теория и применение». Критические обзоры в науках о растениях. 20 (4).
  14. ^ а б Forbes, P.B.C .; van der Wat, L .; Кроукамп, Э.М. (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. Получено 31 мая 2018.
  15. ^ Forbes, P.B.C .; Ровер, Э. Р. (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. Получено 31 мая 2018.
  16. ^ «Контроль элементарной, твердой и реактивной газообразной ртути». Лаборатория исследования системы Земля NOAA, Отдел глобального мониторинга. Получено 31 мая 2018.
  17. ^ Grandy, J .; 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. Получено 31 мая 2018.
  18. ^ а б c d е ж грамм Cachada, A .; Rocha-Santos, T .; Дуарте, A.C. (2017). «Глава 1: Почва и загрязнение: Введение в основные вопросы». Загрязнение почвы: от мониторинга к восстановлению. Академическая пресса. С. 1–28. ISBN  9780128498729. Получено 30 мая 2018.
  19. ^ Dubois, J.P .; 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 обследование загрязнения и деградации почвы. Springer Basel. С. 271–6. ISBN  9783034875424. Получено 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. Получено 30 мая 2018.
  21. ^ Бирнс, M.E. (2008). Методы отбора проб в полевых условиях для лечебных расследований. CRC Press. С. 128–148. ISBN  9781420059151. Получено 30 мая 2018.
  22. ^ Мирсал И. (2013). Загрязнение почвы: происхождение, мониторинг и ликвидация последствий. Springer Science + Business Media. С. 172–4. ISBN  9783662054000. Получено 30 мая 2018.
  23. ^ Кот-Васик, А .; Намиесник, Дж. (2007). «Некоторые достижения в области экологической аналитики и мониторинга». In Twardowska, I .; Allen, H.E .; Хэггблом, М. (ред.). Мониторинг, защита и восстановление почвы и загрязнения воды. Springer Science + Business Media. С. 161–174. ISBN  9781402047282. Получено 30 мая 2018.
  24. ^ Элион, К. (2009). «Мониторинг загрязнения почвы». In Inyang, H.I .; Дэниелс, Дж. Л. (ред.). Мониторинг окружающей среды. 2. Публикации EOLSS. С. 148–74. ISBN  9781905839766. Получено 30 мая 2018.
  25. ^ Owens, P.N .; Коллинз, А.Дж. (2006). «Глава 28: Эрозия почвы и перераспределение наносов в речных водосборах: сводка, перспективы и будущие потребности». Эрозия почвы и перераспределение наносов в речных водосборах: измерение, моделирование и управление. CABI International. С. 297–318. ISBN  9780851990507. Получено 30 мая 2018.
  26. ^ Pierce, F.J .; 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. Получено 30 мая 2018.
  27. ^ а б c Шахид, С.А. (2013). «Глава 1: Достижения в области оценки, моделирования, картирования и мониторинга засоленности почв от регионального до субмикроскопического масштаба». In Shahid, S.A .; Abdelfattah, M.A .; Таха, Ф.К. (ред.). Достижения в области оценки засоленности и мелиорации почв: новаторское мышление и использование маргинальных почвенных и водных ресурсов в орошаемом земледелии. Springer Science + Business Media. С. 3–44. ISBN  9789400756847. Получено 30 мая 2018.
  28. ^ Программа ООН по окружающей среде. Форум минеральных ресурсов. «Общее руководство по программе экологического мониторинга».[мертвая ссылка ]
  29. ^ Стриблинг Дж. Б. и Дэви С. Р. «Разработка программы экологического мониторинга для водосбора озера Аллатуна / Верхней части реки Этова». Материалы конференции по водным ресурсам Грузии 2005 г., 25–27 апреля 2005 г.
  30. ^ Hart, C.W .; Фуллер, Сэмюэл Ф.Дж. (1974). Экология загрязнения пресноводных беспозвоночных. Нью-Йорк: Academic Press. ISBN  0-12-328450-3.
  31. ^ Wrona, F.J .; 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 г.). 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 охране окружающей среды (декабрь 2017 г.). «MCERTS: Стандарты качества и производительности для программного обеспечения для управления экологическими данными». GOV.UK. п. 55. Получено 31 мая 2018.
  37. ^ Агентство по окружающей среде (9 февраля 2017 г.). «Мониторинг выбросов в атмосферу, землю и воду (MCERTS)». GOV.UK. Получено 31 мая 2018.
  38. ^ «Продукция, сертифицированная MCERTS». CSA Group. Получено 31 мая 2018.
  39. ^ а б c d е ж «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 г.. Получено 21 апреля 2017. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  40. ^ а б 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:« Труды 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 оригинал (PDF) на 2011-07-21. Получено 2009-10-22.
  42. ^ Шорт, Николас М., старший. «Учебное пособие по дистанционному зондированию». В архиве 2009-10-27 на Wayback Machine Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Гринбелт, Мэриленд. 2009-09-23.
  43. ^ Потт, У. и Терпин, Д. Х. (1998). «Оценка содержания тяжелых металлов в атмосфере с помощью мониторинга мха с помощью 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. ^ C. Belpaire и G. Goemans, "Угри: коктейли загрязнителей, определяющие загрязнение 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. ^ Чурос, 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 по охране окружающей среды, Великобритания. Метод классификации химии В архиве 2014-10-27 на Wayback Machine
  49. ^ Агентство окружающей среды. Общая оценка качества рек - биология В архиве 2014-10-27 на Wayback Machine
  50. ^ Рамочная директива Европейского союза по воде, ВРД ЕС