Пространственно-временное распределение и основные источники пленочных загрязнений Баренцева моря

В настоящее время обнаружение, мониторинг и контроль нефтяных загрязнений на поверхности моря (МП) невозможен без современных методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Важную роль в этом мониторинге играют радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА). Эффективность использования радиолокационной спутниковой съемки в высоких широтах была продемонстрирована в ходе мониторинга пленочных загрязнений Кольского залива. 

Хотя время от времени спутниковый мониторинг охватывал различные части Баренцева моря, например, его Печорскую часть, на постоянный основе он не проводился. Регулярный мониторинг начался только в 2015 г. Радиолокационные изображения (РЛИ), полученные во время мониторинга, а также необходимые для анализа данные впервые в российской практике выкладывались на специально созданный геопортал с доступом посредством сети Интернет, на котором интерактивно анализировались. В настоящей статье обсуждаются основные результаты радиолокационного мониторинга Баренцева моря, проведенного с целью обнаружения пятен пленочных загрязнений и выявления наиболее вероятных источников загрязнения открытой части моря.

 

Технология спутникового мониторинга 

 

Для обнаружения и идентификации пленочных загрязнений моря в Баренцевом море использовались данные космической радиолокационной съемки спутников Sentinel-1A и Sentinel-1B. На этих спутниках установлен современный РСА, позволяющий получать РЛИ морской поверхности независимо от освещенности и погодных условий, что являлось очень важным преимуществом в физико-географических условиях Баренцева моря. РЛИ Sentinel на Баренцево море 2015–2016 гг. были получены в режиме IW (Interferometric Wide Swath Mode) с разрешением 5×20 м и размером кадра 250 х 250 км. Сразу после появления на портале Европейского космического агентства (ESA) Copernicus Open Access Hub они скачивались и обрабатывались с использованием алгоритмов, программного обеспечения и подходов, разработанных ГК «СКАНЭКС».

Благодаря данным АИС появилась возможность следить за перемещением большинства типов судов в морях, омывающих берега Российской Федерации, в т.ч. в арктических морях. Интегральные карты АИС с сайта www. marinetraffic.com использовались для выявления источников и районов скопления основных судовых разливов.

Объединение всех вышеперечисленных данных происходило с помощью технологии и приложения «Геомиксер», для чего был создан баренцевоморский геопортал (http://projects.scanex.ru/BarentsSea), позволяющий проводить различные операции с данными и интерактивный анализ РЛИ. Для повышения его функциональности был проведен сбор географических, океанографических, геолого-геофизических, экологических и индустриальных данных о Баренцевом море и доступной информации об объектах нефтегазового комплекса (НГК), нефтегазоносности, судоходстве, рыболовстве, биоразнообразии и уязвимости побережий к нефтяному загрязнению. Кроме того, к порталу для поиска естественных источников нефти (грифонов, сипов, грязевых вулканов) на дне по их поверхностным проявлениям были подключены базы радиолокационных данных ГК «СКАНЭКС» и компании Airbus Defence & Space.

В настоящее время баренцевоморский геопортал состоит из следующих основных слоев, объединяющих большое количество специализированных подслоев: нефтегазовый комплекс; газовые/нефтяные поля, морские платформы; лицензионные участки; морские границы; данные АИС; судоходные трассы; охраняемые арктические территории; уязвимость побережий; охраняемые территории РФ; зоны рыболовства; ареалы морских животных; структурные элементы геологического строения дна; архив радиолокационных изображений; дополнительные картографические материалы; прибрежная промышленность; модельные/прогнозные карты ветра.

 

Принципы выявления пятен нефти и нефтепродуктов

 

Основные отличительные черты всех загрязнений, которые создают пленки на МП, для их распознавания на РЛИ, — это форма, размеры, контраст, границы пятен, ветровая «размазка» (перьевидный край с подветренной стороны). В связи с антропогенным происхождением подобные загрязнения чаще всего имеют контекстное окружение — то есть пространственно привязаны к конкретным судам, нефтебазам, платформам, терминалам и другим объектам НГК, рейдам и портам, устьям крупных рек, региональным или местным судоходным трассам, районам добычи или транспортировки нефти.

Рассматривая главные информационные параметры пленочных загрязнений, перечисленные выше, а также их контекстное окружение (суда, судовые трассы, объекты НГК и т.п.), пленочные образования, детектируемые на РЛИ, в общем случае можно разделить на четыре главных категории: биогенные слики, пятна сырой нефти и тяжелых нефтепродуктов (и их эмульсий), судовые разливы и нефтепроявления, создаваемые естественными источниками нефти на дне морей и океанов.

Для определения источников нефтяного загрязнения использовался геоинформационный подход, приложение «Геомиксер» и знание особенностей пятен-сликов, образуемых различными веществами и процессами. После загрузки данных на геопортал выполнялась тематическая обработка и экспертный анализ, включающие следующие действия:

• общую экспертную оценку РЛИ (простая/сложная сцена для анализа);
• оценку гидрометеорологических условий — ГМУ съемки (ветер/волнение/течения, наличие льда и биогенных пленок) и судовой обстановки; анализ подспутниковой метеорологической информации и других доступных данных;
• интерактивное выделение пятен пленочных загрязнений на фоне прочих сликообразующих явлений;
• идентификацию пятен (т.е. определение того факта, являются ли загрязнения пленочными или не пленочными, а также наиболее вероятного типа загрязнения: нефть, нефтепродукты, судовой сброс и т. п.);
• классификацию идентифицированных пятен с привязкой к возможному источнику загрязнения на берегу или в море (нефтяной разлив, судовой разлив, вынос со стока реки и т. д., привязанный к конкретному терминалу/НПЗ/базе, судну, устью реки, местам сброса канализации/сточных вод и т. п.);
• определение площади и координат геометрического центра разлива(ов);
• определение местоположения/координат судов и объектов, которые могут быть причастны к загрязнению. Идентификация может проводиться с использованием данных АИС и/или открытых интернет-сервисов и ресурсов, например, Wikimapia (www.wikimapia.org);
• при необходимости (в особых случаях) — дополнительное моделирование дрейфа пятен с помощью программы ScanDrifter.

 

Основные результаты мониторинга

Сбор и анализ спутниковых РЛИ Баренцева моря проводился с 1 марта 2015 г. по 30 ноября 2016 г. За весь период мониторинга было обработано и проанализировано более 1 700 РЛИ спутников Sentinel-1A/1B. Всего на них было обнаружено 987 пятен пленочных загрязнений (в 2015 г. — 581 пятно пленочных загрязнений общей площадью 1 255 км², в 2016 г. — 406 общей площадью 870 км²). Все эти пятна и слики были векторизованы и помещены на геопортал.

Совместный анализ массива РЛИ, карт распределения и данных АИС позволил сделать следующие выводы:

• пленочные загрязнения моря были представлены главным образом судовыми разливами, состоящими из различных маслянистых веществ (включая нефтепродукты); явных разливов сырой нефти обнаружено не было;

 

• основное загрязнение Баренцева моря происходит на основных судоходных трассах и в районах рыболовства;

 

• большая часть крупных пленочных загрязнений была обнаружена на РЛИ в открытой части моря, вне территориальных вод;

 

• размеры обнаруженных пятен пленочных загрязнений варьировали от 0,05 до 90 км²; наиболее часто встречались загрязнения от 0,5 до 5 км²;

 

• отмечена сезонная динамика количества пленочных загрязнений — наиболее часто они были детектированы в летние месяцы;

 

• количество и общая площадь обнаруженных пятен зависели от ГМУ, интенсивности судоходства, рыбной путины, учений ВМФ, а также ряда иных природных и антропогенных факторов.

 

 

Анализ пространственно-временных характеристик загрязнения показал, что наиболее часто пятна пленочных загрязнений появляются в летние месяцы, главным образом в зонах рыболовства, а размеры варьируют от 0,5 до 90 км²; в открытой части моря они большей частью представлены судовыми разливами.

Границами зоны риска следует считать: 1) Кольский залив; 2) акваторию моря, примыкающую к нему; 3) акваторию, примыкающую к Мурманскому берегу; 4) восточную часть Печорского моря с российскими объектами НГК.

Однако анализ также показал, что Баренцево море, его открытая часть, по сравнению с рядом других морей (например, Балтийским и Черным), все еще сохраняет незначительную загрязненность морской среды нефтью и нефтепродуктами, за исключением, пожалуй, «горячей точки» в районе Кольского залива.

Анализ совокупности всех РЛ-данных на предмет выявления естественных источников нефти и их нефтепроявлений на МП в Баренцевом море, даже с привлечением базы данных Global Seeps, предоставленной ГК «СКАНЭКС», не дал обнадеживающих результатов.

 

Выводы и заключение

 

В ходе мониторинга 2015–2016 гг. с целью обнаружения источников пленочного/нефтяного загрязнения и исследования его пространственных аспектов было обработано и проанализировано более 1 700 РЛИ спутников Sentinel-1A/1B, что впервые в российской практике позволило увидеть и исследовать реальное пленочное загрязнение Баренцева моря. На основе двухлетнего мониторинга впервые были созданы карты фактического распределения пленочных/нефтяных загрязнений открытой части моря. Обработанные РЛИ и интегральные карты позволили провести анализ пространственно-временных и статистических характеристик пленочных загрязнений и в итоге выявить основные источники загрязнения.

В основном на поверхности моря наблюдались пленки различных нефтемаслянистых продуктов, образованные в результате судовых сбросов. Все они визуализировались на РЛИ в виде темных образований и были привязаны к основным судовым трассам, зонам рыболовства и редко к прибрежным или морским объектам НГК. Их пятна-слики в большинстве случаев имели четкие границы и линейчатый вид.  Основными источниками загрязнений можно считать рыболовный флот и морской транспорт, а также прибрежную промышленность (особенно в Кольском заливе), в т.ч. нефтебазы, нефтехранилища, промышленные и коммунальные предприятия. Существенный вклад в общее загрязнение может вносить сброс различных загрязняющих веществ с судов, проходящих транзитом по акватории моря.

Характерна сезонная динамика: наиболее часто пленки на МП были детектированы в летние месяцы.

Выводы, полученные на основе анализа карт распределения пленочных загрязнений, хорошо согласуются с выводами, полученными на основе анализа данных, в том числе подспутниковых измерений. Они подтверждаются наблюдениями ИО РАН и результатами анализа проб, взятых в Баренцевом море. По результатам исследований степень загрязненности Баренцева моря нефтью и нефтепродуктами можно охарактеризовать как «незначительную», окружающая среда в нем в целом остается достаточно чистой, за исключением Кольского залива.

Для Баренцева моря спутниковая радиолокация является незаменимым средством мониторинга из-за его физико-географического положения. Наступление полярной ночи не позволяет использовать оптические датчики, а поскольку Баренцево море в настоящее время является одним из крупнейших незамерзающих арктических морей России, радиолокационный мониторинг моря и отдельных его частей должен быть продолжен, причем необходимо проводить его ежегодно. Кроме того, ожидать снижения хозяйственной деятельности в Баренцевом море и Арктике также не приходится. Поэтому особое внимание следует уделить таким морским объектам НГК, как терминал «Варандей» и терминал на о. Колгуев, готовящимся к разработке месторождениям, акваториям у портов Индига и Териберка, самому Кольскому заливу и подходам к нему, а также основным судоходным трассам.

 

 

 

 

Исследование выполнено при поддержке РФФИ, проект № 14-05-93084.

 

По материалам статьи «Пространственно-временное распределение и основные источники пленочных загрязнений Баренцева моря по данным радиолокационного спутникового мониторинга», авторы: Андрей Иванов, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Наталья Евтушенко, ГК «СКАНЭКС», Наталия Филимонова, ГК «СКАНЭКС», Надежда Терлеева, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Анна Кучейко, ООО «РИСКСАТ». Полную версию статьи можно прочитать в журнале «Земля из космоса».