آلودگی نفتی و نقش سنجش از دور

آلودگی نفتی یکی از مشکلات زیست محیطی مخصوصا در محیط دریاها و اقیانوس ها می باشد. البته این الودگی به سایر اکوسیستم ها از جمله سواحل و پوشش گیاهی، آبزیان تاثیر دارد. اما نقش سنجش از دور در این مطالعات چیست؟ آیا تصاویر راداری و اپتیک میتواند کمکی کند؟ در مقاله آلودگی نفتی و نقش سنجش از دور با مدرسه سنجش از دور همراه باشید تا به تمامی این سوالات پاسخ دهیم.

 

آلودگی نفتی

آلودگی نفتی یکی از مهم‌ترین و خطرناک‌ترین نوع آلودگی‌های محیط زیستی است. آلودگی نفتی به معنی ورود نفت به محیط زیست است که ممکن است به دلیل تصادف نفتکش‌ها، عملیات حفاری و استخراج نفت، حمل و نقل، ترانسفر و ذخیره‌سازی نفت، نشت نفت، خط لوله نشت نفت، حادثه کشتی، عملیات معمول تانکر مانند تخلیه بار، لجن، و شستشوی مخازن اتفاق بیفتد. در میان رویدادهایی که در بالا ذکر شد، حادثه کشتی و رهاسازی غیرقانونی از خط لوله دو حادثه مهم هستند که اثرات نامطلوب شدیدی بر مناطق ساحلی و کیفیت زندگی مردم محلی دارند.

آلودگی نفتی و محیط زیست

آلودگی نفتی می‌تواند آسیب‌های جدی برای اکوسیستم و حیات وحش، اقتصاد و سلامتی انسان‌ها و حیوانات ایجاد کند. آلودگی نفتی یکی از عوامل اصلی تخریب محیط زیست است و می تواند از نشت نفت خام و تصفیه شده در محیط های خشکی و آبی ناشی شود. آلودگی نفتی پیامدهای ایمنی، بهداشتی، اقتصادی و زیست محیطی از جمله آلودگی طولانی مدت خاک و تخریب اکوسیستم های رویشی دارد.

همچنین با تاثیر بر روی زمین های زراعی به طور کلی، تنش گیاهی می‌تواند باعث تغییرات فیزیولوژیکی و/یا بیوشیمیایی شود که بر نحوه تعامل گیاهان با نور تأثیر می‌گذارد. همچنین با نابودی حیاط وحش آبی و خشکی و در نتیجه کاهش تنوع زیستی، چرخه غذایی دچار فقر شده و به نابودی بیشتر حیاط جانوری و گیاهی می‌انجامد.

از این رو، تأیید می‌کند که شناسایی و نقشه برداری نشت نفت فرصت خوبی برای مقامات محلی برای حفظ منابع طبیعی فراهم می کند و برای واکنش اضطراری و حذف آلودگی قبل از پخش نفت در سطح آب بسیار مهم است. برای مقابله با این بحران، مجموعه ای از روش ها در چندین کشور مانند کانادا و ایالات متحده آمریکا، دلتا نیجر، نیجریه و کره جنوبی استفاده شده است.

انواع آلودگی نفتی از لحاظ زمان اثر

آلودگی نفتی می‌تواند به دو صورت مختلف رخ دهد: آلودگی نفتی حاد و آلودگی نفتی مزمن. آلودگی نفتی حاد به معنی ورود نفت به محیط زیست به صورت ناگهانی و بزرگ‌مقیاس است که می‌تواند به دلیل تصادفات نفتکش‌ها، شکست لوله‌های نفتی و یا انفجار‌های نفتی رخ دهد. آلودگی نفتی حاد می‌تواند سریعاً به کشتی‌ها، طیور دریایی، ماهیان و موجودات دریایی دیگر صدمه بزند و برای آن‌ها فضای زیستی پوسیده و مسمومیت غذایی ایجاد کند.

آلودگی نفتی مزمن به معنی ورود نفت به محیط زیست به صورت آهسته و پیوسته است که می‌تواند به دلیل تخلیه مستمر نفت و محصولات نفتی، هدررفت نفت از سازمان‌های نفتی و خرابی تجهیزات نفتی رخ دهد. در این نوع آلودگی نفتی، نفت و مواد نفتی به صورت آهسته و به مقدار کمی وارد محیط زیست شده و به تدریج به اجزای مختلف زیستی از جمله گیاهان و جانوران زمین و آبزیان وارد می‌شود و در نتیجه می‌تواند به شکستگی زنجیره غذایی، خرابی تعادل زیستی و افت کیفیت منابع آب و هوا منجر شود.

آلودگی نفتی باعث می‌شود که مواد نفتی در آب، خاک و هوا حضور داشته باشند که باعث تخریب و آلوده شدن محیط زیست و افزایش آلودگی هوا و آب شده و سلامتی انسان‌ها و حیوانات را تهدید می‌کند. همچنین، آلودگی نفتی می‌تواند به طور مستقیم به اقتصاد و بخش‌های مختلفی از جمله صیادی، کشاورزی، گردشگری و صنایع دریایی صدمه بزند.

آلودگی نفتی و نقش سنجش از دور

سنجش از دور به معنای استفاده از داده های جمع آوری شده توسط سنسورهای نصب شده روی سیستم های فضایی، هواپیماهای بدون سرنشین و سایر دستگاه های پیشرفته برای تحلیل و بررسی وضعیت زمین و محیط زیست است. در مورد مطالعه آلودگی نفتی نیز از سنجش از دور استفاده می شود.

در صورت وقوع حادثه نفتی، نفت به صورت گسترده در آب و هوا منتشر می شود و باعث آلودگی محیط زیست می شود. در این شرایط، سنجش از دور به عنوان روشی بسیار موثر برای مانیتورینگ و تحلیل میزان آلودگی نفتی در مناطق مختلف می تواند مفید باشد.

به عنوان مثال، با استفاده از داده های سنجش از دور، می توان میزان تغییرات رنگ آب در طول زمان را مشاهده کرد و با توجه به این تغییرات، میزان آلودگی نفتی را تخمین زد. همچنین، با استفاده از داده های سنجش از دور، می توان اطلاعات دقیقی در مورد محل و روند پخش نفت در مناطق مختلف را به دست آورد.

با توجه به اینکه سنجش از دور امکان دسترسی به مناطق دشوار و نامأنوس را نیز فراهم می کند، برای بررسی آلودگی نفتی در مناطقی که به سختی قابل دسترسی هستند، بسیار موثر است. به علاوه، با استفاده از داده های سنجش از دور، می توان نقاط ضعف در نظارت و کنترل آلودگی نفتی را شناسایی کرد و بهبود روش‌ها و رویه های مربوطه را بهبود بخشید. به طور کلی، سنجش از دور یکی از ابزارهای موثر برای تحلیل و پایش آلودگی نفتی است که به دلیل قابلیت دسترسی به مناطق دشوار، صرفه اقتصادی، سرعت و دقت بالا، و قابلیت استفاده در طول مدت زمان طولانی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

در مطالعات آلودگی تفتی با استفاده از فن‌آوری سنجش از دور می‌توان از سنسور‌های غیرفعال فعال شامل اپتیک و حرارتی و سنسورهای فعال شامل رادار و لیدار بهره‌مند شد.

روش‌های سنجش از دوری در مطالعات آلودگی نفتی

داده‌های رادار

روش‌های مبتنی بر داده‌های SAR یکی از کارآمدترین روش‌ها برای تشخیص آلودگی‌های محیطی هستند. دلایل مهم را می توان از کاربرد این نوع داده ها برای کار در آب و هوای متفاوت تأیید کرد، چه پوشش ابری و شرایط خاص نور روز داشته باشد یا نه. علاوه بر این، به راحتی می تواند منطقه وسیعی را پوشش دهد.

یکی از اشکالات مربوط به جمع آوری داده ها با استفاده از روش SAR دشواری آن در تعیین ضخامت و نوع نشت نفت است. بنابراین، ضرورت استفاده از یک حسگر چندطیفی یکی از گزینه‌های مناسب برای تشخیص لکه‌های نفتی با سایر موارد مشابه است که ممکن است هر دو به صورت نقاط تاریک در تصاویر رادار مایکروویو ظاهر شوند. در نتیجه، با توجه به این واقعیت که داده های SAR و اپتیک دارای مقداری عدم قطعیت هستند، ادغام هر دو نوع حسگر صحت نتایج را برای تشخیص آلودگی نشت نفت ثابت می‌کند.

در روش داده‌های SAR، عوامل متعددی بر باز پراکندگی رادار تأثیر گذاشته و ممکن است در تشخیص لکه‌های نفتی مشکلاتی ایجاد کند. لکه‌های تاریکی که روی داده‌های SAR رخ می‌دهند می‌توانند در دو بخش از جمله نفت و سایر بخش‌ها متمایز شوند. علل عمده ویژگی‌های غیر نفتی بیشتر در مورد بالا آمدن، موج داخلی و سایه باد است که شرایط هواشناسی است.
بالا آمدن یک پدیده اقیانوس شناسی است که در نزدیکی خطوط ساحلی با حرکت آب به سمت بالا از لایه های زیرسطحی به سطح رخ می دهد. این حرکت تأثیرات متعددی دارد که مهم‌ترین آنها دمای پایین است که ناهمواری سطح دریا را کاهش می‌دهد و لکه‌های تیره روی تصاویر SAR ایجاد می‌کند. امواج داخلی یکی دیگر از دلایل ایجاد لکه های تیره به دلیل اختلال در آب های عمیق و کم عمق تر است که ویژگی های متفاوتی دارند. سایه باد در تصاویر SAR به دلیل باد ضعیف یک علامت تیره دارد.
تضاد بین لکه روغن و آب به طور خاص به ارتفاع آب اطراف مربوط می شود. اگر به اندازه کافی بالا نباشد، روغن نمی تواند در تصاویر SAR رخ دهد. بنابراین سرعت باد برای تشخیص لغزش ضروری است. پراکندگی معکوس هم قطبی نتایج بهتری نسبت به قطبی متقابل دارد. کارآمدترین زاویه بروز لکه نفتی بین 20 تا 45 درجه است. هنگامی که هدف در محدوده نادیر قرار دارد، بازپراکنش قوی تر از نقاط دور است.

الگوریتم های یادگیری ماشین، مانند ماشین بردار پشتیبان، برای مشاهده لکه های نفتی با ظرفیت تصاویر رادار SAR مایکروویو استفاده شد. روش‌های دیگر، مانند فیلترهای اتساع مورفولوژیکی، برای قابل مشاهده کردن اجسام در تصاویر SAR مفید هستند.

 

داده‌های حرارتی و اپتیک

پردازش تصویر قاطع ترین بخش تشخیص نشت نفت است که بسیاری از محققان تاکنون در این زمینه انجام داده اند. به عنوان مثال، محاسبه دمای روشنایی برای در نظر گرفتن دمای نشت نفت در سطح دریا توسط باند حرارتی داده های ماهواره لندست مفید است. این سنسور برای کاهش کسر نویز و اپراتورهای Sobel برای تشخیص لبه برای مناطق لکه روغن مناسب است.

این روش به شدت به همگنی و ویژگی های هندسی تقسیم بندی تصویر بستگی دارد. اپراتورهای مختلف پردازش تصویر مانند رابرت و سوبل برای تشخیص لبه نشت نفت با استفاده از داده های سنجش از راه دور MODIS مورد استفاده قرار گرفتند.

روش محبوب دیگر سنجش از دور نوری (ORS) نور خورشید منعکس شده در طول موج مادون قرمز موج کوتاه مرئی-نزدیک مادون قرمز (نسبت به NIR-SWIR) است. اگرچه تصاویر ORS از ابرهای مکرر رنج می برند (یعنی تقریباً 2/3 اقیانوس جهانی در هر لحظه توسط ابرها پوشیده می شود، این محدودیت توسط حسگرهای ORS متعدد در حال حاضر در مدار و داده های طیفی چند باندی جبران می شود.

سنسور در واقع، همه حسگرهای ORS، صرف نظر از وضوح فضایی، عرض نوار، حساسیت (به عنوان مثال، نسبت سیگنال به نویز)، یا تعداد باندهای طیفی، می توانند برای ارزیابی نشت نفت استفاده شوند. استفاده از ORS برای ارزیابی نشت نفت در واقع به اوایل دهه 1980 بازمی گرد که از تصاویر ماهواره‌ای GOES، TRIOS و ERTS (Landsat) برای مشاهده توزیع نفت پس از نشت نفت Ixtoc در مکزیک استفاده کرد.

در حالی که ارائه یک لیست کامل دشوار است، جدول 1 بیشترین استفاده از حسگرهای ORS را در این موضوع نشان می دهد، عمدتا بر اساس در دسترس بودن داده ها برای یک کاربر. کاربردهای این تصاویر ORS برای ارزیابی نشت نفت را می توان در منابع متعددی یافت.

در این مقاله ما در مدرسه سنجش از دور سعی کردیم که در مورد آلودگی نفتی، اثرات آن بر محیط زیست و نقش سنجش از دور در مطالعات آلودگی نفتی و معرفی سنجنده‌های کاربردی در این زمینه مطالبی ارائه دهیم. مباحث آلودگی نفتی با توجه به آب های که ما در مرز های کشور داریم میتواند موضوعی بسیار کارامد باشد. ما از شما کاربران عزیز میخوایم که دیدگاه خود را در مورد آلودگی نفتی با تاکید بر سنجش از دور برای ما ارسال کنید و در بخش کامنت ها بنویسید و ما دیدگاه شما برای همه به نمایش خواهیم گذاست.

 

نویسنده مقاله: مهندس پریا فرزام، کارشناس سنجش از دور

 

 

منابع

Hu, C., Lu, Y., Sun, S. and Liu, Y., 2021. Optical remote sensing of oil spills in the ocean: what is really possible?. Journal of Remote Sensing, 2021.
Espedal, H.A. and Johannessen, O.M., 2000. Cover: detection of oil spills near offshore installations using synthetic aperture radar (SAR).
Albert, O.N., Amaratunga, D. and Haigh, R.P., 2018. Evaluation of the impacts of oil spill disaster on communities and its influence on restiveness in Niger Delta, Nigeria. Procedia engineering, 212, pp.1054-1061.
Mohammadi, M., Sharifi, A., Hosseingholizadeh, M. and Tariq, A., 2021. Detection of oil pollution using SAR and optical remote sensing imagery: A case study of the Persian Gulf. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 49(10), pp.2377-2385.

 

آموزش هایی که میتواند برای شما مفید باشد:

اندازه گیری پارامترهای کیفیت آب با تصاویر سنتینل 3

استخراج پارامترهای فیزیکی و شیمایی آب در گوگل ارث انجین