Курсова работа на тема: 
Дистанционно проучване на здравето на 
екосистемите: Възможности, предизвикателства и 
бъдещи перспективи

Курс:  ESEB015D Дистанционни методи за 
изследване на Земята

на
Мартин Мирославов Антонов 
Факултетен номер: F61751

Поддържането на здрава екосистема е от съществено значение за максимално увеличаване 
на устойчивите екологични услуги с най-високо качество за хората. Екологичните и 
природозащитни изследвания осигуряват силен научен опит за идентифициране на 
екологични здравни показатели и съответно за изготвяне на ефективни планове за опазване.
В същото време еколозите твърдят, че има голяма нужда от пространствено и временно 
ефективни здравни оценки на екосистемите, базирани на данните от дистанционното 
наблюдение. Понастоящем дистанционното наблюдение на здравето на екосистемите се 
основава само на един атрибут: жизненост, организация или устойчивост. Ефективната 
оценка на здравето на екосистемите обаче следва да бъде цялостно и динамично измерване 
на трите атрибута. В тази статия се разглеждат възможностите за дистанционно 
наблюдение, включително оптични, радарни и LiDAR, за пряко определяне на 
индикаторите на трите атрибута на екосистемата, обсъждат се основните 
предизвикателства за разработването на всеобхватна здравна система на екосистемата, 
основаваща се на дистанционно наблюдение. Основните предизвикателства за 
разработването на широкообхватна пространствено ориентирана всеобхватна здравна 
система на екосистемите са: (1) проблеми с мащаба; (2) въпрос за транспониране; (3) 
наличност на данни; и (4) несигурността на показателите за здравето, изчислени от данните 
от дистанционното наблюдение. Въпреки това, съзвездието Radarsat-2, предстоящите нови 
оптични сензори на спътниците Worldview-3 и Sentinel-2 и подобрените технологии за 
придобиване и обработка на хиперспектрални, многоъгълни оптични, радарни и LiDAR 
данни и синтез на данни от няколко сензора може отчасти да отговори на настоящите 
предизвикателства.

1. Въведение

Природата предоставя храна и отдих на които хората разчитат. За съжаление, екосистемите 
по света са застрашени от антропологични дейности и изменения на климата. При такъв 
натиск поддържането на здрава екосистема е от съществено значение за осигуряването на 
стабилни и устойчиви стоки и услуги за човешките общества. Оценяването и мониторингът
на здравето на екосистемите може не само да осигури ранно предупреждение за влошаване 
на състоянието на околната среда, но и да идентифицира причината за съществуващ 
проблем. Това е важна и първоначална стъпка за екологично опазване и оценка на 
екологичната услуга.

Оценката на здравето на екосистемите (EHA) като част от управлението на околната среда, 
е започнало в края на 80-те години. Здравето на екосистемите обедини концепцията за 
екосистемата със здравната наука и интегрираната социална и физическа наука. Ранното 
определяне на здравето на екосистемите е просто описването на здравето на животните или
здравето на растенията. Определянето на здравето на екосистемите обаче трябва да 
разглежда екосистемата като сложна система, която да подчертае връзката между процеса 
на общността и физическата среда. Ранните екосистемни изследвания в областта на 
здравето оценяват здравето на екосистемите, като използват ключови видове. Оценката на 
ключовите видове обаче не може да доведе до смущения в енергийния поток, хранителния 
цикъл, производителността, разнообразието или капацитета за реагиране при наличието на 

проблеми, въпреки че може непряко да представи взаимодействието между основните 
видове, други видове или физическата среда в екосистемата. През 1999 г. Costanza и 
Mageau дефинират здравето на екосистемите като "всеобхватна, многоизмерна, динамична, 
йерархична мярка за устойчивост, организация и жизненост на системата". Въз основа на 
това определение здравното състояние на една специфична екосистема може да бъде 
оценено чрез измерване на интегрираните екосистемни качества: жизненост, организация и 
устойчивост, въпреки че е невъзможно да се създадат редица специфични здравни 
показатели за всички екосистеми, за да се измери техният жизнен статус.  

Традиционно EHA се провежда на базата на полевите екологични данни и/или модели, 
управлявани от такива полеви данни, които не могат да бъдат широко прилагани в голям 
пространствен мащаб и има трудности при осигуряване на изрична пространствена и 
времева оценка. Независимо от това, има спешна нужда от разбиране и наблюдение на 
пространствената хетерогенност на здравето на екосистемите с цел оптималното обсъждане
на проблемите. 

Данните от дистанционното наблюдение имат потенциал за оценка и мониторинг на 
здравето на екосистемите при различни времеви и пространствени мащаби в широки 
области с широка степен. Те могат да бъдат използвани за директно детайлно определяне 
на екологичните показатели за здравето, като производителност, богатство на видовете и 
устойчивост след естествени и предизвикани от човека смущения и косвено осигуряване на 
ресурси за пространствено моделиране на екологичните процеси. Към днешна дата 
приложението на дистанционното наблюдение върху EHA или мониторинга е фокусирано 
върху един екосистемен атрибут, като енергичност (производителност или инвазия на вида)
или устойчивост (реакция на стреса или изменение на климата). Тази информация е от 
полза за съответните екологични проучвания, използващи дистанционно наблюдение по 
отношение на техните методи и заключения. Невъзможно е обаче да се разбере сложната 
екосистема само чрез един неин атрибут. Необходима е всеобхватна и динамична здравна 
оценка на екосистемите с интегрирането на енергийната екосистема, организацията и 
устойчивостта. Създаването на такава пространствено изрична EHA и система за 
мониторинг се нуждае от тясното сътрудничество както на специалистите по 
дистанционното наблюдение, така и на еколозите. 

Проучванията са изследвали дистанционното наблюдение на земното покритие, 
биологичното разнообразие и свързани с въглеродния поток, водния поток и почвените 
екосистемни услуги. Съществуват и резюмета за ролята на дистанционното наблюдение в 
екологичните приложения. Въпреки това, доколкото ни е известно, нито едно от 
проучванията не се е фокусирало върху възможностите и предизвикателствата на 
разработването на всеобхватно пространствено изявено EHA и система за мониторинг на 
дистанционно наблюдение.

Целта на това изследване е да се проучат възможностите и предизвикателствата и да се 
осигурят бъдещи перспективи за използване на дистанционното наблюдение за 

всеобхватна, пространствено и времево ориентирана динамична EHA. Втората част 
представя накратко рамката за разработване на пространствено динамична система EHA с 
участието на специалисти от дистанционното наблюдение и еколози. Третият раздел 
обобщава редица проучвания и прегледи за прогнозиране на екологичните показатели за 
здравето на екосистемите: енергичност, организация и устойчивост чрез използване на 
дистанционно наблюдение. В някои екосистеми, като например полупланински тревни 
съобщества, биомасата на не-фотосинтетична растителност (NPV) и биологичната почвена 
кора (BSC) също са важни показатели за жизнеността на екосистемата. Ето защо в този 
раздел е включен и подробен преглед на покритието на ННС/биомасата и покритието на 
BSC. Четвъртата част се фокусира върху текущите предизвикателства, свързани с 
дистанционното наблюдение на здравето на екосистемите, с подробно обсъждане на 
въздействието на NPV, BSC и голата почва върху приложението на оптично дистанционно 
наблюдение в слабо растителни екосистеми. Накрая, петата секция обобщава настоящите 
възможности и предизвикателства, свързани с дистанционното наблюдение на здравето на 
екосистемите, и обсъжда предстоящите нови възможности. Нашите усилия са да обобщим и
обсъдим как и какво дистанционно наблюдение може да допринесе за EHA, оставяйки 
избора на екологични показатели извън сегашния обхват. 

2. Рамка на оценката на здравето на екосистемата на базата на 
дистанционното наблюдение

Подробното пространствено естество на данните от дистанционното наблюдение с често 
посещаващи цикли осигурява възможност за оценка и наблюдение на пространствената 
хетерогенност на здравето на екосистемите. Въпреки това, възникват опасения, че 
специалистите по дистанционно наблюдение могат да отделят повече внимание на 
технологиите, отколкото на екологичните проблеми, докато еколозите може да не 
разполагат с достатъчно дистанционно наблюдение, за да се справят с екологичните 
проблеми на местно и световно равнище. Поради това са необходими усилия за 
преодоляване на разликата в изследванията между двете изследователски общности.

За да се разработи всеобхватна EHA система, базирана на дистанционно наблюдение, може 
да се следват процедурите, предложени на Фигура 1, с участието на експерти от 
дистанционното наблюдение и еколози. Сътрудничеството на експертите както в областта 
на дистанционното наблюдение, така и в областта на екологията позволява ефективните 
здравни показатели да бъдат ефективно идентифицирани и да се гарантира, че тези 
показатели могат да бъдат измерени чрез данни от дистанционното наблюдение.

Фигура 1. 

Въпреки, че Фигура 1 включва индиректна оценка на здравните показатели чрез 
моделиране, използвайки данни от дистанционното наблюдение, този преглед се фокусира 
върху въпросите, които предлагаме: „Има ли рутинни продукти за дистанционно 
наблюдение за здравни показатели?“ и „Какъв вид образ и подход може да се използва за 
оценка на показателите за здравето и предизвикателствата и бъдещите възможности за 
разработване на отдалечено наблюдение на базата на пространствено изявена EHA и 
система за мониторинг (крайната цел, представена на фигура 1).“