Veekogude seisundi hindamine ja seire – “Millega värsked ajud tegelevad?” osa IV

Keskkonna kaugseire võimaldab satelliitidelt või lennuvahenditelt tehtud mõõtmiste abil saada infot uuritava objekti kohta ilma sellega füüsiliselt kontakti omamata. Info kandjaks on sellisel juhul kiirgus, mis peegeldub ja kiirgub uuritavalt pinnalt. Antud tehnoloogiat kasutatakse veeseires nii sinivetikate (tsüanobakterite) õitsengu, õlireostuse kui ka näiteks jää leviku määramiseks. Maapinna kohal näiteks põllukultuuride kasvatamise uurimiseks, metsa majandamise kontrolliks, üleujutuse leviku uurimiseks ning ka lihtsalt kaardistamiseks. Levinud on ka lähi-kaugseire mõiste, kus uuritatakse endiselt radiomeetrilist kiirgust, kuid ollakse uuritavalt objektile palju lähemal. Näiteks veekogude seire puhul võib sellisel juhul seade ka vee sees olla. Selleks, et kaugseire pakutavat paremini ära kasutada on Ettevõtluse Arenduse Sihtasutus alustamas teostatavusuuringut Eesti kosmosestrateegia elluviimiseks.

Vastavalt Euroopa Liidu 2000. aastal vastu võetud Veepoliitika Raamdirektiivile tuleb moodustada pinnavee seirevõrk (Kellel rohkem huvi võib selle 346 lk dokumendiga lähemalt tutvuda Keskkonnaministeeriumi kodulehel http://www.envir.ee/vmk/vpr). Seirevõrk peab olema üles ehitatud selliselt, et see annaks ühtse ja tervikliku ülevaate ökoloogilise ja keemilise seisundi kohta igas vesikonnas ning võimaldaks veekogude jagamist viide kvaliteediastmesse vastavalt esitatud normmääratlustele.

Kõige kindlam moodus saada veekogu kohta adekvaatseid andmeid on minna kohale, võtta veeproov, seejärel transportida see ettenähtud tingimustes laborisse, kus siis proovi analüüsitakse. Kuigi nii on võimalik saada äärmiselt täpseid tulemusi, on sellel lähenemisel mitu olulist puudust:

  1. Eestil puudub võimekus sooritada kõiki vajalikke laborimõõtmisi
  2. Kõik sellised mõõtmised on äärmiselt kallid ja kõigi veekogude selline hindamine ei ole ka rikkamatele riikidele jõukohane
  3. Selline meetod on äärmiselt ajamahukas.

Eelmiste põhjuste tulemusena kasutatakse veekogude seisundi kiireks hindamiseks seadmeid, mis mõõdavad vee optilisi omadusi (Näiteks peegeldumisspekter joonisel 1) ning sealt edasi arvutatakse juba vee kvaliteedi parameetreid nagu näiteks klorofülli või heljumi kontsentratsioonid. Sellised seadmed on valdavalt kasutamiseks üsna keerukad ja vajavad spetsialiste – selliseid seadmeid aidatakse välja töötada ka Tartu Observatooriumis – kuid koostöös eestlastega arendatakse ka „ametnikule“ sobivat seadet, millega saab teha veekogu kohta kiire hinnangu, ning kahtluste tekkimisel saaks siis juba võtta veeproove. Selle meetodi suurimaks miinuseks on seadmete ostuhind, mis tihti ka takistuseks saab. Näiteks viibisin ise suvel analüüse tegemas Läänemerel, kus soomlaste organiseeritud uurimisretkel kasutati nii nende endi kui eestlaste ja ka hollandlaste omanduses olevaid seadmeid. Põhiliseks teaduslikuks probleemiks on siinjuures algoritmide koostamine ja testmine (valideerimine laborimõõtmistega). Kahjuks ei ole seni veel suudetud koostada universaalselt algoritmi, mistõttu peame ka Eestis eelkõige tegelema meie oludele vastavate algoritmide välja töötamisele.

Joonis 1. Peipsi järve peegeldumisteguri mõõtmise tulemused 29.05.2008
Joonis 1. Peipsi järve peegeldumisteguri mõõtmise tulemused 29.05.2008

Kahjuks on mõlemal eespool mainitud meetodil üks suur probleem. Nimelt saab nendega hinnata vaid veekogu konkreetset punkti, mis ei pruugi anda head ülevaadet kogu veekogu kohta. Hindamaks kogu veekogu seisundit korraga, tuleks seirevahendid asetada oluliselt kõrgemale, näiteks lennuki või siis satelliidi külge. Levinum on siiski satelliitide kasutamine, sest nii saavad ühte seadet „korraga“ kasutada paljude riikide teadlased, mõõtmisi tehakse pidevalt ning ühe sensoriga on suhteliselt lihtne katta kogu Maa. Kahjuks on ka sellel meetodil omad selged puudused:

Veekogud on väga tumedad objektid ning kui linnade kaardistamiseks mõeldud satelliidid on saavutand juba suurepärase lahutuse ja piksli külje pikkus on alla meetri, siis parim spetsiaalselt veekogude seireks mõeldud seadme piksli külje pikkus on 300 meetrit. Juhiksin tähelepanu, et tavalise kaardi tegemiseks piisab täiesti kuni kolmest spektrikanalist (ka telekaekraani pilt kuvatakse sinise, rohelise ja punase koosmõjul), kuid veekogude uurimiseks on vajalike kanalite/kihtide arv oluliselt suurem.

Veekogude seiramiseks kasutatakse nähtavat kiirgust, ehk lainepikkusi vahemikus 430-800nm. Kahjuks ei ole sedasi võimalik vaadata läbi pilvede, mis Eesti oludes on päris oluliseks takistuseks. Isegi kui pilvi ees ei ole, on see kiirgus, mida mõõdab satelliit oluliselt erinev sellest, mida mõõdetaks atmosfääri all (Joonis 2). Seni on Eestis valdavalt tegeletud juba selliste andmetega, kus atmosfääri mõju on eemaldatud ning arendatud algoritme (Eelkõige koostöös rootslastega), mis võimaldaksid joonisel 2B nähtud joonest arvutada vee kvaliteeti määravaid parameetreid. Viimastel aastatel on ka näiteks Tartu Observatoorium, koostöös sakslastega, andmas olulist panust, et ka atmosfääri korrektsiooni osa arendada.

Joonis 2. Satelliitsensori MERIS spekter mõõdetuna (A) ja pärast atmosfääri mõju eemaldamist (B)
Joonis 2. Satelliitsensori MERIS spekter mõõdetuna enne (A) ja pärast atmosfääri mõju eemaldamist (B)

Kõige selle eelnevaga tuleb kokku puutuda, saamaks lõpuks usaldusväärsel kujul selliseid pilte nagu näha joonisel 3, kus on kujutatud kogu Peipsi järve klorofülli sisaldus 2008. aasta viiendal juunil. Selliste tulemite valguses on võimalik koostada kohalikku veepoliitikat, et tagada meie looduslike veekogude puhtus.

Joonis 3. Peipsi järve klorofülli kontsentratsioon (mg/m3) 05.06.2008 satelliitsensoril MERIS
Joonis 3. Peipsi järve klorofülli kontsentratsioon (mg/m3) 05.06.2008 satelliitsensoril MERIS