|
Читайте также: |
В статье рассмотрены основные особенности разрабатываемой в СПб ГУАП совместно с ФГБУ «Северо-западное УГМС» и ИЭФБ РАН базы данных результатов гидробиологического мониторинга Невской губы и восточной части Финского залива. Описана структура базы данных, приведены сведения о содержащейся в ней информации по гидробиологическим, гидрологическим и гидрохимическим показателям. Представлены примеры первичной информации из справочников результатов мониторинга, использовавшихся для наполнения базы данных.
Ключевые слова: база данных; экологический мониторинг; Невская губа; Финский залив; фитопланктон; хлорофилл; зоопланктон; зообентос.
В 1981 г. систематические гидробиологические наблюдения Невской губы и восточной части Финского залива впервые были включены в программу гидролого-гидрохимического мониторинга, производящегося Северо-Западным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета (Северо-Западное УГМС) [1,2]. Полученные в ходе наблюдений за водным объектом сведения о функционировании гидробиоты и ее структуре позволяют ответить на множество вопросов, например, о наличии загрязнения в водоеме или о реакции экосистемы на появление загрязнения по степени произошедших в ней нарушений. В конечном итоге эти сведения, совместно с гидрохимическими данными, позволяют уточнять характеристики экосистемы, что крайне важно для устойчивого развития расположенных на берегах Финского залива городов, и, прежде всего, Санкт-Петербурга.
Несмотря на то, что гидробиологический мониторинг в акватории Санкт-Петербурга ведется уже более 30 лет, централизованной системы хранения и обработки накапливаемых данных на сегодняшний момент не существует [3]. Данным фактом обусловлена актуальность разрабатываемой информационной системы (ИС) и базы данных (БД) результатов гидробиологического мониторинга. Указанная ИС позволит эффективно хранить и обрабатывать накопленные массивы данных по фитопланктону, бентосу, зоопланктону, фотосинтетическим пигментам, гидрохимии, а так же и другие данные, имеющиеся в электронном виде и на бумажных носителях.
Имеющиеся данные мониторинга можно разделить на три группы: гидробиологические, гидрохимические и гидрологические данные. Соответственно, разрабатываемая ИС будет включать в себя три связанных друг с другом банка данных. В состав разрабатываемого банка данных по гидробиологии входит информация о следующих сообществах и описывающих их параметрах:
Банк данных по гидрохимии содержит информацию о концентрациях органических веществ, растворенного кислорода, солености, тяжелых металлов, пестицидов и т.п., всего более 30 параметров. Помимо этого, имеется информация о метеорологических характеристиках в местах отбора проб.
Банк данных по гидрологии содержит общую информацию о местах отбора проб. А именно: глубина, прозрачность, характер грунта (для проб зообентоса), температура воды на поверхности и на горизонте отбора пробы, цветность воды ипр. Отдельно вынесена информация по метеорологическим параметрам в местах отбора проб, включающая в себя сведения о скорости и направлении ветра, силе и направлении волнения, облачности, направлении и скорости течения, температуре воздуха, абсолютной и относительной влажности, атмосферном давлении.
Было принято решение создать базу данных, структура которой была бы очевидна и при необходимости обладала возможностью расширения. Описанные выше банки данных по гидробиологии, гидрохимии и гидрологии объединены единой логической структурой, представленной на рисунке 1. Можно заметить, что благодаря предложенной структуре база данных не зависит от пробируемых данных, а это значит, что при появлении необходимости добавить новый тип проб в БД, не потребуется ее перепроектировать, будет достаточно лишь добавить новые таблицы для новых данных и связать их с таблицей «Проба».
На рисунке 1 таблица «Водная зона» содержит в себе характеристику всех водных зон, на которых отбирались пробы. В каждой водной зоне (акватории) находится несколько станций отбора проб (таблица «Станция» на рисунке 1). Таблица «Проба» соответствует приходу судна на станцию и выполнению процесса отбора проб на этой станции. Одновременно могут отбираться пробы нескольких типов, например, пробы для определения фитопланктона, фотосинтетических пигментов, зообентоса и т.д. Также каждая из проб может быть отобрана повторно для получения серии проб в одном и том же месте за короткий временной промежуток. Усреднение данных по серии проб позволяет получить более точные результаты и оценить погрешность методов измерения.
Рис.1. Логическая структура спроектированной базы
Так же было получено универсальное решение для представления данных по фитопланктону, бентосу и зоопланктону. Это объясняется тем, что при отборе проб собирались однотипные данные.
Для определения фитопланктона, зоопланктона и зообентоса собирались данные по групповому и видовому составу, количественные показатели по группам в пробе и количественные данные по видам в пробе. Таким образом, одна и та же логическая структура банка данных может использоваться для хранения результатов наблюдения за различными гидробионтами.
В качестве примера рассмотрим структуру таблиц по фитопланктону, представленную на рисунке 2. Здесь таблица «Проба фитопланктона» описывает пробу фитопланктона, в которой может содержаться множество таксономических видов, перечисленных в таблице «Вид в пробе».
Так же создается таблица «Группа в пробе», описывающая данные по обнаруженным группам фитопланктона в пробе. Таблицы «Вид в пробе» и «Группа в пробе» содержат в себе идентификаторы известных групп и видов фитопланктона, которые представлены в таблицах «Вид фитопланктона» и «Группа фитопланктона» соответственно.
Таким образом, таблица «Вид фитопланктона» фактически является перечнем всех таксонов, встречавшихся за все время ведения мониторинга.
Рис. 2. Логическая структура таблиц по фитопланктону
Необходимость в разработке рассматриваемой ИС появилась в результате отсутствия удобного доступа к данным: информация хранится по большей части на бумажных носителях [4‑6], что затрудняет ее анализ и обработку. Переведенные же на цифровые носители данные представлены в различных форматах хранения, варьирующих год от года, поскольку оцифровка производилась несистематически.
Ниже в таблицах 1 и 2 представлены фрагменты оцифрованных данных, имеющихся в электронном виде в форматах документов MS Office Word и Excel. Данные с бумажных носителей будут оцифрованы и представлены в таких же форматах для упрощения процесса их добавления в БД.
Таблица 1.
Пример отобранной пробы с данными по фитопланктону (фрагмент)
| Водоем: Невская губа | Дата: 24.05.2004 | Станция: 5 | ||
| Глубина (м): 11,8 | Температура (0С): 11,8 | Прозрачность (м): 1,3 | ||
| Таксон | Численность, сч.ед./л | Биомасса, мг/л | Численность, % | Биомасса, % |
| Aphanizomenon flos-aquae | 130,4 | 3,02 | 5,01 | |
| Planktolyngbya limnetica | 8,6 | 2,23 | 0,33 | |
| … | ||||
| Отдел | Численность, сч.ед./л | Биомасса, мг/л | Численность, % | Биомасса, % |
| TRIBOPHYCEAE | 0,93 | 0,38 | ||
| FLAGELLATA | 5,9 | 8,37 | 0,23 | |
| … | ||||
| Всего | 2600,5 | 100,00 | 100,00 |
В самом начале таблицы 1 идут данные о месте отбора пробы, дате, характеристике места отбора. Данные о водоеме («Невская губа») и номере станции («5») будут помещены в таблицу «Станция» на рисунке 1, если таких данных в таблице еще нет. Дата отбора пробы будет помещена в таблицу «Проба» на рисунке 1, если такой даты в таблице еще нет, и будет связана со станцией «5» в водоеме «Невская губа», т.к. именно эти данные находятся в одной карточке.
После места и даты отбора пробы идут качественные и количественные данные: первые две записи - это обнаруженные виды в пробе, их численность, биомасса, процент от общей численности и процент от общей биомассы. Эти данные будут помещены в таблицу «Виды в пробе», представленную на рисунке 2. Далее выделенные прописными буквами идут обнаруженные в пробе группы фитопланктона с теми же названиями столбцов, что и виды. Эти данные будут помещены в таблицу «Группы в пробе». Завершает цепочку данных строка «Всего», содержащая общие (суммарные) данные по полученным видам фитопланктона при отборе пробы.
Таблица 2.
Примеры отобранной пробы с данными по зоопланктону (фрагмент)
| Водоем: Невская губа | Дата: 23.06.2009 | |||
| Станция: 2 | Глубина, м: 4,7 | Горизонт, м: 0 - 4 | ||
| Вид | Численность (N), экз/м3 | Биомасса (B), мг/м3 | N, % | В, % |
| CYCLOPOIDA | ||||
| Acanthocyclops viridis | 1,038 | 0,50 | 1,86 | |
| Mesocyclops leuckarti | 0,100 | 0,17 | 0,18 | |
| Mesocyclops oithonoides | 0,106 | 0,08 | 0,19 | |
| … |
В таблице 2, в отличие от данных в таблице 1, сначала идет название группы («CYCLOPOIDA»), а затем все принадлежащие этой группе виды. Как видно из сравнения таблицы 1 и таблицы 2, наборы полученных данных идентичны по своей структуре и, следовательно, для хранения данных по зоопланктону нужны лишь небольшие модификации спроектированной для фитопланктона структуры таблиц.
Данные гидробиологического мониторинга за 1981-1989 гг. были использованы в процессе построения и апробация моделей экосистемы Невской губы и восточной части Финского залива, приведенных в монографии «Невская губа - опыт моделирования» под ред. В.В. Меншуткина [7]. Более полная информация, полученная в данной работе в ходе систематизации имеющихся результатов гидробиологического мониторинга Финского залива, позволит уточнить существующие модели и разработать новые [8].
В результате проделанной работы была спроектирована БД гидроэкологического мониторинга для нужд Северо-Западного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, позволяющая хранить и обрабатывать данные, полученные в результате отбора проб в различных водоемах Северо-Западного региона. Данная база имеет легко масштабируемую структуру, и, при необходимости, позволяет добавлять новые таблицы для новых данных.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 186 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Результаты исследования модели | | | Аннотация |