Введение
Актуальность работы
В последнее время человек своей деятельностью создал большую проблему на Земле. Он сжигает природные ресурсы, нефть, газ, уголь, выбрасывает в атмосферу углекислый газ, меняет окружающую среду. Всем известно, что на Земле происходит глобальное потепление. Большое количество ученных - тысячи и десятки тысяч, пишут сегодня научные работы по этим вопросам. И несколько сотен экспертов приглашены в Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) - в Межправительственную группу экспертов по изменению климата. Такая экспертная группа исследует эффекты глобального потепления во всех оболочках Земли. После рецензий еще тысячами ученых их отчет и результат предоставляется на сайте Межправительственной группы по изменению климата. В специальном сокращенном виде делается отчет для политиков и для тех, от кого зависит глобальное решение по этим вопросам. [6]
В нашей стране тоже есть ряд специалистов, экспертов в институтах географии и океанологии, которые участвуют в написании этого отчета. Ну и, конечно же, в средствах массовой информации, по телевидению, радио много спорят, есть ли климатические изменения, нет ли их, есть ли какой-то интерес компаний, в том, чтобы регулировать экономическими методами выброс СО2.
Есть Парижские соглашения по климату, в которых участвуют представители разных стран. Соединенные Штаты Америки десятилетия назад вошли в эти Соглашения. Все, наверное, помнят Альберта Гора, который ездил по всему миру со своей знаменитой клюшкой, которая показывала ускоренный рост температуры в последнее время. Гор много сделал для освещения и популяризации данной темы и получил за это Нобелевскую премию мира. Нынешний президент Трамп категорически против Соглашений. Он прекратил финансирование многих институтов, сократил бюджеты для тех, кто исследует климат и убрал с сайта Белого дома соответствующую рубрику.
Есть ли доказательства изменения климата? Да. Это видно со спутников. Европейское космическое агентство, Американское космическое агентство имеют десятки спутниковых группировок, которые постоянно мониторят Землю. Записи температуры ведутся на метеостанциях более века. Уровни моря в крупных портах записываются более двухсот лет. Вся информация поступает в центры данных. Например, в Англии находятся Met Office Hadley Centre – центр метеослужбы и Permanent Service for Mean Sea Level (PSMSL) – постоянная служба среднего уровня моря.
Данные реконструируются, учитывается движение литосферных плит, чтобы понять, как менялся уровень моря за сто лет. И получаются тенденции, что средняя температура по планете выросла на 0,5-0,7 градуса и со скоростью 3 мм в год растет уровень моря.
Уровень моря измеряют альтеметрическими спутниками «Ясон», которые радарами-дальномерами определяют топографию океана с точностью до сантиметра. С 1993 года составляется карта изменений уровня моря. За 50 лет верхний километровый слой океана нагрелся на полградуса. Возникло тепловое расширение. Кроме того в океан стекают воды с тающих ледников Гренландии и Антарктиды. В горах, где раньше катались лыжники, сегодня наблюдается уменьшение ледниковых языков. Это видно наземным измерительным приборам и со спутников GRACE, измеряющих гравитационное поле нашей планеты. [2]
Величина ускорения свободного падения не во всех точках Земли равна 9,8 м/с2 . В местах залегания более плотных масс ускорение чуть выше, а, например, над залежами нефти и газа, - чуть ниже. С помощью наземных приборов гравиметров ускорение свободного падения измеряется с точностью до шестого знака. Стоимость приборов порядка миллиона долларов.
В космосе два спутника GRACE летят друг за другом, измеряют взаимное расстояние, то ускоряются, то замедляются и чувствуют все распределения масс на Земле. Спутники проработали с 2002 г. по 2017г., в три раза больше заявленного срока. В мае 2018 г. на смену им Илоном Маском на его ракете Falcon были запущены спутники GRACE Follow-on на орбиту высотой около 500 км.
За последние 15 лет Гренландия и Антарктида потеряли массу. Льды Гренландии убывают примерно на 200 Г тн. в год. Это миллионы айсбергов! Вода поступает в океан и влияет на рост уровня моря. Через сто пятьдесят лет Земле грозит повышение уровня моря на метр. Учитывая, что большой процент населения Земли живет на берегах океанов, на островах, возникнут большие экономические убытки.
Изменения климата чреваты трудностями с продовольствием и, самое страшное, с пресной водой. На густозаселенных территориях Индии, Пакистана уже сегодня не хватает пресной воды, поэтому там возникают конфликты, увеличивается бедность.
Спутниковые данные дают информацию о радиационном балансе Земли, о концентрации парниковых газов. Специальные эксперименты AIRS, MODIS на спутниках Aqua, Terra показывают не только визуальные снимки, но и показывают в специальных спектральных каналах как эволюционируют леса. Тропические леса на амазонке очень жестоко эксплуатируются. Спутники дают информацию о пожарах, аэрозолях в атмосфере. По фотосинтезирующим компонентам определяется количество планктона в океане, в морях фиксируются мертвые зоны с недостатком кислорода для развития биосферы. Спутники определяют ветра у поверхности моря, концентрацию газов, исследуют озоновые дыры в полярных регионах. Спутники решают десятки задач!
Цель проекта:
- создание учебной видеопрезентации о влиянии деятельности человека на изменения климата Земли.
Задачи проекта:
1. Выяснить, действительно ли на Земле происходит глобальное изменение климата?
2. Определить, какие изменения на нашей планете наблюдают ученые на протяжении многих лет.
3. Узнать чем грозит повышение уровня моря.
4. Выявить причины изменения климата на Земле.
5. Собрать и систематизировать фото и видеоматериал о глобальном изменении климата на Земле.
6. Познакомиться с программой создания видеофильмов и презентаций Windows Movie 3 Maker. Разобрать алгоритм работы с программой.
7. Выпустить диск с видеопрезентацией и оформить обложку.
Гипотеза:
при помощи программы Movie Maker возможно создать видеопрезентацию из коллекции фото и видео ресурсов в домашних условиях режима самоизоляции.
Практическая ценность состоит в том, что видеопрезентация может быть использована в учебном процессе при изучении астрономии.
КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТА
Влияние человека на климатическую систему является очевидным и становится все более значительным, при этом воздействия наблюдаются на всех континентах и во всех океанах. Начиная с 1950-х годов, многие наблюдаемые изменения являются беспрецедентными в масштабе от десятилетий до тысячелетий. Человек является основной причиной происходящего глобального потепления. Чем больше деятельность человека пагубно влияет на климат, тем больше риски серьезных, всеобъемлющих и необратимых воздействий на людей и экосистемы и тем сильнее долгосрочные изменения во всех компонентах климатической системы. В мире накоплен опыт для ограничения изменения климата и связанных с ним рисков и многочисленные решения, которые обеспечивают возможность постоянного развития экономики и человеческого потенциала.
Однако стабилизация повышения температуры до 2 °С относительно доиндустриальных уровней требует неотложного и существенного отступления от сценария обычного хода деятельности. Кроме того, чем дольше человечество ждет принятия мер, тем дороже это будет стоить и тем более серьезные технологические, экономические, социальные проблемы перед ним встанут.
Потому в 1988 году создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC) - организация, оценивающая риск глобального изменения климата, вызванного техногенными факторами. [5]
Цель МГЭИК состоит в том, чтобы «стабилизировать концентрации парниковых газов в атмосфере на уровне, который предотвратил бы опасное антропогенное вмешательство в климатическую систему».
IPCC не проводит собственных исследований. Ведущие специалисты оценивают информацию на основе опубликованных материалов, прошедших рецензирование.
В декабре 2007 года МГЭИК была присуждена Нобелевская премия мира «за их усилия по накоплению и распространению более широких знаний о антропогенном изменении климата и созданию основ для мер, необходимых для противодействия такому изменению». Премия разделена с бывшим вице-президентом США Альбертом Гором за его работу по изменению климата и документальный фильм Неудобная правда.[6]
Влияние человека на климатическую систему очевидно, а современные антропогенные выбросы парниковых газов являются самыми большими в истории. Недавние изменения климата оказали широко распространенные воздействия на антропогенные и природные системы. Произошло потепление атмосферы и океана, запасы снега и льда сократились, а уровень моря повысился.
Повышение температуры океана является главным фактором, способствующим увеличению энергии, содержащейся в климатической системе; на его долю приходится более 90 % энергии, аккумулированной с 1971 по 2010 гг., при этом только около 1 % содержится в атмосфере. В глобальном масштабе повышение температуры океана было самым значительным вблизи поверхности. [2]
Наблюдения изменений солености в поверхностном слое океана также предоставляют косвенное свидетельство изменений в глобальном круговороте воды в океане.
С начала индустриальной эры, поглощение CO2 океаном привело к закислению океана; величина рН в поверхностном слое океана снизилась на 0,1, что соответствует повышению кислотности, измеренной в концентрации ионов водорода, на 26 %.
В течение периода с 1992 по 2011 гг. Гренландский и Антарктический ледовые щиты теряли массу более высокими темпами с 2002 по 2011 гг. Ледники продолжали сокращаться практически во всем мире. Площадь весеннего снежного покрова в Северном полушарии продолжала уменьшаться.
Среднегодовое значение площади арктического морского льда уменьшалось в течение 1979-2012 гг. темпами, которые, находились в диапазоне 3,5-4,1 % за десятилетие. Площадь арктического морского льда уменьшалась в каждом сезоне и в каждом последовательном десятилетии с 1979 г., при этом наиболее быстрые темпы уменьшения средней площади за десятилетие происходят летом.
Антропогенные выбросы парниковых газов, вызванные в основном экономическим ростом и увеличением населения, возросли относительно доиндустриальной эпохи, и сейчас они как никогда значительные. Это привело к беспрецедентным уровням атмосферных концентраций диоксида углерода, метана и закиси азота, по крайней мере, за последние 800 000 лет. Их воздействия совместно с воздействиями других антропогенных факторов
обнаружены во всей климатической системе, и они являются главной причиной потепления, наблюдаемого с середины XX века.
В последние десятилетия изменения климата стали причиной воздействий на естественные и антропогенные системы на всех континентах и в океанах. Воздействия вызваны наблюдаемым изменением климата, независимо от его причины, что указывает на чувствительность естественных и антропогенных систем к изменяющемуся климату.
Для ограничения изменения климата потребуется существенное и устойчивое сокращение выбросов парниковых газов, которые в сочетании с адаптацией могут ограничить риски изменения климата.
Антропогенные выбросы газов в основном зависят от численности населения, экономической деятельности, образа жизни, использования энергии, моделей землепользования, технологии и климатической политики.
Изменение климата увеличит существующие и создаст новые риски для природных и антропогенных систем. Риски распределяются неравномерно и обычно являются более значительными для менее защищенных людей и сообществ в странах, находящихся на всех уровнях развития.
Большая часть видов сталкивается с повышенным риском исчезновения вследствие изменения климата в XXI веке и в последующий период, особенно вследствие того, что изменение климата взаимодействует с другими факторами стресса. Большинство растительных видов не могут естественным образом изменить свои географические ареалы достаточно быстро в соответствии с текущими и высокими прогнозируемыми темпами изменения климата в большинстве ландшафтов.
Будущий риск будет высоким, как это следует из наблюдений. Морские
организмы столкнутся со все более низкими уровнями кислорода и высокими темпами и масштабами закисления океана, с соответствующими рисками, усугубленными повышением экстремальной температуры океана. Коралловые рифы и полярные экосистемы являются в высшей степени уязвимыми. Прибрежные системы и низменные районы подвержены риску в результате повышения уровня моря, которое будет продолжаться в течение нескольких веков, даже при условии стабилизации средней глобальной температуры.
Согласно перспективным оценкам, изменение климата приведет к ликвидации продовольственной безопасности. В результате прогнозируемого изменения климата к середине XXI века и в последующий период глобальное
перераспределение морских видов и уменьшение морского биоразнообразия в чувствительных регионах создадут проблемы для устойчивого обеспечения продуктивности рыбных промыслов и других экосистемных услуг. Для пшеницы, риса и кукурузы, выращиваемых в регионах с тропическим и умеренным климатом, изменение климата без адаптации к нему негативно скажется на производстве в случае превышения локальной температурой уровней конца ХХ века на 2 °С или более, хотя в отдельных местах это превышение может оказаться благоприятным. Повышение глобальной температуры на ~4 °С, наблюдавшихся в конце ХХ века, в случае его сочетания с возрастающим спросом на продовольствие, приведет к появлению существенных рисков для продовольственной безопасности в глобальном масштабе.
Изменение климата приведет к существенному уменьшению числа возобновляемых источников поверхностных вод и ресурсов подземных вод в большинстве сухих субтропических регионов, усиливая конкуренцию за воду
между секторами.
Согласно перспективным оценкам, до середины века изменение климата будет оказывать воздействие на здоровье человека, главным образом усугубляя уже существующие проблемы здоровья. Как ожидается, в течение XXI века изменение климата приведет к увеличению числа людей с плохим здоровьем во многих регионах, и особенно в развивающихся странах с низким уровнем дохода.
Определение высоты земной поверхности и акватории Мирового океана относительно земного эллипсоида проводится с помощью измерений с искусственного спутника Земли и называется альтиметрией. Это один из современных дистанционных методов зондирования Земли из космоса, который заключается в измерении высоты спутника относительно поверхности Земли по времени прохождения сигнала, посылаемого и получаемого после отражения от поверхности Земли.
Суть метода сводится к вычислению положения морской уровенной поверхности. Данные спутниковых альтиметров используются уже достаточно давно, но в последние несколько лет, благодаря запуску новых спутников с более точными приборами и старту проекта GRACE по уточнению геоида, точность данных спутниковой альтиметрии возросла настолько, что на их основе уже можно получать оценки скоростей течений. [3]
Данные спутниковой альтиметрии имеют хорошее пространственное и временное разрешение, поэтому грамотное использование и корректная интерпретация этих данных является чрезвычайно важной задачей для комплексного исследования динамики морей и океанов.
Спутниковая альтиметрия позволяет снимать различные показания с большей поверхности Земли, за исключением Арктики и Антарктики – ледяные щиты на полюсах не позволяют получать корректные данные.
Так согласно данным, полученным со спутника, уровень мирового океана растет не так быстро, как температура планеты, но все же показатели увеличиваются. Максимальное повышение уровня океана наблюдается в районе Индонезии. Но, оказывается, есть и обратный процесс – в районе западного побережья Северной Америки, в небольшом районе Южной Америки и в отдельных областях Южного океана уровень океана, наоборот, падает.
Происходит ли это за счет таяния ледников, или чего-то еще? Вопрос открытый. Ледники находятся на Северном и Южном полюсах, но талая вода, за счет вращения Земли, смещается к экватору. Дополнительно на уровень океана влияет и такой фактор, как плотность воды, которая также меняется из-за повышения температуры и снижения показателя солености (разбавление талыми водами). Также допускается вариант, что уровень мирового океана вовсе не изменяется, а данные измерений меняются за счет роста эллипсоида планеты.[3]
Спутниковая альтиметрия в настоящее время является единственным методом, который позволяет исследовать уровенный режим как Мирового океана, так и морей арктического шельфа Российской Федерации. Эти моря характеризуются сложными гидродинамическими, приливными, ледовыми и метеорологическими режимами, что обуславливает особенности обработки данных спутниковой альтиметрии для этого региона.
Спутниковая система наблюдений включает оперативные полярные и геостационарные спутники и ряд научно-исследовательских спутников. Полярные спутники поставляют регулярную оперативную информацию о вертикальных профилях температуры и влажности, геостационарные – о характеристиках поля ветра в тропиках и многих других параметров. С геостационарных спутников поступает информация о состоянии атмосферы и поверхности в средних и тропических широтах с высокой периодичностью (15−30 мин.). Кроме данных, поступающих с оперативных спутников, значительное количество разнообразной информации собирается с научно-исследовательских спутников (НИС) различных стран. Разнообразные приборы НИС позволяют определять многочисленные параметры атмосферы и поверхности в научно-исследовательских целях. К ним можно отнести различные характеристики облачности, вертикальные профили и общее содержание озона и ряда малых газовых составляющих, оптические и микрофизические характеристики аэрозолей, водность облаков, интенсивность осадков и т.д.
В условиях относительно ограниченной плотности сети локальных наблюдений в ряде стран, как на суше, так и над океанами, и необходимости получения глобальной информации о состоянии атмосферы и поверхности с высокой периодичностью и пространственным разрешением, измерения дистанционными методами становятся регулярным и часто важнейшим видом наблюдений характеристик атмосферы и поверхности. Так, например, гидродинамические модели объективного анализа и прогноза в качестве исходных данных используют, наряду с данными гидрометеорологической сети наблюдений, информацию, получаемую дистанционными методами, в том числе с помощью ИСЗ. Значительна роль спутниковых наблюдений в климатических исследованиях, а также в изучении закономерностей разнообразных процессов и явлений, происходящих в системе атмосфера-поверхность, и потоков э.м. и корпускулярного излучения, приходящих на верхнюю границу атмосферы. Над океанами ИСЗ являются, в большинстве случаев, важнейшими источниками информации. Такая же картина в ряде районов на материках (Сибирь, приполярные районы). Современная международная конфигурация различных спутников, используемых для изучения состояния атмосферы и поверхности представлена геостационарными спутниками различных ведомств и стран (Meteosat, MSG, GOES,GMS, GOMS, COMS, INSAT), полярные спутники (Metop, METEOP 3M, FY-1/3, NPOESS и т.д.), научно-исследовательские спутники (ENVISAT/ERS-2, Meteor-3M No.1, SPOT-5, TERRA, Aqua, TRMM, Quicksat, Jason-1, Ocean series и т.д.).
Для анализа гидрологического режима Белого, Баренцева и Карского морей оптимальными являются данные спутников ERS-1/2, Envisat и Jason-1/2/3.
Jason-3 — космическая океанографическая лаборатория, выполняющая миссию по измерению рельефа поверхности мирового океана. Совместный проект Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Национального центра космических исследований (CNES) и Европейской организации спутниковой метеорологии (Eumetsat). [2]
Запуск успешно состоялся в январе 2016 года со стартовой площадки на базе Ванденберг.
ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА
Предмет разработки: образовательный продукт, который можно будет использовать в учебном процессе на занятиях по астрономии – видео презентация из фотографий, картинок, видеосюжетов о глобальном изменении климата на Земле.
Технология создания видеопрезентации
Для создания видеопрезентации использовалась программа Windows Movie Maker. Это программа для создания и редактирования любительских фильмов, которая входит в комплект операционных систем семейства Microsoft Windows, начиная с Windows ME и заканчивая Windows Vista. Программа позволяет добавлять специальные эффекты, дикторский текст и музыку.[4]
Возможности программы Windows Movie Maker:
- получение видео с цифровой видеокамеры (телефона);
- создание слайд-шоу из изображений;
- обрезание или склеивание видео;
- наложение звуковой дорожки;
- добавление заголовков и титров;
- создание переходов между фрагментами видео;
- добавление простых эффектов;
- вывод проекта в формат WMV или AVI с настраиваемым качеством.
I этап. Запуск программы.
Программа запускается кнопкой Пуск. Далее необходимо перейти в меню Программы и выбрать Windows Movie Maker. Открывшееся окно программы разделено на несколько частей: команды обработки файлов, раскадровка и шкала времени, место расположения материала и окно показа. В процессе создания фильма можно переключаться между раскадровкой и шкалой времени. [7]
II этап. Подготовка фотографий, картинок, видеоматериала.
Подготовка картинок с помощью Microsoft PowerPoint и графического редактора Paint. Данные редакторы были использованы потому, что возможности Windows Movie Maker ограничены и не позволяют располагать текст на ролик в любом месте кадра, а так же для придания эстетического вида. Для создания презентации любым способом в открытом окне приложения Microsoft Power Point выбирается команду Файл/Создать, в области задач открывается панель Создание презентации. Определяется способ вывода презентации (стиль), например, презентации на экране. Указывается заголовок презентации, а также выбираются объекты, которые будут размещаться на каждом слайде. Для завершения работы по созданию презентации нажимается кнопка Готово.
III этап. Создание слайдов.
Картинка добавляется на фон нового изображения, которое оформляется в соответствии с текстом и фоном слайда.
После подготовки слайда редактор Microsoft PowerPoint приводится в режим просмотра слайдов. Картинка копируется в буфер обмена. Открывается редактор Paint, в него вставляется из буфера картинка и сохраняется с нужным расширением JPEG.
IV этап. Монтаж фильма в редакторе Windows Movie Maker.
В левом окне Операции с фильмами выбирается пункт Импорт изображений. Далее находится папка с нужными картинками, открывается, выделяются нужные графические файлы с удержанием клавиши Shift или Ctrl. Нажимается кнопка Импорт. Картинки появляются в центральной части окна.
V этап. Подготовка аудиотреков.
Открывается Nero SoundTrax, аудиодорожки копируются в редактор. Обрезается все ненужное, готовые аудиофайлы сохраняются и импортируются в Windows Movie Maker. Так же в Windows Movie Maker импортируются уже готовые видеоролики, взятые в Интернете.
VI этап. Монтаж видеоролика.
Все необходимые картинки располагаются в раскадровке, добавляются эффекты переходов между кадрами. Выбирается понравившийся видеопереход и он переносится с помощью мышки на раскадровку между двумя соседними кадрами. Аналогично устанавливаются видеопереходы для остальных кадров фильма. Просматривается результат монтажа.
VII этап. Звуковое сопровождение.
Осуществляется переход в режим Отображение шкалы времени, в поле Звук и музыка перетаскиваются звуковой файл на раскадровку. Далее осуществляется возврат в режим отображения раскадровки и просматривается результат в Окне показа.
VIII этап. Титульный и финальный кадры фильма.
После расстановки всех элементов по местам осуществляется переход к добавлению названий и титров.
IX этап. Мой фильм
По окончании всех изменений и дополнений созданный проект сохраняется в виде фильма под своим названием. Для этого в меню Операции с фильмами нажимается кнопка Сохранение на компьютере. В открывшемся окне пишется название фильма и указывается место сохранения.
Сценарий видеопрезентации «Изменение климата на Земле глобально?»:
1. Название фильма.
2. Человек создает проблемы на Земле.
3. IPCC - Межправительственная группа экспертов по изменению климата.
4. Споры о климатических изменениях в СМИ.
5. Парижские соглашения по климату. Альберт Гор.
6. Доказательства изменения климата с помощью спутников.
7. Центр метеослужбы и Постоянная служба среднего уровня моря в Англии.
8. Альтиметрический спутник «Ясон».
9. Нагрев океана на полградуса. Последствия.
10. Спутник GRACE.
11. Прогноз для будущего Земли.
12. Спутники Aqua, Terra.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Причиной глобального потепления являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, с недавних пор, деятельность человека.
Для того чтобы лучше понять, что происходит на планете в целом, ученые используют спутники.
Спутниковая методика наблюдения шагнула далеко за рамки классических геодезических задач. В настоящее время в использовании спутниковой альтиметрии наблюдается переход от решения задач, связанных с исследованием гидрологического и гидродинамического режимов Мирового океана, к проблемам внутренних и окраинных морей, а также крупных озер, водохранилищ и рек.
Спутниковая альтиметрия стала незаменимым инструментом в исследовании климатических изменений уровня Мирового океана и крупнейших ледовых щитов Гренландии и Антарктики.
Сегодня взгляд на Землю из космоса не просто меняет наши отношения с планетой на концептуальном уровне, а помогает разрабатывать решения для ее защиты. Поэтому так важно заниматься проектной деятельностью, получать качественное образование.
Системное внедрение новых информационных технологий позволяет разрабатывать элементы информационно-образовательной среды с высокой степенью эффективности обучения. Доказано, что самый эффективный способ обучения на сегодняшний день - это видеоуроки.
Создание видеопрезентации научило работе с такими редакторами как Microsoft PowerPoint, Windows Movie Maker, Paint, Nero SoundTrax.
Все поставленные в начале проектирования задачи решены, цель достигнута.