遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

王 鵬

（許昌市環(huán)境監(jiān)測中心河南許昌461000）

遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

王 鵬

（許昌市環(huán)境監(jiān)測中心河南許昌461000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的快速提升，工業(yè)建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但工業(yè)建設(shè)發(fā)展的同時(shí)所造成的大氣環(huán)境污染問題已經(jīng)逐漸影響到人們的健康，一定程度上抑制了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。通過常規(guī)的監(jiān)測方法檢測區(qū)域性大氣環(huán)境質(zhì)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確，同時(shí)還要浪費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，而遙感技術(shù)的出現(xiàn)給大氣環(huán)境監(jiān)測工作提供了技術(shù)保障。作為監(jiān)測大氣環(huán)境的主要技術(shù)手段，遙感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測到大面積大氣污染事故，便于相關(guān)部門以此為依據(jù)進(jìn)行應(yīng)急方案的制定，確保方案的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和合理性。本文主要圍繞遙感監(jiān)測技術(shù)的原理，重點(diǎn)分析了在大氣環(huán)境監(jiān)測中遙感技術(shù)的應(yīng)用情況以及我國大氣環(huán)境遙感監(jiān)測的進(jìn)展及展望，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

遙感技術(shù)；大氣環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)用原理

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)如今，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)有了一定的提升，從之前的瞬時(shí)人工監(jiān)測到如今連續(xù)自動監(jiān)測的不斷進(jìn)步與發(fā)展，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，不過仍然存在一定范圍的局限性。在監(jiān)測某些區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量情況時(shí)，其結(jié)果不夠精確，而且需要較大的資金投入。而遙感技術(shù)監(jiān)測的出現(xiàn)完美的解決以往環(huán)境監(jiān)測工作中存在的眾多問題，遙感技術(shù)不但具有較快的速度和較低的成本，而且具有廣泛的檢測范圍，不僅能夠保持動態(tài)監(jiān)測的長期性，而且能夠準(zhǔn)確的定位到平時(shí)無法發(fā)現(xiàn)的污染源及其擴(kuò)散的方向，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境治理的準(zhǔn)確度和及時(shí)性。

1 遙感監(jiān)測原理

所謂的遙感技術(shù)，就是通過儀器對一段間隔以外的物體或發(fā)生的某種現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測。遙感監(jiān)測技術(shù)能夠減少對物體或某種現(xiàn)象的直接接觸，在遠(yuǎn)處即可獲得所需要的信息，同時(shí)及時(shí)的辨認(rèn)和分析該信息。在世界范圍內(nèi)，遙感技術(shù)屬于先進(jìn)的大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，遙感技術(shù)由于具有眾多的優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用，它在對污染源進(jìn)行定位以及跟蹤時(shí)不需要采樣就能夠完成；它能夠?qū)⒆詣訄?bào)警裝置設(shè)置在技術(shù)應(yīng)用中，如果出現(xiàn)了污染源，報(bào)警裝置就能夠?qū)ξ廴驹磳ΡO(jiān)測，對污染范圍以及在大氣中的擴(kuò)散進(jìn)行自動跟蹤。遙感監(jiān)測一般可分為五種類型：一是紫外監(jiān)測，二是可見光監(jiān)測，三是微波遙感技術(shù)；四是熱紅外遙感技術(shù)；五是反射紅外遙感技術(shù)。

2 遙感監(jiān)測技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用

遙感技術(shù)可劃分為多種工作方式，通常我國所用到的遙感監(jiān)測方式為主動式遙感監(jiān)測和被動式遙感監(jiān)測。前者一般是將波束或次波束通過遙感探測儀器自身向外發(fā)出，與被探測的物質(zhì)吸收、反射等相互作用后產(chǎn)生回波，隨后利用衛(wèi)星及時(shí)檢測這些回波；后者則是通過太陽光完成的，物體受到陽光的照射，對太陽光不同的吸收、反射和折射，另外加上接收物體自身所發(fā)射的紅外光，進(jìn)而很好的測量出大氣成分。

2.1 檢測大氣氣溶膠

在大氣中，很多固、液態(tài)的可見與不可見得微粒或其他物質(zhì)被稱為氣溶膠，它的范圍也包括人們常常討論的煙、霧、霧霾等。在遙感技術(shù)沒有普及的時(shí)候，大氣中的氣溶膠很難通過大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)現(xiàn)并檢測。但是在大氣監(jiān)測中，遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠通過超高分辨率的衛(wèi)星實(shí)時(shí)的監(jiān)測到氣溶膠空間具體的分布與其運(yùn)動變化的趨勢，將地面監(jiān)測中存在的不足進(jìn)行很好的彌補(bǔ)。

2.2 監(jiān)測沙塵暴

在我國所出現(xiàn)的自然災(zāi)害中，沙塵暴發(fā)生的幾率較高，它對人們的正常生活和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，與此同時(shí)還使大氣污染更加嚴(yán)重。沙塵暴具有突發(fā)性強(qiáng)、危害性大等特點(diǎn)，它也屬于大氣氣溶膠的一種。1993年，我國科學(xué)家首次通過遙感技術(shù)對北京和天津的沙塵暴特性進(jìn)行了監(jiān)測，通過對數(shù)據(jù)的分析能夠看出在出現(xiàn)沙塵暴時(shí)，可見光通道1和2的反射率有上升的趨勢，不斷增大的強(qiáng)度會導(dǎo)致反射率越來越大?，F(xiàn)如今，通過長期的監(jiān)測能夠看出，紅外通道數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的確定出沙塵暴的位置，同時(shí)也能夠非常準(zhǔn)確的監(jiān)測出大尺度沙塵暴的運(yùn)動軌跡。

2.3 監(jiān)測臭氧層

在保護(hù)地球上的人類以及其他動植物時(shí)，臭氧層均起到了至關(guān)重要的作用，在進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測時(shí)，臭氧層的變化情況能夠通過遙感技術(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測，空洞形成的位置也能夠通過遙感技術(shù)進(jìn)行全面掌握。

2.4 監(jiān)測有害氣體

在地球上，人和其他生物的生活會導(dǎo)致SO2、NO2等有害的氣體不斷地產(chǎn)出。當(dāng)SO2、NO2等有害氣體對植物造成污染以后，會導(dǎo)致其對紅外光的反射率不斷下降，而它的顏色的變化以及動態(tài)標(biāo)志不同于正常植被所呈現(xiàn)的顏色?？蒲腥藛T能夠通過這一特點(diǎn)研究和分析植物的污染情況。在不同的像元上衛(wèi)星遙感對植物的監(jiān)測會有所呈現(xiàn)，人們能夠?qū)⑾裨畔⒂米约旱臉?biāo)準(zhǔn)對比實(shí)際的土壤、植被、水體等，隨后分析兩者之間的相關(guān)內(nèi)容，分類對照這些不同的像元信息。污染氣體的信息與這些不同的像元信息相疊加以后，能夠使污染物氣體累加濃度信息得以顯現(xiàn)。

2.5 監(jiān)測城市熱島效應(yīng)

所謂的城市熱島效應(yīng)，就是人口在城市內(nèi)大量聚集，導(dǎo)致呼吸、取暖、自身的大量熱量聚集于城市的某一范圍內(nèi)，出現(xiàn)了該地區(qū)的氣溫明顯比周圍區(qū)域高的現(xiàn)象。城市熱島不僅是城市現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，同時(shí)也是大氣熱污染現(xiàn)象。在進(jìn)行大氣遙感監(jiān)測時(shí)，地物的溫度能夠通過熱紅外遙感進(jìn)行測定，通過一定差異的熱效應(yīng)將熱源有效的探測出來。通過遙感技術(shù)等量分割熱圖像，對區(qū)域正常情況下的等溫線進(jìn)行正確的繪制，如果溫線變化在之后的檢測中被發(fā)現(xiàn)，就能夠表明影響溫度變化的因素在這個(gè)地方存在。所以，大氣遙感監(jiān)測能夠?qū)Τ鞘袩釐u的時(shí)空分布特征、強(qiáng)度等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。

3 我國大氣環(huán)境遙感監(jiān)測的進(jìn)展及展望

3.1 利用遙感技術(shù)監(jiān)測大氣污染與污染源

比如在某省通過紅外掃描儀監(jiān)測某露天煤礦時(shí)，對礦坑上空逆溫層的形成與大氣污染物擴(kuò)散的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)分析，對產(chǎn)生污染的條件有了一定的掌握，這些數(shù)據(jù)有利于露天礦的污染防治和預(yù)測預(yù)報(bào)工作；某省環(huán)保研究部門與中國環(huán)境科學(xué)研究院聯(lián)合在某市以大氣污染為監(jiān)測目標(biāo)，進(jìn)行了持續(xù)的遙感監(jiān)測；北京環(huán)保部門通過航空遙感技術(shù)分析了市區(qū)規(guī)劃的煙囪高度及分布。

3.2 利用植物受污染的變化監(jiān)測污染點(diǎn)

通過遙感技術(shù)，能夠使植物的季相節(jié)律變化和遭受污染后的反應(yīng)差異在遙感圖象上得以呈現(xiàn)，通過植物受到污染所呈現(xiàn)出來的特性進(jìn)行大氣污染的演練，比如進(jìn)行大氣污染的范圍、程度和擴(kuò)散變化的確定，如在進(jìn)行津渤環(huán)境遙感試驗(yàn)時(shí)，能夠通過樹冠影像的色調(diào)和大小在遙感圖像上呈現(xiàn)出的差異，對二氧化硫和酸氣、氟化氫等典型污染場進(jìn)行圈定。

3.3 利用地面采樣分析污染源

將遙感圖象結(jié)合地面采樣的結(jié)果進(jìn)行有效的分析，比如利用遙感技術(shù)對津渤環(huán)境進(jìn)行檢測時(shí)，通過樹木葉片的采集進(jìn)行含硫、含氯量，以及樹皮的pH值的測定，從而很快能夠分析出二氧化硫、氯氣、酸霧的污染。

3.4 利用遙感技術(shù)監(jiān)測上空污染

在對污染地區(qū)上空進(jìn)行分層采樣時(shí)，可以通過飛機(jī)進(jìn)行大氣監(jiān)測儀器的攜帶，隨后分析處理這些數(shù)據(jù)，比如在監(jiān)測某市大氣氣溶膠、飄塵、二氧化硫的時(shí)空分布特征和運(yùn)移規(guī)律時(shí)，通過該方式能夠準(zhǔn)確的對上空污染情況進(jìn)行測量。

近年來，我國不斷增加的環(huán)境污染物排放總量導(dǎo)致污染范圍呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大的趨勢，因此需要對大氣環(huán)境污染變化進(jìn)行密切監(jiān)視，對大氣質(zhì)量現(xiàn)狀及未來的變化趨勢進(jìn)行全面掌握。面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染，需要大力發(fā)展大氣環(huán)境遙感探測技術(shù)，確保我國環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測與預(yù)報(bào)系統(tǒng)得到及時(shí)的建立與完善，并使其與地面環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)相結(jié)合，對大氣成分的變化、大氣污染與污染源、大氣溫度和密度以及地表溫度和云的物理特性等進(jìn)行共同監(jiān)測。與此同時(shí)，在大力發(fā)展大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)的同時(shí)，要使其與對地觀測技術(shù)相結(jié)合，對國際上資源環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行充分利用，引進(jìn)國際先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，對我國的大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)加大發(fā)展力度，同時(shí)將現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)和常規(guī)監(jiān)測方法進(jìn)行充分利用，通過遙感技術(shù)結(jié)合地面監(jiān)測的方式，使我國大氣環(huán)境遙感監(jiān)測系統(tǒng)得到不斷完善和提升。

4 結(jié)語

總言而之，遙感技術(shù)不但能夠準(zhǔn)確、動態(tài)的監(jiān)測出較大范圍內(nèi)的大氣環(huán)境污染情況，實(shí)時(shí)的監(jiān)測出大氣環(huán)境污染變化趨勢，而且能夠快速準(zhǔn)確的定位大氣環(huán)境污染事情的發(fā)生，跟蹤大氣環(huán)境污染的發(fā)展以及監(jiān)測大氣環(huán)境污染的停止時(shí)間，從而對其采取相應(yīng)的措施，使大氣污染造成的損失大大降低。在今后的大氣環(huán)境污染治理中，遙感監(jiān)測技術(shù)所發(fā)揮的作用依然舉足輕重，還能夠有效的延伸到水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等眾多領(lǐng)域。

[1]李啟華,牛生杰,許丹.基于太湖地區(qū)MFRSR遙感大氣氣溶膠光學(xué)特性和大氣污染狀況[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),2012,35（3）.

[2]羅宇翔,陳娟,鄭小波.近10年中國大陸MODlS遙感氣溶膠光學(xué)厚度特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2012,21（5）.