試論我國大氣環(huán)境立體監(jiān)測技術及應用

徐建閣

【摘 要】近年來，我國環(huán)境形勢日益嚴峻，治理環(huán)境污染成為我國急需解決的重要問題。而對大氣環(huán)境進行有效監(jiān)測是環(huán)境污染治理的初期階段，也是重要環(huán)節(jié)。目前，我國大氣立體監(jiān)測技術可以實現(xiàn)對大氣中痕量氣體、氣溶膠、SO2、NO2以及其他大氣污染氣體的快速、精準監(jiān)測。論文主要介紹了我國現(xiàn)有的大氣環(huán)境立體監(jiān)測技術及其具體應用，希望能為我國環(huán)境監(jiān)測體系的進一步完善和發(fā)展提供有益參考。

【Abstract】 In recent years， the environmental situation in China has become increasingly serious， and the control and treatment of environmental pollution has become an important problem urgently to be solved in China. Effective monitoring of atmospheric environment is not only the initial stage of environmental pollution control and treatment， but also an important link. At present， China's atmospheric stereoscopic monitoring technology can achieve the rapid and accurate monitoring of trace gases， aerosols， SO2， NO2 and other air pollution gases in the atmosphere. This paper mainly introduces the existing stereoscopic monitoring technology of atmospheric environment and its application in China， hoping to provide a useful reference for the further improvement and development of the environmental monitoring system in our country.

【關鍵詞】立體監(jiān)測；技術；大氣環(huán)境

【Keywords】 stereoscopic monitoring； technology； atmospheric environment

【中圖分類號】X831 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0154-02

1 引言

近年來，我國經濟飛速發(fā)展，但環(huán)境問題也越來越突出，政府對環(huán)境保護的重要性認識越來越深刻，目前已經開始積極轉變經濟增長方式，環(huán)境保護與生態(tài)治理也逐漸成為我國的重點關注和研究內容。大氣環(huán)境立體監(jiān)測技術是我國針對大氣環(huán)境污染防治、應對氣候變化、改善生態(tài)環(huán)境、保障人體健康等重大需求開展的一項關鍵技術，該技術的應用對于我國的環(huán)境治理具有不可取代的重要意義。因此，筆者就我國目前現(xiàn)有的大氣環(huán)境立體監(jiān)測技術進行介紹，主要包括：機載遙感監(jiān)測技術、地基遙感監(jiān)測技術、星載遙感監(jiān)測以及車載測量設備，并探究了這四大技術的應用現(xiàn)狀。

2 機載遙感監(jiān)測技術及應用

機載遙感監(jiān)測技術的原理為將監(jiān)測設備安裝到飛機上，由飛機將監(jiān)測設備帶到大氣的平流層，對不同高度的大氣污染進行監(jiān)測[1]。

目前，我國的機載遙感監(jiān)測技術已經有了進一步的發(fā)展，有特定的飛機用于測量大氣污染，且建立了基于飛艇、飛機、氣球以及無人機等機載平臺的大氣環(huán)境空中監(jiān)測實驗系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)對不同高度、全球區(qū)域的大氣環(huán)境的全面、長期、連續(xù)、立體、動態(tài)監(jiān)測。

2014年，我國成功研發(fā)了一種可快速獲取區(qū)域環(huán)境大氣污染成分的機載監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機載激光雷達、機載差分吸收光譜儀和機載多角度偏振輻射計，這三種技術可以互相補充、合作監(jiān)測大氣環(huán)境中大氣氣溶膠、污染氣體、顆粒物等主要大氣成分。其中機載差分吸收光譜儀是該系統(tǒng)的關鍵，其工作原理為通過探測地物的反射光譜，利用差分吸收光譜技術獲得污染氣體的區(qū)域分布狀況，并快速地探知地面排放污染源[2]。機載激光雷達用于探測云和氣溶膠相互作用、污染區(qū)域、沙塵傳輸路徑以及大氣環(huán)境突發(fā)事件等問題，其監(jiān)測數據較星載激光雷達所獲數據更為精確，可以解決星載激光雷達信噪比偏低的問題，是星載激光雷達的有效補充及進行技術驗證和數據對比的重要平臺。

3 地基遙感監(jiān)測技術及應用

地基遙感監(jiān)測技術是我國常見的并逐漸成熟的大氣污染監(jiān)測技術，主要包括被動差分吸收光譜技術（DOAS）、被動傅里葉變換紅外光譜技術（FTIR）、多波段光度計遙感、微波輻射計遙感等。該技術利用地基監(jiān)測平臺，通過大氣不同成分對太陽光譜的吸收不同，且針對不同的光束進行反射的原理進行數據的監(jiān)測，得出監(jiān)測區(qū)域的大氣中的主要氣體成分。

目前，我國地基遙感監(jiān)測技術的最新發(fā)展為DOAS技術的研發(fā)和應用，該技術可以對大氣環(huán)境中的SO2和CO2進行針對性的監(jiān)測，在地基站還可以監(jiān)測大氣有害氣體的含量及其集中分布的位置，為我國治理有害氣體和環(huán)境污染提供了重要的數據支持。

3.1 被動DOAS技術

被動DOAS技術的工作原理為監(jiān)測大氣中不同氣體的吸收太陽光譜的截面，并反演各種痕量氣體的含量[3]。目前，中國正在開展主動DOAS技術、地基被動DOAS技術、機載和星載DOAS技術的研究。

3.2 傅里葉變換紅外光譜技術（FTIR）

傅里葉變換紅外光譜技術指的是通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅里葉變化的方法來測定紅外光譜。傅里葉變換紅外光譜技術主要具有監(jiān)測信號傳輸路徑多、監(jiān)測精確度高、分辨率高、波段寬等優(yōu)點，如今在環(huán)境監(jiān)測中的應用十分廣泛，尤其適用于測量和鑒別污染嚴重的大氣成分、有機物或酸類以及溫室氣體等。