遙感技術在城市大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用分析

摘要：隨著城市化加速，城市大氣環(huán)境問題凸顯，威脅人類健康與生態(tài)安全。傳統(tǒng)地面監(jiān)測方法局限性大，難以滿足監(jiān)測需求，遙感技術憑借覆蓋廣、時效強、成本低等優(yōu)勢，為城市大氣環(huán)境監(jiān)測提供新手段。主要概述遙感技術概念與分類，分析城市大氣污染防治現狀，探討遙感技術在大氣監(jiān)測中的應用，并展望其在城市環(huán)境監(jiān)測的前景，為相關研究提供借鑒，助力解決城市大氣環(huán)境問題。

關鍵詞：遙感技術；大氣環(huán)境檢測；應用分析

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-00-03

Application Analysis of Remote Sensing Technology in Urban Atmospheric Environment Monitoring

Abstract： With the acceleration of urbanization， urban atmospheric environmental problems have become prominent， threatening human health and ecological security. Traditional ground monitoring methods have significant limitations and are difficult to meet monitoring needs. Remote sensing technology， with its advantages of wide coverage， strong timeliness， and low cost， provides a new means for urban atmospheric environment monitoring. This article mainly outlines the concept and classification of remote sensing technology， analyzes the current situation of urban air pollution prevention and control， explores the application of remote sensing technology in air monitoring， and looks forward to its prospects in urban environmental monitoring， providing reference for related research and helping to solve urban air environmental problems.

Keywords： remote sensing technology; atmospheric environment detection; application analysis

隨著全球環(huán)境問題日益嚴峻以及城市化進程的加速推進，大氣污染、干旱缺水等現象成為我國城市發(fā)展中不可忽視的重大挑戰(zhàn)，不僅對城市人口的健康、資產的安全以及經濟的穩(wěn)定構成威脅，還對生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成了影響[1]。因此，需要有效提升城市的生態(tài)環(huán)境質量，并增強城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展能力。近年來，遙感技術在城市大氣環(huán)境監(jiān)測領域的應用研究取得了顯著進展。因此，綜述遙感技術在城市大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用現狀，分析其優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，并展望未來的發(fā)展方向，以期為相關研究和應用提供參考。

1 遙感技術的概念與分類

1.1 遙感技術的概念

遙感技術作為一種從遠距離感知目標反射或其自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，并進行目標探測與識別的技術，已在實際應用中展現出其獨特的優(yōu)勢。各類傳感器能夠高效采集并處理遠處物體所發(fā)出的電磁信號，進而實現精準成像。遙感監(jiān)測具備大尺度、長時段、動態(tài)及重復觀測的特點，因此在眾多領域，尤其是環(huán)境監(jiān)測中的應用前景較為廣闊。在環(huán)境監(jiān)測領域，遙感技術無須預先取樣，即可追蹤觀測區(qū)域內污染源，從而實現對污染源的快速辨識、污染范圍及傳播路徑的準確定位。遙感技術原理如圖1所示。

1.2 環(huán)境遙感技術的分類

1.2.1 可見光與反射紅外遙感技術

可見光與反射紅外遙感技術依據地物在可見光及反射紅外波段反射率的差異，精確探測目標物，并構建了一個包含不同地物光譜特征的光譜特征庫，利用這些特征來有效監(jiān)控環(huán)境中的污染物。在區(qū)分植被、水體、土壤等多種地物類型時，該技術展現出卓越的性能，為環(huán)境質量評估提供數據資源[2]。

1.2.2 熱紅外遙感技術

熱紅外遙感技術專注于大范圍區(qū)域的溫度監(jiān)測。其通過接收地物發(fā)射的熱紅外輻射，能夠在短時間內迅速獲取大面積區(qū)域的溫度分布信息。因此，熱紅外遙感監(jiān)測技術能夠有效監(jiān)測城市熱島效應、森林火災等環(huán)境現象，為環(huán)境應急響應和長期監(jiān)測提供了強有力的技術支持。

1.2.3 微波遙感技術

微波遙感技術基于微波傳輸特性的變化，通過分析微波與目標物之間的相互作用關系，反演出目標物的物理特性和運動狀態(tài)。該方法在探測地表形變、海洋表面風場等環(huán)境動態(tài)變化方面具有獨特優(yōu)勢，為環(huán)境動態(tài)監(jiān)測提供新的觀察角度和有效手段。

2 城市大氣污染防治現狀

2.1 傳統(tǒng)監(jiān)測體系面臨數據單一、區(qū)域局限及高昂運維成本

目前，我國城市空氣污染控制的監(jiān)測體系以地基監(jiān)測為主導，輔以低空激光雷達與無人機巡邏等手段。但是，這些監(jiān)測方式在指標、方法及等級上存在局限，導致數據單一化，監(jiān)測區(qū)域有限。同時，構建大規(guī)模的監(jiān)控網絡耗費巨大，且監(jiān)控設備的后期維護成本高昂。相比之下，衛(wèi)星遙感技術能夠從根本上解決這些問題，實現全天候、高精度、快速且大范圍的監(jiān)測，與地基柵格監(jiān)測相結合，可達到1 m×1 m的高精度監(jiān)測水平，從而完善了大氣監(jiān)測監(jiān)控體系[3]。

2.2 監(jiān)測監(jiān)管時效性不足，難以應對突發(fā)性污染

受限于當前的設備和技術體系，地基監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度較低，對于突發(fā)性、短暫性的空氣污染事件的應急響應能力較弱，主要依賴防御性措施，與智能化、自動化的監(jiān)控要求尚有較大差距。例如，農村地區(qū)露天焚燒秸稈或化工廠廢氣泄漏等污染事件，傳統(tǒng)監(jiān)測難以及時有效應對。而采用紅外、高光譜、激光雷達等高靈敏度、高信噪比、高精度的設備，可以實現24 h不間斷監(jiān)測，結合“天地一體化”的監(jiān)測系統(tǒng)，能夠全方位、立體地感知突發(fā)事件，顯著提升空氣監(jiān)測的準確性和時效性。

2.3 PM2.5與臭氧復合污染加劇，多尺度研究受限

PM2.5與臭氧的協(xié)同治理已成為我國城市空氣污染防控的重點。雖然采用“源解析”技術可以深化對復雜污染的機理研究，加強源頭控制，但是當前的空氣監(jiān)測水平尚無法滿足對復雜污染全過程監(jiān)控的需求。在大氣環(huán)境領域，迫切需要提升對氣態(tài)污染物源的精細監(jiān)控能力，并增強臭氧廓線和總量的高精度檢測能力，為PM2.5與臭氧的協(xié)同治理提供堅實的技術支撐。

2.4 大氣污染源種類繁多，源頭治理難度大

隨著城市化進程的加速，大氣污染源的種類日益增多，包括工業(yè)排放、交通尾氣、燃煤供暖、農業(yè)活動等。這些污染源排放的污染物種類繁多，成分復雜，且排放量和排放方式各不相同，給源頭治理帶來了極大的挑戰(zhàn)。近年來，我國在工業(yè)排放和燃煤供暖等方面取得了一定的治理成效，但交通尾氣和農業(yè)活動等方面的污染問題突出，源頭治理難度依然較大。

3 遙感技術在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用

3.1 臭氧層監(jiān)測

臭氧作為一種關鍵的惰性氣體成分，在全球氣候系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色。其濃度在距離地表5～10 km的高度逐漸上升，并在距離地表20～30 km的高度達到峰值。臭氧能夠有效吸收波長為242～320 nm的紫外光。借助遙感技術可以實時監(jiān)測平流層中的臭氧狀況，如觀測南極臭氧空洞的變化情況，并據此預測陸地生物及動植物的生存狀態(tài)。研究證實，過度的紫外輻射會對生物體的基因造成損害，引發(fā)基因突變，進而可能導致生物圈的退化[4]。

3.2 大氣氣溶膠監(jiān)測

大氣氣溶膠是一個由固態(tài)、液態(tài)顆粒及其他物質組成的復雜體系，對大氣環(huán)境具有顯著影響。現代高分辨率遙感技術為大氣氣溶膠的觀測提供了有力工具，便于工作人員全面且準確地掌握氣溶膠的時空分布特征，并深入理解其隨時間變化的規(guī)律，從而有效地彌補地面觀測方法的不足。在遙感圖像中，霧霾、沙塵等懸浮物質會展現出獨特的空間分布特性。通過觀察圖像中的顏色分布，工作人員可以更加準確地判斷各地區(qū)的氣溶膠濃度，進而更好地研究城市地區(qū)植物對氣溶膠的影響。

3.3 空氣污染監(jiān)測

遙感技術的應用極大地提升了空氣污染監(jiān)測的效率和精度。通過衛(wèi)星遙感技術，工作人員能夠全面且直觀地掌握空氣污染源的分布情況，清晰地了解污染源在空間上的擴散范圍，并高效地分析污染物的濃度變化。此外，遙感技術能實時、連續(xù)地監(jiān)控各種污染氣體，為環(huán)保部門提供高精度、高分辨率的影像數據，對于制定有效的空氣污染治理策略至關重要。目前，基于衛(wèi)星遙感資料，科研人員已經能夠精確地識別出空氣污染的熱點區(qū)域，并確定這些區(qū)域內污染參數的空間分布特征。這些熱點區(qū)域通常位于工業(yè)集中區(qū)、交通繁忙地帶或人口密集的城市中心，是空氣污染治理的重點和難點。有毒有害氣體的監(jiān)測在大氣環(huán)境監(jiān)測中占據重要的地位，不僅關系人類和動植物的生存環(huán)境，還直接影響著城市的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 熱島效應的監(jiān)測

隨著人口密度的增加，人類活動產生的熱能導致區(qū)域氣溫升高，這種現象被稱為“熱島效應”。熱島效應不僅導致城市溫度上升，還對局地氣候產生影響，如降水、云量、霧、濕度等。此外，熱島效應的存在使得污染物在城市熱島中心富集，隨著熱島效應的加劇，污染濃度將逐步升高。衛(wèi)星遙感技術能夠實時測量地面物體溫度和檢測熱源。通過衛(wèi)星遙感技術，可以繪制等溫線，實時掌握等溫線的變化，并結合氣溫等其他影響因子，實現對熱島效應的綜合監(jiān)控，揭示城市空間結構的演變規(guī)律，展示其生態(tài)發(fā)展模式，對指導城市生態(tài)建設，提高生活質量，調控碳排放具有重要意義。

4 遙感技術在城市環(huán)境監(jiān)測領域應用的展望

4.1 大氣環(huán)境遙感的集成化

隨著衛(wèi)星遙感技術在大氣環(huán)境監(jiān)測領域的不斷進步，其發(fā)展模式已從單一的被動式監(jiān)測逐漸轉向主動與被動相結合的綜合監(jiān)測體系。特別是在同一衛(wèi)星平臺上實現多源遙感信息的融合，極大地豐富遙感數據的種類與質量。

4.2 高性能衛(wèi)星的研制

針對當前光學成像、紅外高光譜、可見-近紅外、紫外高光譜以及微波成像等衛(wèi)星遙感產品，在空間分辨率、光譜分辨率、觀測帶寬、輻射測量精度、光譜帶寬、靈敏度、穩(wěn)定度、定標精度、光譜分辨率以及觀測頻率等方面存在的不足，重點開展以下研究。一是極軌多角度、多角度偏振/微光成像技術；二是靜軌全天時超分辨成像技術；三是差分吸收、可調諧激光吸收光譜、傅立葉變換紅外光譜等技術；四是針對大氣組分的高光譜探測和激光探測技術；五是改進大氣組分的探測和探測方式，構建性能更優(yōu)、更全面的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)。

4.3 人才培養(yǎng)與國際合作

技術和人才是推動科技進步不可或缺的核心要素，因此國家應當高度重視并重點建設環(huán)境遙感研究機構，同時構建一套完善的專業(yè)人員培育體系，推動科技進步與人才培養(yǎng)的深度融合，為遙感技術的持續(xù)創(chuàng)新升級注入動力。加強對環(huán)境遙感領域專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，通過設立專項基金、獎學金以及提供實習實訓基地等多種方式，吸引更多有志于環(huán)境保護事業(yè)的年輕人投身至遙感研究領域。同時，加強對現有從業(yè)人員的在職培訓和繼續(xù)教育，不斷提高專業(yè)技能和管理水平，從而全面提高我國環(huán)境監(jiān)測的管理與服務水平。

5 結論

遙感技術以其獨特的優(yōu)勢，在城市大氣環(huán)境監(jiān)測領域展現出巨大的應用潛力。主要梳理遙感技術在城市大氣污染監(jiān)測、溫室氣體排放評估、空氣質量預報等方面的應用現狀，并探討其面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。遙感技術在城市大氣環(huán)境監(jiān)測中具有廣闊的應用前景，未來需要進一步加強技術研發(fā)和應用推廣，為改善城市空氣質量、應對氣候變化做出貢獻。

參考文獻

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3 張 宏，范 俊，方燕珍.無人機遙感技術對流域環(huán)境應急監(jiān)測的應用探討[J].清洗世界，2024（9）：184-186.

4 陶全剛，高占國，陳 元，等.遙感技術在城市大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用分析[C]//中國環(huán)境科學學會2023年科學技術年會.2023.

5 杜曉峰.遙感技術在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用研究[J].生態(tài)與資源，2023（12）：5-7.