利用遙感技術(shù)測量大氣污染

1、摘 要：本文就激光遙感技術(shù)以及光學(xué)遙感技術(shù)兩個遙感方式闡述對大氣污 染測量的儀器、原理以及研究。并且針對大氣污染的幾個主要污染方式進(jìn)行逐一 的分析。通過對主動遙感的激光遙感以及被動遙感的光學(xué)遙感說明遙感技術(shù)在主 要污染方式的測量中的原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) 大氣污染 光學(xué)遙感 激光遙感 大氣氣溶膠引言現(xiàn)代遙感技術(shù)是在 20 世紀(jì) 60 年代的地球觀測技術(shù)中發(fā)展起來的，綜合遙感 技術(shù)具有廣泛的探測范圍和快速獲取數(shù)據(jù)的能力，周期短，受地面環(huán)境因素的限 制較少，方法多，能獲得大量信息的優(yōu)勢。遙感技術(shù)能在大氣污染的有害氣體和 一些大氣霾溶膠和臭氧層的研究中進(jìn)行測量，環(huán)境和大氣污染問題才是最關(guān)

2、鍵的 生態(tài)問題,通過技術(shù)來消除一些不必要的損失和破壞的生態(tài)環(huán)境,人類環(huán)境受損人 力資源必將受到威脅,可見日常大氣測量可以運(yùn)用遙感技術(shù)的重要性,及時反饋信 息準(zhǔn)確地制定出解決方案，同時測量大氣遙感和我們的生活也息息相關(guān)。1遙感技術(shù)測量大氣污染的發(fā)展前景整個多普勒測量目前在國外美國 31 個風(fēng)廓線儀觀測網(wǎng) 1992 年完成實(shí)驗(yàn)，多 普勒雷達(dá)在美國布站網(wǎng)階段；90 年代用多普勒雷達(dá)和風(fēng)廓線儀取代天氣雷達(dá)，在 國內(nèi)引進(jìn)了幾部多普勒雷達(dá)用于研究，國產(chǎn)多普勒雷達(dá)收發(fā)機(jī)通過鑒定，國產(chǎn)風(fēng) 廓儀通過鑒定，在本世紀(jì)初期已經(jīng)投入業(yè)務(wù)使用。聲學(xué)遙感的遙感設(shè)備有聲雷達(dá) 多普勒聲雷達(dá)和電聲探測系統(tǒng)，具有精確測量邊界層溫度

3、結(jié)構(gòu)，風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng) 切度、湍流擴(kuò)散參數(shù)的能力，在國外已經(jīng)用于大氣污染監(jiān)測業(yè)務(wù)上，已成為環(huán)境 保護(hù)和局地天氣預(yù)報的一種重要觀測手段，在國內(nèi)單點(diǎn)聲雷達(dá)已較廣泛的應(yīng)用于 環(huán)境保護(hù)和氣象業(yè)務(wù)，正在研制聲雷達(dá)和多普勒電雷達(dá)。多普勒激光雷達(dá)可提供 20 公里高度的流場信息,在國外測煙雷達(dá)廣泛用于煙流研究。目前美國已建成太 陽分光觀測網(wǎng)，其它光學(xué)遙感在研究和業(yè)務(wù)中均有應(yīng)用，微波遙感的儀器微波輻射計用于探測大氣及云雨特性，溫濕廓線，在國外的研究工作中應(yīng)用很廣將為臨 近預(yù)報和大氣污染監(jiān)測提供新的探測手段。而在國內(nèi)被動遙感在研究工作中應(yīng)用 尚未投入業(yè)務(wù)使用，微波遙感接近國際水平。2 遙感技術(shù)測量大氣污染的研究背

4、景1.1遙感技術(shù)測量大氣污染的意義遙感技術(shù)可用于評估一個國家和一個城市的全球空氣污染狀況，以及大氣污 染程度及其對生態(tài)的影響。通過遙感，可以在距離低層大氣數(shù)百公里的地方探測 到空氣污染。對空氣污染的遙感監(jiān)測來決定硫氧化物，氮氧化合物和光化學(xué)氧化 劑，粒子，一氧化碳和碳?xì)浠衔?，等等，有一定的?zhǔn)確性，但不確定是否有衛(wèi) 星低粒子含量的大氣成分。1.2遙感技術(shù)測量大氣污染的原理大氣遙感監(jiān)測主要利用氣象衛(wèi)星監(jiān)測大氣溫度和水蒸汽垂直分布。影響大氣 環(huán)境質(zhì)量的主要因素是氣溶膠含量和各種有害氣體，這些氣體不能通過遙感方法 直接識別。因此，水蒸氣、二氧化碳、臭氧、甲烷和其它痕量氣體來自于自然輻 射的分子和吸收

5、光譜，因此，實(shí)際上是通過測量大氣散射、吸收和輻射光譜，并 從反轉(zhuǎn)的結(jié)果進(jìn)行計算。通過太陽的大氣（月亮的直射光，恒星），大氣和散射的 光，反射在地球表面，以及大氣和表面的熱輻射吸收光譜分析或發(fā)射光譜分析， 來測量它們的大氣密度的氣體分子的光譜特性。通過對遙感圖像的分析，可以直 接獲得大氣氣溶膠的分布和內(nèi)容，而有害氣體一般不會直接在遙感圖像中顯示， 只能使用間接的解釋符號、有害氣體敏感植物來推斷大氣污染的程度和性質(zhì)。3遙感技術(shù)對大氣污染測量的應(yīng)用3.1對大氣溶膠的監(jiān)測氣溶膠解釋為一種由大氣中的液體顆粒和懸浮固體組成的系統(tǒng)。當(dāng)大氣是一 個載體時，它被稱為大氣氣溶膠，其尺度范圍大約在0.00110m之

6、間6-7。氣 溶膠大氣中的含量雖然很小，但在大氣中的不論物理還是化學(xué)的過程中都有著重 要影響，發(fā)揮最重要作用的是大氣系統(tǒng)。氣溶膠粒子可以通過散射和吸收太陽短 波和地球的長波輻射來改變到達(dá)地表的太陽輻射8。氣溶膠粒子也可促進(jìn)云霧的 形成用的就是云粒子，改變大氣中不同化學(xué)成分的濃度，從而間接影響大氣。同 時，弱或非吸收性氣體的輻射冷卻效應(yīng)在一定程度上緩解了溫室氣體對全球變暖 的影響。氣溶膠的信息是衛(wèi)星遙感圖像大氣修正的重要參數(shù)之一，只有一種類似 于元尺度大氣氣體索爾的屬性參數(shù)，來進(jìn)行大氣修正，從而了解定量分析和遙感 反演的全部意義。3.2對臭氧層的監(jiān)測臭氧層是一種保護(hù)地球上動植物和人類正常生活 的

7、重要物質(zhì)，但隨著近年 來國內(nèi)外環(huán)境污染問題的加 重，大氣臭氧層遭受到嚴(yán)重的破壞，這嚴(yán)重影響了 人們的正常工作和生活。通過遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對大氣臭 氧層的變化情況進(jìn)行 實(shí)時監(jiān)測，進(jìn)而可以及時掌握大 氣臭氧空洞的形成位置，方便相關(guān)部門掌握臭 氧層信息并制定相關(guān)臭氧層保護(hù)策略。3.3對有害氣體的監(jiān)測工業(yè)發(fā)展會產(chǎn)生大量S02、NO2等有害氣體，這些氣體會嚴(yán)重影響到動植 物和人類的生長發(fā)育，因此需 要加強(qiáng)對這些有害氣體的監(jiān)測水平。當(dāng)這些有害 氣體被植物吸收之后，會導(dǎo)致植物反射紅光的能力減弱，這 就導(dǎo)致有害氣體濃 度較高區(qū)域內(nèi)生長的植物較正常植 物而言會呈現(xiàn)出不同的顏色，通過這種原理 就可以通過對植物遙感

8、監(jiān)測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)植物監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對 比，分析對照不同 的像元信息，從而反映出污染物氣體 的濃度信息。3.4未來遙感技術(shù)在大氣測量中的應(yīng)用創(chuàng)新隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，在大氣監(jiān)測和氣溶膠光學(xué)特性反演等方面已取得 了眾多成果，但也面臨著一些挑戰(zhàn)和困難，如高反照率北京地區(qū)氣溶膠 的反演 氣溶膠類型（氣溶膠散射和吸收）的精確確定、建立具有普遍適用性的氣溶膠反演 模型以及地表反射率的處理等等。未來關(guān)于氣溶膠遙感反演的趨勢應(yīng)該要在以下 3個方面有所突破。氣溶膠遙感反演與地面監(jiān)測、地基遙感監(jiān)測相結(jié)合。如多波光度計、華蓋計、 無線傳感器、激光雷達(dá)、無人機(jī)等，這將大大提高遙感監(jiān)測速度和 反演精度。建立起基于輻射傳輸

9、理論的氣溶膠反演模型。目前比較常見的氣溶膠 (如氣 溶膠濃度等)反演方法都是基于統(tǒng)計模型建立起的經(jīng)驗(yàn)公式，物理 意義不夠明確 適用性不強(qiáng)。因此需要從大氣輻射傳輸理論出發(fā)，研究不同形狀不同大小粒子的 散射和吸收機(jī)理，從而建立起具有普遍適用性和具有明確物理意義的氣溶膠反演 體系。結(jié)論若想獲取可靠地的大氣污染資料，可以對遙感圖像進(jìn)行分析，從分析中獲取。 由此可知，遙感信息已經(jīng)成熟，尤其是在測量大氣污染方面更加具有其它技術(shù)所 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無法代替的優(yōu)勢。同時，遙感測量的應(yīng)用也在各方面很廣泛。遙感測 量的類型增多、清晰度提高、描述的能力也在增強(qiáng)、正很快的占據(jù)大氣污染測量 體系的重要地位。遙感測量和監(jiān)測將成為廣域大范圍的全球性和區(qū)域性大氣環(huán)境 測量的主要手段。將遙感技術(shù)應(yīng)用到大氣環(huán)境測量的工作中，可以更加精準(zhǔn)實(shí)時 的鎖定大范圍中具體的污染源，不光能及時發(fā)現(xiàn)大氣中的污染源，同時還可以具 體定位以及防治環(huán)境污染事故的產(chǎn)生，從而可以及時地幫助和協(xié)調(diào)環(huán)保部門對不 同的環(huán)境情況不同分析制定出治理計劃和措施方案，降低大氣污染給人來帶來的 損失。遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷成熟，在未來的大氣環(huán)境