利用遙感技術(shù)測(cè)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(gè)遙感方式闡述對(duì)大氣污 染測(cè)量的儀器、原理以及研究。并且針對(duì)大氣污染的幾個(gè)主要污染方式進(jìn)行逐一 的分析。通過(guò)對(duì)主動(dòng)遙感的激光遙感以及被動(dòng)遙感的光學(xué)遙感說(shuō)明遙感技術(shù)在主 要污染方式的測(cè)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(cè)技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的，綜合遙感 技術(shù)具有廣泛的探測(cè)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(shì)。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(cè)量，環(huán)境和大氣污染問(wèn)題才是最關(guān)

2、鍵的 生態(tài)問(wèn)題,通過(guò)技術(shù)來(lái)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(jiàn)日常大氣測(cè)量可以運(yùn)用遙感技術(shù)的重要性,及時(shí)反饋信 息準(zhǔn)確地制定出解決方案，同時(shí)測(cè)量大氣遙感和我們的生活也息息相關(guān)。1遙感技術(shù)測(cè)量大氣污染的發(fā)展前景整個(gè)多普勒測(cè)量目前在國(guó)外美國(guó) 31 個(gè)風(fēng)廓線儀觀測(cè)網(wǎng) 1992 年完成實(shí)驗(yàn)，多 普勒雷達(dá)在美國(guó)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(guó)內(nèi)引進(jìn)了幾部多普勒雷達(dá)用于研究，國(guó)產(chǎn)多普勒雷達(dá)收發(fā)機(jī)通過(guò)鑒定，國(guó)產(chǎn)風(fēng) 廓儀通過(guò)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(cè)系統(tǒng)，具有精確測(cè)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(guó)外已經(jīng)用于大氣污染監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)上，已成為環(huán)境 保護(hù)和局地天氣預(yù)報(bào)的一種重要觀測(cè)手段，在國(guó)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(chǎng)信息,在國(guó)外測(cè)煙雷達(dá)廣泛用于煙流研究。目前美國(guó)已建成太 陽(yáng)分光觀測(cè)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(jì)用于探測(cè)大氣及云雨特性，溫濕廓線，在國(guó)外的研究工作中應(yīng)用很廣將為臨 近預(yù)報(bào)和大氣污染監(jiān)測(cè)提供新的探測(cè)手段。而在國(guó)內(nèi)被動(dòng)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(guó)際水平。2 遙感技術(shù)測(cè)量大氣污染的研究背

4、景1.1遙感技術(shù)測(cè)量大氣污染的意義遙感技術(shù)可用于評(píng)估一個(gè)國(guó)家和一個(gè)城市的全球空氣污染狀況，以及大氣污 染程度及其對(duì)生態(tài)的影響。通過(guò)遙感，可以在距離低層大氣數(shù)百公里的地方探測(cè) 到空氣污染。對(duì)空氣污染的遙感監(jiān)測(cè)來(lái)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衔铮鹊?，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(cè)量大氣污染的原理大氣遙感監(jiān)測(cè)主要利用氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)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(guò)遙感方法 直接識(shí)別。因此，水蒸氣、二氧化碳、臭氧、甲烷和其它痕量氣體來(lái)自于自然輻 射的分子和吸收

5、光譜，因此，實(shí)際上是通過(guò)測(cè)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(jì)算。通過(guò)太陽(yáng)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(lái)測(cè)量它們的大氣密度的氣體分子的光譜特性。通過(guò)對(duì)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(huì)直接在遙感圖像中顯示， 只能使用間接的解釋符號(hào)、有害氣體敏感植物來(lái)推斷大氣污染的程度和性質(zhì)。3遙感技術(shù)對(duì)大氣污染測(cè)量的應(yīng)用3.1對(duì)大氣溶膠的監(jiān)測(cè)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(gè)載體時(shí)，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(guò)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(guò)散射和吸收太陽(yáng)短 波和地球的長(zhǎng)波輻射來(lái)改變到達(dá)地表的太陽(yáng)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(shí)，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(duì)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(lái)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(duì)臭氧層的監(jiān)測(cè)臭氧層是一種保護(hù)地球上動(dòng)植物和人類正常生活 的

7、重要物質(zhì)，但隨著近年 來(lái)國(guó)內(nèi)外環(huán)境污染問(wèn)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(guò)遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣臭 氧層的變化情況進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而可以及時(shí)掌握大 氣臭氧空洞的形成位置，方便相關(guān)部門(mén)掌握臭 氧層信息并制定相關(guān)臭氧層保護(hù)策略。3.3對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)工業(yè)發(fā)展會(huì)產(chǎn)生大量S02、NO2等有害氣體，這些氣體會(huì)嚴(yán)重影響到動(dòng)植 物和人類的生長(zhǎng)發(fā)育，因此需 要加強(qiáng)對(duì)這些有害氣體的監(jiān)測(cè)水平。當(dāng)這些有害 氣體被植物吸收之后，會(huì)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(zhǎng)的植物較正常植 物而言會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色，通過(guò)這種原理 就可以通過(guò)對(duì)植物遙感

8、監(jiān)測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)植物監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì) 比，分析對(duì)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(lái)遙感技術(shù)在大氣測(cè)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(cè)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(lái)關(guān)于氣溶膠遙感反演的趨勢(shì)應(yīng)該要在以下 3個(gè)方面有所突破。氣溶膠遙感反演與地面監(jiān)測(cè)、地基遙感監(jiān)測(cè)相結(jié)合。如多波光度計(jì)、華蓋計(jì)、 無(wú)線傳感器、激光雷達(dá)、無(wú)人機(jī)等，這將大大提高遙感監(jiān)測(cè)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(jiàn)的氣溶膠 (如氣 溶膠濃度等)反演方法都是基于統(tǒng)計(jì)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(duì)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(cè)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(wú)法代替的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，遙感測(cè)量的應(yīng)用也在各方面很廣泛。遙感測(cè) 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(cè)量 體系的重要地位。遙感測(cè)量和監(jiān)測(cè)將成為廣域大范圍的全球性和區(qū)域性大氣環(huán)境 測(cè)量的主要手段。將遙感技術(shù)應(yīng)用到大氣環(huán)境測(cè)量的工作中，可以更加精準(zhǔn)實(shí)時(shí) 的鎖定大范圍中具體的污染源，不光能及時(shí)發(fā)現(xiàn)大氣中的污染源，同時(shí)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(shí)地幫助和協(xié)調(diào)環(huán)保部門(mén)對(duì)不 同的環(huán)境情況不同分析制定出治理計(jì)劃和措施方案，降低大氣污染給人來(lái)帶來(lái)的 損失。遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷成熟，在未來(lái)的大氣環(huán)境