遥感技术在大气环境监测中的应用及其发展分析

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[摘 要]随着我们国家经济社会的不断发展，大气环境的污染程度也随之变得越来越严重。大气污染不仅影响了我们赖以生存的大气环境，还在极大程度上危害着我们的身体健康。遥感技术因监测范围广、速度快、成本低的特点，被环境监测部门广泛应用到大气环境监测中去。本文提出了大气环境遥感监测技术的基本原理，并围绕着遥感技术在大气环境监测中的应用及遥感技术的未来发展趋势两个方面做了详细的分析，为今后的研究提供一些有利依据。

[关键词]遥感技术 大气 环境监测 污染

中图分类号：X8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0211-01

一、概述

对于大气环境污染问题，无论是我们个人还是我们的国家都需要对其引起高度重视，并采取一切措施对其实施科学的监测和治理。在对大气环境实施监测过程中，遥感技术作为大气污染控制的重要手段之一，始终发挥着重要的作用。遥感技术不只能对大范围的大气环境变化和大气环境污染进行快速、动态、实时、省时省力地监测，同时还能对突发性大气环境污染事情的发作、开展、停止进行实时、快速的跟踪和监测，这样就能及时采取相应的处置措施，从而减少大气污染形成的损失。

二、大气环境遥感监测技术的基本原理

遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测，是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息，对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段。它所起到的最重要作用就是不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量，从而快速进行污染源的定点定位，污染范围的核定，污染物在大气中的分布、扩散等，从而获得全面的综合信息。根据所利用的波段，可以将遥感监测技术主要分为三种类型，即：紫外、可见光、反射红外遥感技术；热红外遥感技术和微波遥感技术。大气环境遥感监测作为遥感技术应用中较为重要的内容之一，在业务上与常规气象要素的监测不同。常规气象要素遥感监测主要是指测量大气的垂直温度剖面、大气的垂直湿度剖面、降水量及频度、云覆盖率（云量和云层厚度） 和长波辐射、风（风速和风向）、地球辐射收支的测量等。而大气环境遥感则是监测大气中的臭氧（O3）、CO2、SO2、甲烷（CH4）等痕量气体成分以及气溶胶、有害气体等的三维分布。这些物理量通常不可能用遥感手段直接识别，但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱特征，如影响水汽分布的主要光谱波长在017μm，O3在0155～0165μm 之间存在一个明显的吸收带，因此我们实际上可通过测量大气散射、吸收及辐射的光谱特征值而从中识别出这些组分来。研究表明，在卫星遥感中有两个非常好的大气窗可以用来探测这些组分，即位于可见光范围内的 0140～0175μm 的波段范围和在近红外和中红外的0185μm、1106μm、1122μm、1160μm、2120μm 波段处。

三、遥感技术在大气环境监测中的应用

根据遥感技术的工作方式可以将其分为主动式遥感监测和被动式遥感监测两品种型。

1、大气环境的主动式空基遥感监测

星载或机载的微波雷达是当前大气环境的主动式空基遥感的主要监测技术。主动式雷达是由发射机经过天线在很短的时间内，将一束很窄的大功率电磁波脉冲向目的物发射，随后再应用同一天线对目的地物反射的回波信号停止承受后显现的一种传感器。回波信号的振幅、位相因物体的不同而不同，基于这一点就使其在承受处置后，目的地物的方向、间隔等数据能够观测出来。目前，多数国度都停止了空间雷达探测方案的制定。如：1993年美国NASA首先应用机载的探测雷对大气中气溶胶的散布停止了监测；1994年Bourdon.A在希腊雅典应用机载差分吸收雷达对雅典市上空的光化学雾停止了丈量，取得了一些大气污染物如SO2、NO2、O3和气溶胶等的空间散布数据。

2、大气环境的被动式空基遥感监测

当前大气环境的被动式地基遥感的主要监测技术有：太阳直接辐射的宽带分光辐射遥感、微波辐射计遥感、多波段光度计遥感。所谓的太阳直接辐射遥感是应用日光在大气中的衰减和散射，对大气组分停止丈量，它是通过对可见光的丈量，来对气溶胶的反演，应用紫外线波段来对大气臭氧、二氧化碳等丈量。由于在很宽的频率范围内大气分子的吸收辐射可产生特定的谱线，且不同分子及不同的能级跃迁所产生的谱线不同，微波辐射计就是经过对这些不同的辐射频率信号的承受，从而对大气组分停止反演。应用微波辐射计可将大气臭氧和氯化物丈量出来，其对大气臭氧的丈量精度和地基陶普生光谱仪丈量精度差不多。多波段光度计遥感是一种以太阳为光源的被动式地基遥感手腕，大气中气体分子以及大气气溶胶粒子会散射和吸收自大气上界入射到地气系统的太阳辐射，在空中所接纳到的太阳辐射，包含了大气中气溶胶信息，经过接纳到的辐射停止丈量，就可将气溶胶的信息反演出来。从当前情况看，最为精准的办法就是采用多波段光度计遥感来丈量气溶胶光学厚度，多波段光度计遥感通常被用来对卫星遥感的结果停止校验，如应用MODIS卫星材料对北京地域的气溶胶光学厚度停止了丈量，与此同时也与应用空中光度计对北京地域的气溶胶光学厚度停止的丈量结果停止了比拟。通过实验可以证明，两种办法的丈量结果即精度相当，这也阐明了应用卫星遥感对气溶胶的监测，是一种地基遥感监测较好的替代办法。

四、遥感技术的未来发展趋势

1、大气环境遥感的定量化、集成化、系统化和全球化

地球观测系统（ EOS） 是划时代的长期发展的伟大工程，更是一项系统工程，该工程对环境与气候变迁、全球变化、可持续发展研究等有极其重要的意义。大气遥感在EOS 中占有重要地位，而现有的大气遥感尤其是大气环境遥感的“定量化”和“系统化”水平远还不能满足环境与气候变迁要求，仍需要加强。

2、高光谱、高时间、高空间及多角度、多时相、多偏振等多种数据源的综合应用

从当前国内外学者对大气环境遥感监测的研究情况来看，他们在研究中对于大气环境遥感所用的数据源研究要求的并不高，不只是受陆地卫星数据等单一数据源的限制，同时还需要高光谱分辨率、高空间分辨率或高时间分辨率的卫星遥感数据源。

3、遥感技术在大气环境监测中的不断发展，其优势也逐渐被人们所认可，将遥感监测运用于大气中各种污染气体监测中，突显其重要的使用价值，它能较为精确地提供在燃烧火焰里的激发态分子的转动或振动的详细信息

对各种红外源实行远距离的非接触型遥测；监测速度快、精度高；对光谱辐射的能量分布实行绝对监测。总之，遥感技术的发展以与普及，对于实现科学有效的监测大气环境提供了重要的知识帮助，从而有助于保护大气环境。

参考文献

[1] 徐静茹《遥感技术在大气环境监测中的应用研究》[J]，《资源节约与环保》2014年05期.

[2] 周晨《环境遥感监测技术的应用与发展》[J]，《环境科技》2011年S1期.

[3] 汪曦、李海东、陈仁杰《试论遥感技术在大气污染物监测中的应用进展》[J]，《环境与健康》2012年10期.