遙感技術在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用19272

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1、遙感技術具有監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低且便于進行長期的動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)勢還能發(fā)現(xiàn)有時用常規(guī)方法難以揭示的污染源及其擴散的狀態(tài)它不但可以快速、實時、動態(tài)、省時省力地監(jiān)測大范圍的大氣環(huán)境變化和大氣環(huán)境污染也可以實時、快速跟蹤和監(jiān)測突發(fā)性大氣環(huán)境污染事件的發(fā)生、發(fā)展以便及時制定處理措施減少大氣污染造成的損失。因此遙感監(jiān)測作為大氣環(huán)境管理和大氣污染控制的重要手段之一正發(fā)揮著不可替代的作用。1大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術的基本原理遙感監(jiān)測就是用儀器對一段距離以外的目標物或現(xiàn)象進行觀測是一種不直接接觸目標物或現(xiàn)象而能收集信息對其進行識別、分析、判斷的更高自動化程度的監(jiān)測手段。它最重要的作用是不需

2、要采樣而直接可以進行區(qū)域性的跟蹤測量快速進行污染源的定點定位污染范圍的核定污染物在大氣中的分布、擴散等從而獲得全面的綜合信息。根據(jù)所利用的波段遙感監(jiān)測技術主要分為紫外、可見光、反射紅外遙感技術熱紅外遙感技術和微波遙感技術三種類型。大氣環(huán)境遙感監(jiān)測作為遙感技術應用中較為重要的內容之一在業(yè)務上不同于常規(guī)氣象要素的監(jiān)測。常規(guī)氣象要素遙感監(jiān)測1主要是指測量大氣的垂直溫度剖面、大氣的垂直濕度剖面、降水量及頻度、云覆蓋率云量和云層厚度和長波輻射、風風速和風向、地球輻射收支的測量等。而大氣環(huán)境遙感則是監(jiān)測大氣中的臭氧O3、CO2、SO2、甲烷CH4等痕量氣體成分以及氣溶膠、有害氣體等的

3、三維分布。這些物理量通常不可能用遙感手段直接識別但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量氣體成分具有各自分子所固有的輻射和吸收光譜特征如影響水汽分布的主要光譜波長在017μmO3在0155～0165μm之間存在一個明顯的吸收帶等因此我們實際上可通過測量大氣散射、吸收及輻射的光譜特征值而從中識別出這些組分來。研究表明在衛(wèi)星遙感中有兩個非常好的大氣窗可以用來探測這些組分即位于可見光范圍內的0140～0175μm的波段范圍和在近紅外和中紅外的0185μm、1106μm、1122μm、1160μm、2120μm波段處。2大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術的應用大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術按其工作方式可分

4、為被動式遙感監(jiān)測和主動式遙感監(jiān)測被動式遙感監(jiān)測主要依靠接收大氣自身所發(fā)射的紅外光波或微波等輻射而實現(xiàn)對大氣成分的探測主動式遙感監(jiān)測是指由遙感探測儀器發(fā)出波束、次波束與大氣物質相互作用而產(chǎn)生回波通過檢測這種回波而實現(xiàn)對大氣成分的探測。由于主動式大氣探測儀器既要發(fā)射波束又要接收回波通常將這種方式稱為雷達工作方式。根據(jù)遙感平臺的不同大氣環(huán)境遙感監(jiān)測又可分為天基、空基遙感和地基遙感。天基、空基遙感是以衛(wèi)星、宇宙飛機、飛機和高空氣球等為遙感平臺地基遙感則是以地面為主要遙感平臺。本文將根據(jù)大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術的工作方式和遙感平臺的不同從四個方面來介紹大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術在實際中的應用

5、。2.1大氣環(huán)境的被動式空基遙感監(jiān)測目前利用被動式空基遙感對大氣環(huán)境監(jiān)測主要包括:對臭氧層的監(jiān)測對大氣氣溶膠和溫室氣體如CO2、甲烷CH4的監(jiān)測對大氣主要污染物、大氣熱污染源以及突發(fā)性大氣污染事故如沙塵暴等的監(jiān)測。大氣環(huán)境污染主要體現(xiàn)在大氣污染物上大氣污染物的種類約有數(shù)千種已發(fā)現(xiàn)有危害作用而被人們注意到的有一百多種其中大部分為有機物。本文為了論述的方便將大氣污染的主要污染物按污染區(qū)域及污染性質分為三大類第一類為區(qū)域性污染的大氣污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、大氣顆粒物包括可吸入顆粒物、有機污染物等第二類為災害性大氣污染如沙塵暴、有毒氣體的泄漏等第三類為在全球變化中起著不可

6、忽視作用的污染物如對流層氣溶膠、臭氧O3、CO2、甲烷CH4等。本文將針對以上三大類污染物來介紹被動式空基遙感在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用。21111區(qū)域性大氣污染物的被動式空基遙感監(jiān)測利用遙感對大氣環(huán)境進行監(jiān)測的其中一個方面是對區(qū)域性大氣污染物的監(jiān)測然而區(qū)域性大氣污染信息是疊加于多變的地面信息之上的微弱信息這些物理量通常不可能用遙感手段直接識別提取非常困難一般的地物提取方法均不實用。目前常用的方法主要有兩類一類是根據(jù)污染地區(qū)地物反射率發(fā)生變化邊界模糊的情況來對大氣污染情況進行估計23另一類是間接方法主要根據(jù)樹葉中SO2等污染物含量與遙感數(shù)據(jù)中植被指數(shù)的關系估計大氣污染的情況4

7、。王雪梅、鄧孺孺等5分析了衛(wèi)星遙感像元信息構成的物理機制將像元信息概化為土壤、植被、水體等基本信息類型的線性集合與污染氣體SO2NOx信息的簡單疊加首次從TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)直接定量提取珠江口地區(qū)大氣污染氣體累加濃度信息。實驗結果表明所提取的污染信息滿足精度要求。有學者67用紅外航片資料研究了環(huán)境污染區(qū)與植被的響應關系指出受污染楊樹與正常健康的楊樹相比光譜發(fā)射率在近紅外波段017～111有較大幅度的下降而在紅波段016～017則有所增加葉綠素指數(shù)也迅速減少因此葉綠素指數(shù)可成為反映大氣污染的一個重要指標。L.BRUZZONE8等利用搭載