浅谈遥感技术在大气监测中的应用

文章编号:1004-7204(2005)01-0015-03

浅谈遥感技术在大气监测中的应用

王丽娟1,景耀全2

(1.西南交通大学环境科学与工程学院,成都610031;　2.四川省遥感信息测绘院,成都610100)

摘要:碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物和臭氧等是人类在生产活动和社会活动产生中的主要的环境污染物,它们威胁着人类的生存环境和地球上的生态平衡。因此,对它们进行实时监测和综合治理显得非常重要。文章介绍了遥感(RS )技术,重点介绍遥感技术在大气环境监测中的应用。关键词:遥感;环境监测;大气遥感监测;遥感图像中图分类号:X 87 文献标识码:A

T alk About Application R emote Sensing T echnology for Atmosphere Monitoring

W ANGLi 2juan 1,J I NG Y ao 2quan 2

(1.C ollege of Environmental Science and Engineering ,S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China ;2.Sichuan Province Surveying&Mapping Institute of Rem ote Sensing In formation ,Chengdu 610100,China )Abstract :Oxides of carbon ,sulfur ,nitrogen and ozone are serious environmental pollutants produced by the productive and s ocial activities of humans.They seriv ously threaten our life and the ecological balance of the earth.Hence ,real -time m onitoring and com prehensive control on them are very im portant.We introduce the rem ote sensation techniques ,then discuss in detail their application in the m onitoring of atm ospheric environ 2mental pollution.

K eyw ords :Rem ote sensing ;Environmental m onitoring ;Atm ospheric rem ote sensing and m onitoring ;Rem ote sensing image

1　引言

清洁的空气是人类和生物赖以生存的环境要素之一,而且也是最重要的环境要素之一。然而,随着工业及交通运输等事业的迅速发展,特别是煤和石油的大量使用,将产生的大量有害物质排放到大气中,当其浓度超过环境所允许的极限并持续一定时间后,就会改变大气的正常组成,破坏自然的物理、化学和生态平衡体系,即造成大气污染。

为了维护自然环境的生态平衡,保护人群的健康及可持续性,就必须对大气环境中的主要污染物质进行定期或连续地监测,并研究大气质量的变化

规律和发展趋势以及此变化对人类社会的影响等。我国大气环境监测工作仍不是很完善,监测频次低,时效性差。在大气环境监测中,目前应用最多的方法还属分光光度法和气相色谱法。

卫星遥感技术的出现与发展,使人们能从宇宙空间观测全球。这种技术具有视域广、及时连续的特点,可以迅速地查明环境现状、污染状况,为预防和治理环境污染提供及时、可靠的依据。目前国内外,遥感技术在环境方面的应用越来越广泛,其主要是用于监测海洋石油污染、监测森林火灾和草场演化、水环境污染监测、赤潮分析以及水体浑浊度与含沙量分析等,其应用于大气污染监测的研究很少。

收稿日期:2004-07-12

作者简介:王丽娟(1974—

),女,汉族,成都市龙泉驿人,西南交通大学硕士研究生,研究方向:环境管理与规划;景耀全(1974—),男,汉族,成都市龙泉驿人,四川省遥感信息测绘院助理工程师,主研方向:测绘、遥感数据的

处理及其数字化。

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51・・大气监测・ 《环境技术》 2005年第1期

若把遥感技术很好地应用于大气污染监测,可大大地提高大气监测治理的效率,及时、及早发现并解决大气污染问题。

2　遥感技术介绍

地球上的物质都有接受太阳电磁波和对不同波长带都有固定反射常数的性质。按物质的性质及其温度,每种物质都反射和发射电磁波。如果在不同的波长带测定某些物质反射和发射电磁波的强度,即使不接触这些物质也可推断它们的性质和状态,此技术称之为遥感。

遥感技术按所利用电磁波辐射源的不同分为两大类:主动式遥感技术和被动式遥感技术。

主动式遥感技术是以向监测客体或对象发射持续的辐射为特征,一般以激光为辐射源,观测激光束与对象的相互作用,对地面广大区域的污染状态进行监测,来推断监测对象中的某些环境参数。该技术主要用于大气下层的观测,也适用于对平流层气溶胶、臭氧的观测。

被动式遥感技术则是观测环境介质中现成的天然辐射源与所研究的对象物的相互作用,或者直接观测对象物质的热发散,推断有关的环境参数。被动式遥感技术比较经济实用,因而应用较广泛。

遥感技术应用于环境监测称为环境遥感或遥感,一般借助于传感器对电磁波进行探测而实现其目的。遥感技术的主要优点是可以对污染源或污染流进行干扰监测,而且可以监测三维空间的环境质量参数,其范围可遍及边远偏僻地区和大气上层空间。

3　监测大气环境的遥感技术

地球观测卫星是利用遥感技术进行大气环境观测的。应用于大气环境监测的电磁波谱主要是近紫外线到红外线范围(0.4～25μm),以及微波范围(10～200GHZ)。用于大气监测的遥感技术种类较多,一般有相关光谱技术、激光雷达技术及热红外扫描技术等。

3.1　相关光谱技术

相关光谱技术基于光的吸收原理,受监测气体选择吸收特定波长的光后,按光强衰减程度来推算对象气体物的浓度。在测定过程中配合相关技术可以排除非对象组分的干扰。

相关光谱系统采用的吸收光限于紫外光和可见光。在遥测中,需在自然光充分的条件下,利用地表之上漫射光所汇聚的光源。在相关技术中使用二二成对的吸收光,每对吸收光是邻近波长的,且所选定的波长要使它们通过监测对象时分别发生强吸收和弱吸收,这样有利于提高监测的灵敏度。相关光谱系统装备在汽车或直升机上,即可大范围遥测大气污染物及其分布的情况。

相关光谱技术的实用对象目前还只限于NO、NO2和S O2。对它们进行同时连续测定时,在系统中需3套相关器。监测这3种污染物组分的实际工作波长范围分别是:NO为195～230nm,NO2为420～450nm,S O2为250～310nm。

3.2　激光雷达技术

激光雷达是一种主动遥感技术。因激光具有单色性好、高度方向性和能量集中等优点,使得根据激光原理制作的传感器具有很高的灵敏度和良好的分辨率。故近期运用激光对大气污染进行遥感的技术发展很快。

激光脉冲射入环境监测对象介质后,首先因发生散射作用而衰减。射向大气的激光束遭遇气态分子时,可能发生雷利散射和拉曼散射。散射作用在大气遥感中占有相当重要地位,主动探测系统多是基于这种作用机制而建造的。

红外激光-荧光遥感器可用于监测大气中NO X、C O、C O2、S O2、O3等污染物及其浓度,其监测频率在可见光至紫外光区域,根据荧光波长和强度可分别作定性和定量监测。应用紫外激光-荧光遥感仪可监测大气中H O自由基浓度。

由于激光单色性好,所以也可用简单的光吸收法监测大气中污染物浓度。根据激光雷达在环境监测领域应用的技术特点,由于其技术难度大,工艺不成熟,对使用维护人员的要求较高等问题,因而在技术推广和投入日常业务使用方面存在着困难。

3.3　遥感技术在大气监测中的应用成果

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・2005年第1期 《环境技术》 ・大气监测・