遥感技术在环境污染监测中的应用
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量大的水体兼有水体和植物的反射光谱特征。随浮
游植物含量的增高,其光谱曲线与绿色植物的反射
光谱越近似。因此,为了调查水体中悬浮物质的数量
及叶绿素含量,最好采用0. 45～0. 65μm附近的光
谱线段。在可见光波段,反射率较低;在近红外波段,
反射率明显升高,因此,在彩色红外图像上,富营养
化水体呈红褐色或紫红色〔9〕。
悬沙浓度的最佳波段为0. 65～0.8μm之间,此外,
若采用蓝光波段反射率和绿光波段反射率的比值,
则可以判别两种水体浑浊度的大小〔9〕。
(2)石油污染监测
海上或港口的石油污染是一种常见的水体污
染。遥感调查石油污染,不仅能发现已知污染区的范
围和估算污染石油的含量,而且可追踪污染源。石油
与海水在光谱特性上存在许多差别,如油膜表面致
密、平滑,反射率较水体高,但发射率远低于水体等
等,因此,在若干光谱段都能将二者分开。此外,根据
油膜与海水在微波波段的发射率差异,还可利用微
波辐射法测量二者亮度温度的差别,从而显示出海
面油污染分布的情况。如前面所述,成像雷达技术也
是探测海洋石油污染的有力工具。
(3)城市污水监测
城市大量排放的工业废水和生活污水中带有大
等的解决,高光谱遥感已由实验研究阶段逐步转向
实用阶段。在该项技术中,通过建立不同污染物的光
谱数据库,开展光谱数据处理和光谱匹配技术,建立
污染物光谱识别模型,从而发展成像光谱环境污染
监测技术系统。
2.2微波遥感监测技术
微波遥感与光学遥感相比较,它除了具有光学
遥感不具备的全天候和全天时观测能力外,它的特
的雷达传感器就能有效地监测到油层厚度很薄的污
染物,因此成像雷达技术是探测海洋石油污染的有
力工具。目前成像雷达技术已从单波段单极化向多
波段、多极化和极化干涉雷达技术发展,有望在环境
污染监测中进一步拓展领域和提高监测技术水平,
但尚需在信息提取和处理方面进一步开展研究〔7〕。
(2)激光雷达遥感技术
通过发射光波,从其散射光、反射光的返回时间
分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱,所以,实
际上是通过测量大气的散射、吸收及辐射的光谱而
从其结果中推算出来的。通过对穿过大气层的太阳
(月亮、星星)的直射光,来自大气和云的散射光,来
自地表的反射光,以及来自大气和地表的热辐射进
行吸收光谱分析或发射光谱分析,从而测量它们的
光谱特性来求出大气气体分子的密度〔1〕。测量中所
分布在一定程度上反映了大气污染的状况。对于大
气污染,需定性或定量地发现大气中的有害物质,可
以用可调谐激光系统作主动探测,也可用多通道辐
射计探测,因为绝大部分空气污染分子的光谱都在2
～20μm的红外波段、这些光谱可用作吸收或辐射
测量。测定气溶胶含量可采用多通道粒子计数器,它
能反映出大气中气溶胶的水平分布和垂直分布。利
境变化监测中一种主要的技术手
段。国际上相继提出了一系列的全球环境遥感监测
计划,其中主要有美国宇航局(NASA)的对地观测
计划(EOS)、欧空局的对地观测计划和日本的对地
观测计划等〔3〕。这些计划源自文库极大地推动环境遥感技
术的实用化和遥感技术的发展。
2.1光学遥感监测技术
包括如下几种:①可见光、反射红外遥感技术:
量有机物,它们分解时耗去大量氧气,使污水发黑发
臭,当有机物严重污染时呈漆黑色,使水体的反射率
显著降低,在黑白像片上呈灰黑或黑色色调的条带。
使用红外传感器,能根据水中含有的染料、氢氧化合
物、酸类等物质的红外辐射光谱弄清楚水污染的状
况。水体污染状况在彩红外像片上有很好的显示,不
248遥 感 技 术 与 应 用 第15卷
利用的电磁波的光谱范围很宽,从紫外、可见、红外
等光学领域一直扩展到微波、毫米波等无线电波的
领域。大气遥感器分为主动式和被动式,主动方式中
有代表性的遥感器是激光雷达,被动式遥感器有微
波辐射计、热红外扫描仪等。
气溶胶是指悬浮在大气中的各种液态或固态微
粒,通常所指的烟、雾、尘等都是气溶胶。气溶胶本身
是污染物,又是许多有毒、有害物质的携带者,它的
3.2大气污染遥感监测
大气遥感是利用遥感器监测大气结构、状态及
变化。大气遥感器除了测量气温、水蒸汽、大气中的
微量成分气体、气溶胶等的三维分布以外,还用来进
行风的测量及地球辐射收支的测量等。
影响大气环境质量的主要因素是气溶胶含量和
各种有害气体。这些物理量通常不可能用遥感手段
直接识别。水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成
及强度、频率偏移、偏光状态的变化等测量目标的距
离及密度、速度、形状等物理性质的方法及装置叫光
波雷达。由于实际上使用的几乎都是激光,所以又叫
对于地面污染,例如农田遭受污染之后,作物的
生长将起特殊变化,地下水的污染也会引起地面植
被的变化,与正常生长区的作物有不同的光谱表现。
多光谱成像仪能监测这些变化、从而圈定地面污染
分布范围,进一步对地面污染作出预防规划〔8〕。
4国内发展现状
我国环境污染遥感监测技术发展和应用的主要
问题有:①环境污染遥感监测系统和技术方法基本
点,这样才能满足环境污染动态、实时、多样的监测
需求。当前所用的高分辨率传感器基本上依靠进口,
在地面和飞机上测量化学成分的遥感技术还处于实
249第4期 谭衢霖等:遥感技术在环境污染监测中的应用
射计监测技术
微波辐射计是一种无源微波遥感器。它接收并
测量由地面目标产生的热辐射功率,以便掌握目标
在微波波段的特性,区分不同目标,并推导出目标的
获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光
谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成份信
息反演及地物识别,因此可以在不同的环境污染物
监测中发挥主要作用。进入20世纪90年代后期,伴
随着高光谱遥感应用的一系列基本问题,如高光谱
成像信息的定标和定量化、成像光谱图像信息可视
化及多维表达、图像—光谱变换、大数据量信息处理
展图像处理技术和信息提取方法,提高识别污染物
的能力。重点发展其在大气污染、温室效应、水质污
染、固体废弃物污染、热污染等监测中的应用。②热
红外遥感技术:在热红外遥感中,所观测的电磁波的
辐射源是目标物,采用波长范围为8～14μm。热红
外遥感主要探测目标物的辐射特性(发射率和温
度)。利用热红外遥感技术可以在短时间内重复观测
用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的
原理是基于每一物体的光谱反射率不同来获得有关
目标物的信息。该类技术可以监测大气污染、温室效
应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等,是比较成
熟的遥感技术,目前国际上的商业和非商业卫星遥
感器多属此类。该类遥感技术用于环境污染监测,目
前主要是要提高传感器多个谱段信息源的复合,发
对水体的遥感监测是以污染水与清洁水的反射
光谱特征研究为基础的〔8〕。总的看来,清洁水体反射
率比较低,水体对光有较强的吸收性能,而较强的分
子散射性仅存在于光谱区较短的谱段上。故在一般
遥感影像上,水体表现为暗色色调,在红外谱段上尤
其明显。为了进行水质监测,可以采用以水体光谱特
性和水色为指标的遥感技术。
遥感监测视野开阔,对大面积范围里发生的水
加以综合判断。
对城市环境而言,城市热岛也是一种大气热污
染现象。红外遥感图像能反映地物辐射温度的差异,
可为研究城市热岛提供依据。根据不同时相的遥感
资料,还可研究城市热岛的日变化和年变化规律。总
结城市热岛与下垫面性质的相关关系,可从城市规
划入手,制约那些形成城市热岛的因素,防止城市环
境的进一步恶化〔2〕。
体扩散过程容易通览全貌,观察出污染物的排放源、
扩散方向、影响范围及与清洁水混合稀释的特点。从
而查明污染物的来龙去脉,为科学地布设地面水样
监测提供依据。在江河湖海各种水体中,污染物种类
繁多。为了便于遥感方法研究各种水污染,习惯上将
其分为泥沙污染、石油污染、废水污染、热污染和水
体富营养化等几种类型〔2〕。
征信号丰富,含有幅度、相位和极化等多种信息,它
对地球覆盖层的穿透能力也较红外波段强〔4〕。微波
在传播途径中,由于媒介质的不连续性、不均匀性、
各向异性以及耗损等因素,将在遥感目标区产生反
射、散射、透射、吸收和辐射等各种现象。目标与散射
电磁波的相互作用,使电磁波产生空间、时间、幅度、
频率、相位和极化等参数的调制,从而使回波载有信
频率
(GHz)2. 7附近18附近30附近55附近90附近115. 27 164. 38 237. 15 276. 33
测量
对象
盐分浓度、土壤含
水量
雨、海面状态、海
冰、水蒸汽
海冰、水蒸汽、油
污染、云
大气温
度
云、油污染、
冰、雪CO C lOx O3NOx
3遥感在环境监测中的应用
3.1水环境污染遥感监测
(表2)。
表1激光雷达可测量的大气物理量〔1〕
名称大气物理量测量量相互作用 相互作用的大小
米氏光雷达气溶胶
瑞利光雷达空气分子
荧光光雷达气体密度
喇曼光雷达高密度气体密度
差分吸收光雷达气体密度
强度
米氏散射大
瑞利散射小
荧光散射中(有消光效果)
喇曼散射小
差分吸收中
表2微波辐射计的主要使用频率和观测对象〔1〕
(1)水体浑浊度分析
水中悬浮物微粒会对入射进水里的光发生散射
和反射,增大水体的反射率。浑浊度不同的水体其光
谱衰减特性也不同,随着水的混浊度即悬浮物质数
量的增加,衰减系数增大,最容易透过的波段从
0. 50μm附近向红色区移动。随着浑浊水泥沙浓度的
增大和悬浮沙粒径的增大,水的反射率逐渐增高,其
峰值逐渐从蓝光移向绿光和黄绿光。所以,定量监测
某些参数。辐射计观测的亮度温度用瑞利—金斯辐
射定律表示,通常它是地表的各种性质及途中的传
播媒介的影响的复合结果。为此要从观测量中推算
出特定的物理量就要利用能够把消除各自影响的频
率极化组合起来的多通道辐射计。
微波辐射计可用来观测海面状态和大气状态,
如海面温度、海风、盐度、海冰、水蒸汽量、云层含水
量、降水强度、大气温度、风、臭氧、气溶胶、氧化氮等
到污染物运移的情况,而且凭借水
中泥沙悬浮物和浮游植物作为判读指示物,可追踪
出污染源〔8〕。
(4)水体热污染调查
使用红外传感器,能根据热效应的差异有效地
探测出热污染排放源。热红外扫描图像主要反映目
标的热辐射信息,无论白天、黑夜,在热红外像片上
排热水口的位置、排放热水的分布范围和扩散状态
都十分明显,水温的差异在像片上也能识别出来。利
息,通过标定和信号处理技术,把这些信息变换成各
种特征信号,例如散射系数、极化系数、相对相位量、
发射率、表观温度、亮度温度、多普勒频谱、功率谱、
角谱,以及时域统计的各阶矩等〔5〕。通过建立半经验
公式或数学模型,在特征信号与被测目标的物理量
之间建立起严格的对应关系,从而推知遥感目标的
物理特性和运动特性,达到辨认目标和识别目标的
用遥感图像也可分析大气气溶胶的分布和含量。
有害气体通常指人为或自然条件下产生的二氧
化硫、氟化物、光化学烟雾等对生物有机体有毒害的
气体。有害气体通常不能在遥感图像上直接显示出
来,只能利用间接解译标志—植物对有害气体的敏
感性来推断某地区大气污染的程度和性质。除植物
的颜色以外,还可通过植物的形态、纹理和动态标志
上处于起步阶段。虽然我国的遥感理论、技术和应用
发展很快,但与国外相比差距甚大,在环境污染监测
中的应用基本还没有开展起来,目前在全国范围内
基本上没有建立起环境遥感的监测体系与系统。②
对于环境监测而言,传感器的技术性能要求较高,不
仅要求传感器能提供高分辨率的探测,而且要求具
有全天候、全天时、大范围、多谱段和灵敏度高的特
目的。
(1)成像雷达技术
该技术是是一种主动微波遥感技术,具有不受
天气状况影响的全天时、全天候成像能力和对地物
表面粗糙度状况精细的探测能力,在海洋石油污染
监督中发挥着重要作用〔6〕。在海洋污染中,油井溢
油、船舶海上事故等带来的海洋石油污染居各类海
洋污染事故的首位,在海洋表面风速不大(小于3～
4 m /s)的情况下,分辨率很低(100m左右分辨率)
大范围地表的温度分布状况,这种观测是以“一切物
体辐射与其本身温度和种类相对应的电磁波”为基
础的。③高光谱遥感技术:高光谱遥感技术的发展是
人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一,
是当前乃至下一世纪的遥感前沿技术。高光谱遥感
数据的特点是波段多、高光谱分辨率、高空间分辨
率,它将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在
用光学技术或计算机对热图像作密度分割,根据少
量同步实测水温,可正确地绘出水体的等温线。因此
热红外图像能基本上反映热污染区温度的特征,达
到定量解译的目的〔2〕。
(5)水体富营养化
水体里浮游植物大量繁生是水质富营养化的显
著标志。由于浮游植物体内含的叶绿素对可见和近
红外光具有特殊的“陡坡效应”,使那些浮游植物含
游植物含量的增高,其光谱曲线与绿色植物的反射
光谱越近似。因此,为了调查水体中悬浮物质的数量
及叶绿素含量,最好采用0. 45～0. 65μm附近的光
谱线段。在可见光波段,反射率较低;在近红外波段,
反射率明显升高,因此,在彩色红外图像上,富营养
化水体呈红褐色或紫红色〔9〕。
悬沙浓度的最佳波段为0. 65～0.8μm之间,此外,
若采用蓝光波段反射率和绿光波段反射率的比值,
则可以判别两种水体浑浊度的大小〔9〕。
(2)石油污染监测
海上或港口的石油污染是一种常见的水体污
染。遥感调查石油污染,不仅能发现已知污染区的范
围和估算污染石油的含量,而且可追踪污染源。石油
与海水在光谱特性上存在许多差别,如油膜表面致
密、平滑,反射率较水体高,但发射率远低于水体等
等,因此,在若干光谱段都能将二者分开。此外,根据
油膜与海水在微波波段的发射率差异,还可利用微
波辐射法测量二者亮度温度的差别,从而显示出海
面油污染分布的情况。如前面所述,成像雷达技术也
是探测海洋石油污染的有力工具。
(3)城市污水监测
城市大量排放的工业废水和生活污水中带有大
等的解决,高光谱遥感已由实验研究阶段逐步转向
实用阶段。在该项技术中,通过建立不同污染物的光
谱数据库,开展光谱数据处理和光谱匹配技术,建立
污染物光谱识别模型,从而发展成像光谱环境污染
监测技术系统。
2.2微波遥感监测技术
微波遥感与光学遥感相比较,它除了具有光学
遥感不具备的全天候和全天时观测能力外,它的特
的雷达传感器就能有效地监测到油层厚度很薄的污
染物,因此成像雷达技术是探测海洋石油污染的有
力工具。目前成像雷达技术已从单波段单极化向多
波段、多极化和极化干涉雷达技术发展,有望在环境
污染监测中进一步拓展领域和提高监测技术水平,
但尚需在信息提取和处理方面进一步开展研究〔7〕。
(2)激光雷达遥感技术
通过发射光波,从其散射光、反射光的返回时间
分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱,所以,实
际上是通过测量大气的散射、吸收及辐射的光谱而
从其结果中推算出来的。通过对穿过大气层的太阳
(月亮、星星)的直射光,来自大气和云的散射光,来
自地表的反射光,以及来自大气和地表的热辐射进
行吸收光谱分析或发射光谱分析,从而测量它们的
光谱特性来求出大气气体分子的密度〔1〕。测量中所
分布在一定程度上反映了大气污染的状况。对于大
气污染,需定性或定量地发现大气中的有害物质,可
以用可调谐激光系统作主动探测,也可用多通道辐
射计探测,因为绝大部分空气污染分子的光谱都在2
～20μm的红外波段、这些光谱可用作吸收或辐射
测量。测定气溶胶含量可采用多通道粒子计数器,它
能反映出大气中气溶胶的水平分布和垂直分布。利
境变化监测中一种主要的技术手
段。国际上相继提出了一系列的全球环境遥感监测
计划,其中主要有美国宇航局(NASA)的对地观测
计划(EOS)、欧空局的对地观测计划和日本的对地
观测计划等〔3〕。这些计划源自文库极大地推动环境遥感技
术的实用化和遥感技术的发展。
2.1光学遥感监测技术
包括如下几种:①可见光、反射红外遥感技术:
量有机物,它们分解时耗去大量氧气,使污水发黑发
臭,当有机物严重污染时呈漆黑色,使水体的反射率
显著降低,在黑白像片上呈灰黑或黑色色调的条带。
使用红外传感器,能根据水中含有的染料、氢氧化合
物、酸类等物质的红外辐射光谱弄清楚水污染的状
况。水体污染状况在彩红外像片上有很好的显示,不
248遥 感 技 术 与 应 用 第15卷
利用的电磁波的光谱范围很宽,从紫外、可见、红外
等光学领域一直扩展到微波、毫米波等无线电波的
领域。大气遥感器分为主动式和被动式,主动方式中
有代表性的遥感器是激光雷达,被动式遥感器有微
波辐射计、热红外扫描仪等。
气溶胶是指悬浮在大气中的各种液态或固态微
粒,通常所指的烟、雾、尘等都是气溶胶。气溶胶本身
是污染物,又是许多有毒、有害物质的携带者,它的
3.2大气污染遥感监测
大气遥感是利用遥感器监测大气结构、状态及
变化。大气遥感器除了测量气温、水蒸汽、大气中的
微量成分气体、气溶胶等的三维分布以外,还用来进
行风的测量及地球辐射收支的测量等。
影响大气环境质量的主要因素是气溶胶含量和
各种有害气体。这些物理量通常不可能用遥感手段
直接识别。水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成
及强度、频率偏移、偏光状态的变化等测量目标的距
离及密度、速度、形状等物理性质的方法及装置叫光
波雷达。由于实际上使用的几乎都是激光,所以又叫
对于地面污染,例如农田遭受污染之后,作物的
生长将起特殊变化,地下水的污染也会引起地面植
被的变化,与正常生长区的作物有不同的光谱表现。
多光谱成像仪能监测这些变化、从而圈定地面污染
分布范围,进一步对地面污染作出预防规划〔8〕。
4国内发展现状
我国环境污染遥感监测技术发展和应用的主要
问题有:①环境污染遥感监测系统和技术方法基本
点,这样才能满足环境污染动态、实时、多样的监测
需求。当前所用的高分辨率传感器基本上依靠进口,
在地面和飞机上测量化学成分的遥感技术还处于实
249第4期 谭衢霖等:遥感技术在环境污染监测中的应用
射计监测技术
微波辐射计是一种无源微波遥感器。它接收并
测量由地面目标产生的热辐射功率,以便掌握目标
在微波波段的特性,区分不同目标,并推导出目标的
获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光
谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成份信
息反演及地物识别,因此可以在不同的环境污染物
监测中发挥主要作用。进入20世纪90年代后期,伴
随着高光谱遥感应用的一系列基本问题,如高光谱
成像信息的定标和定量化、成像光谱图像信息可视
化及多维表达、图像—光谱变换、大数据量信息处理
展图像处理技术和信息提取方法,提高识别污染物
的能力。重点发展其在大气污染、温室效应、水质污
染、固体废弃物污染、热污染等监测中的应用。②热
红外遥感技术:在热红外遥感中,所观测的电磁波的
辐射源是目标物,采用波长范围为8～14μm。热红
外遥感主要探测目标物的辐射特性(发射率和温
度)。利用热红外遥感技术可以在短时间内重复观测
用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的
原理是基于每一物体的光谱反射率不同来获得有关
目标物的信息。该类技术可以监测大气污染、温室效
应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等,是比较成
熟的遥感技术,目前国际上的商业和非商业卫星遥
感器多属此类。该类遥感技术用于环境污染监测,目
前主要是要提高传感器多个谱段信息源的复合,发
对水体的遥感监测是以污染水与清洁水的反射
光谱特征研究为基础的〔8〕。总的看来,清洁水体反射
率比较低,水体对光有较强的吸收性能,而较强的分
子散射性仅存在于光谱区较短的谱段上。故在一般
遥感影像上,水体表现为暗色色调,在红外谱段上尤
其明显。为了进行水质监测,可以采用以水体光谱特
性和水色为指标的遥感技术。
遥感监测视野开阔,对大面积范围里发生的水
加以综合判断。
对城市环境而言,城市热岛也是一种大气热污
染现象。红外遥感图像能反映地物辐射温度的差异,
可为研究城市热岛提供依据。根据不同时相的遥感
资料,还可研究城市热岛的日变化和年变化规律。总
结城市热岛与下垫面性质的相关关系,可从城市规
划入手,制约那些形成城市热岛的因素,防止城市环
境的进一步恶化〔2〕。
体扩散过程容易通览全貌,观察出污染物的排放源、
扩散方向、影响范围及与清洁水混合稀释的特点。从
而查明污染物的来龙去脉,为科学地布设地面水样
监测提供依据。在江河湖海各种水体中,污染物种类
繁多。为了便于遥感方法研究各种水污染,习惯上将
其分为泥沙污染、石油污染、废水污染、热污染和水
体富营养化等几种类型〔2〕。
征信号丰富,含有幅度、相位和极化等多种信息,它
对地球覆盖层的穿透能力也较红外波段强〔4〕。微波
在传播途径中,由于媒介质的不连续性、不均匀性、
各向异性以及耗损等因素,将在遥感目标区产生反
射、散射、透射、吸收和辐射等各种现象。目标与散射
电磁波的相互作用,使电磁波产生空间、时间、幅度、
频率、相位和极化等参数的调制,从而使回波载有信
频率
(GHz)2. 7附近18附近30附近55附近90附近115. 27 164. 38 237. 15 276. 33
测量
对象
盐分浓度、土壤含
水量
雨、海面状态、海
冰、水蒸汽
海冰、水蒸汽、油
污染、云
大气温
度
云、油污染、
冰、雪CO C lOx O3NOx
3遥感在环境监测中的应用
3.1水环境污染遥感监测
(表2)。
表1激光雷达可测量的大气物理量〔1〕
名称大气物理量测量量相互作用 相互作用的大小
米氏光雷达气溶胶
瑞利光雷达空气分子
荧光光雷达气体密度
喇曼光雷达高密度气体密度
差分吸收光雷达气体密度
强度
米氏散射大
瑞利散射小
荧光散射中(有消光效果)
喇曼散射小
差分吸收中
表2微波辐射计的主要使用频率和观测对象〔1〕
(1)水体浑浊度分析
水中悬浮物微粒会对入射进水里的光发生散射
和反射,增大水体的反射率。浑浊度不同的水体其光
谱衰减特性也不同,随着水的混浊度即悬浮物质数
量的增加,衰减系数增大,最容易透过的波段从
0. 50μm附近向红色区移动。随着浑浊水泥沙浓度的
增大和悬浮沙粒径的增大,水的反射率逐渐增高,其
峰值逐渐从蓝光移向绿光和黄绿光。所以,定量监测
某些参数。辐射计观测的亮度温度用瑞利—金斯辐
射定律表示,通常它是地表的各种性质及途中的传
播媒介的影响的复合结果。为此要从观测量中推算
出特定的物理量就要利用能够把消除各自影响的频
率极化组合起来的多通道辐射计。
微波辐射计可用来观测海面状态和大气状态,
如海面温度、海风、盐度、海冰、水蒸汽量、云层含水
量、降水强度、大气温度、风、臭氧、气溶胶、氧化氮等
到污染物运移的情况,而且凭借水
中泥沙悬浮物和浮游植物作为判读指示物,可追踪
出污染源〔8〕。
(4)水体热污染调查
使用红外传感器,能根据热效应的差异有效地
探测出热污染排放源。热红外扫描图像主要反映目
标的热辐射信息,无论白天、黑夜,在热红外像片上
排热水口的位置、排放热水的分布范围和扩散状态
都十分明显,水温的差异在像片上也能识别出来。利
息,通过标定和信号处理技术,把这些信息变换成各
种特征信号,例如散射系数、极化系数、相对相位量、
发射率、表观温度、亮度温度、多普勒频谱、功率谱、
角谱,以及时域统计的各阶矩等〔5〕。通过建立半经验
公式或数学模型,在特征信号与被测目标的物理量
之间建立起严格的对应关系,从而推知遥感目标的
物理特性和运动特性,达到辨认目标和识别目标的
用遥感图像也可分析大气气溶胶的分布和含量。
有害气体通常指人为或自然条件下产生的二氧
化硫、氟化物、光化学烟雾等对生物有机体有毒害的
气体。有害气体通常不能在遥感图像上直接显示出
来,只能利用间接解译标志—植物对有害气体的敏
感性来推断某地区大气污染的程度和性质。除植物
的颜色以外,还可通过植物的形态、纹理和动态标志
上处于起步阶段。虽然我国的遥感理论、技术和应用
发展很快,但与国外相比差距甚大,在环境污染监测
中的应用基本还没有开展起来,目前在全国范围内
基本上没有建立起环境遥感的监测体系与系统。②
对于环境监测而言,传感器的技术性能要求较高,不
仅要求传感器能提供高分辨率的探测,而且要求具
有全天候、全天时、大范围、多谱段和灵敏度高的特
目的。
(1)成像雷达技术
该技术是是一种主动微波遥感技术,具有不受
天气状况影响的全天时、全天候成像能力和对地物
表面粗糙度状况精细的探测能力,在海洋石油污染
监督中发挥着重要作用〔6〕。在海洋污染中,油井溢
油、船舶海上事故等带来的海洋石油污染居各类海
洋污染事故的首位,在海洋表面风速不大(小于3～
4 m /s)的情况下,分辨率很低(100m左右分辨率)
大范围地表的温度分布状况,这种观测是以“一切物
体辐射与其本身温度和种类相对应的电磁波”为基
础的。③高光谱遥感技术:高光谱遥感技术的发展是
人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一,
是当前乃至下一世纪的遥感前沿技术。高光谱遥感
数据的特点是波段多、高光谱分辨率、高空间分辨
率,它将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在
用光学技术或计算机对热图像作密度分割,根据少
量同步实测水温,可正确地绘出水体的等温线。因此
热红外图像能基本上反映热污染区温度的特征,达
到定量解译的目的〔2〕。
(5)水体富营养化
水体里浮游植物大量繁生是水质富营养化的显
著标志。由于浮游植物体内含的叶绿素对可见和近
红外光具有特殊的“陡坡效应”,使那些浮游植物含