遥感技术在环境监测中的应用

遥感技术在环境监测中的应用

摘要：环境监测的遥感技术具有范围广、速度快、成本低，且便于进行长期的动态监测等优点。本文简介了遥感监测技术的原理，并阐述了遥感监测技术在环境监测中的应用。

关键词：遥感技术环境监测

环境监测作为环境管理和污染控制的主要手段之一。但是，在我国面积辽阔，地面环境监测网点分散的现状下，现有的监测台站和传统监测技术方法很难满足连续、动态、宏观、快速监测环境污染的要求和了及时、准确地做出环境质量报告和污染预报的要求。因此，日益恶化的环境迫切需要实时、快速、宏观、准确的监测技术，以便更加全面准确地反映环境污染对生态系统的影响。

遥感技术是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术。它具有监测范围广、速度快、成本低、便于进行长期动态监测等优势，并能发现用常规方法往往难以揭示的污染源及其扩散的状态。因此，遥感技术正广泛地应用于监测水污染、大气污染等方面[1]。因此，发展我国的环境污染遥感监测技术，对保护我国环境及发展经济都具有重要意义。

一、环境遥感监测技术

遥感技术是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，远距离不直接接触物体而识别、测量并分析目标物性质的技术[2]。遥感监测技术主要分为可见光、反射红外遥感技术，热红外遥感技术，微波遥感技术三种类型。

1 可见光、反射红外遥感技术

可见光、反射红外遥感技术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。它记录的是地球表面对太阳辐射能的反射辐射能，其关键变量包括大气纯洁度、地物波谱特性、太阳辐射强度、太阳高度角及其他变量。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。

2 热红外遥感技术

热红外遥技术的原理是基于一切物体辐射的电磁波与其本身温度和种类相对应。在热红外遥感中，所观测的电磁波的辐射源是目标物，即地球表面的发射辐射能，采用波长范围为

8-14μm。热红外遥感主要检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大范围地表的温度分布状况，

3 微波遥感技术

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。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陛和运动特性，达到辨认目标和识别目标的目的[3]。

二、环境污染遥感监测技术的应用

当前，遥感的应用已深入到农业、林业、渔业、地理、地质、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探、城乡规划、土地管理和军事侦察等诸多领域，从室内的工业测量到大范围的陆地、海洋、大气信息的采集以至全球范围的环境变化的监测。

遥感技术在环境污染监测中的应用发展很快，现已可测出水体的叶绿素含量、泥沙含量、水温、水色；可测定大气气温、湿度、CO、NOx、CO2、O2、C1Ox、CH 等主要污染物的浓度分布；可测定固体废弃物的堆放量、分布及其影响范围等，还可对环境污染事故进行遥感跟踪调查，

预报事故发生点、污染面积、扩散程度及方向，估算污染造成的损失并提出相应的对策[4]。

1 大气污染遥感监测

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。对于水汽、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，可以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。

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。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一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。

2 水环境污染遥感监测

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。清洁的水体反射率比较低、对光有较强的吸收，但在光谱区较短的谱段上分子散射性较强，故在一般遥感影像上，水体表现为暗色调。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。遥感监测对大范围内发生的水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，从而查明污染物的来龙去脉，为科学处理水污染问题提供依据[5]。

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索对可见和近红外光具有特殊的“陡坡效应”，使那些浮游植物含量大的水体兼有水体和植物的反射光谱特征。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[6]。

3 遥感技术在其它方面的应用

将卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统等新技术相结合，可以根据气候、可燃物积累和含水量、林木组成等预测火灾可能发生的地区、时段和火灾等级，以采取防范措施，在火灾发生时，可监测其过程和发展趋势，为及时消灭火灾提供第一手资料；在灾后，可以迅速查明损失，同时对生态环境的变化进行监测评价。草场资源是牧业的基础，也是影响生态平衡及自然环境质量的重要因素．

城市环境与人们的生活、工作息息相关，查明影响城市环境的因素，可有针对性地调整工业布局和城市结构，加强城市环境管理，从而降低环境污染，提高人们生活和工作的环境质量。目前遥感技术在城市环境监测方面的应用主要表现在：(1)城市土地利用分类及变化研究，主要是利用Landsat TM 数据进行，结合历史用地状况、现状及未来用地规划建立土地利用变化的调控和管理。(2)人口分布、工业分布格局、经济结构变化的调查；利用遥感技术获得的信息可以为政府部门的决策和管理提供依据[7]。

三、结束语

遥感技术问世30多年来，应用深度和广度都在不断拓展。但是环境监测的内容很丰富，对于哪些指标能采用卫星遥感技术有效监测，及其最佳监测光谱分辨率、监测时间频率和监测空间分辨率还不是十分清楚，更没有形成实用模型数据库。所以，应加快环境遥感监测指标体系和国家环境信息系统建设。

当前，我国环境污染遥感监测技术应依托我国的对地观测技术和对地观测系统的发展计划，同时充分利用国际上资源环境卫星系统，开展广泛的国际合作和交流，大力发展我国的环境污染遥感监测技术，并充分利用现有的环境监测网点和常规监测方法，采用遥感技术与地面监测相结合的方法，建立我国的环境污染遥感监测系统。

参考文献：

[1] 孙家柄，舒宁等．《遥感原理方法和应用》[M]．北京：测绘出版社，2003：411—417.

[2] 遥感研究会(日)．《遥感精解》[M]．刘勇卫，贺雪鸿，译．北京：测绘出版社，1993.

[3] 戴前伟，杨震中.《遥感技术在环境监测中的应用》[2]. 西部探矿工程，2007.4：209-211.

[4] 胡著智，王慧麟，陈钦峦编著．《遥感技术与地学应用》[M]．南京：南京大学出版社，