遥感技术在大气环境监测中的应用
摘 要简述大气环境遥感监测技术的基本原理,着重阐述被动式空基遥感和主动式空基遥感在大气环境中的应用。
关键词遥感技术;大气环境监测;应用
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0111-01
随着我国经济快速发展的同时,大气环境问题已日益严重,严重威胁人们的健康,抑制经济的发展。对区域性的大气环境质量状况采用常规的地面监测方法进行检测,很难得到准确的结果,且还需要投入大量的人员、设备和资金。而遥感技术不仅具有速度快、成本低、监测范围广等特点,其还能进行长期的动态监测,此外,遥感技术还能将有时用常规方法难以揭示的污染源及其扩散的状态发现出来。总之,遥感技术不仅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,还可以对突发性大气环境污染事件的发生、发展进行实时、快速跟踪和监测,从而就能及时采取相应的处理措施,使大气污染造成的损失大大减少。因此,遥感监测技术在大气环境管理和大气污染控制中发挥着重要的作用。
1大气环境遥感监测技术的基本原理
遥感监测就是对一段距离以外的目标物或现象通过仪器的运用来进行观测,是一种不用直接接触目标物或现象就能将所要信息收集起来,并对信息进行识别、分析、判断的高自动化的监测手段。遥感技术最突出的功能就是不需要采样就可以直接进行区域性的跟踪测量,快速定点定位污染源,核定污染范围、以及污染物在大气中的分布、扩散等,从而获得比较全面的信息。遥感监测技术主要分为3种类型,它们分别为紫外、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。
2大气环境遥感监测技术的应用
依据遥感技术的工作方式进行划分,主动式遥感监测和被动式遥感监测是大气环境遥感监测技术的两种类型。其中,主动式遥感监测是指通过遥感探测仪器所发出的波束、次波束,与大气物质相互作用后可产生回波,通过对这种回波的检测,以实现对大气成分的探测。由于主动式大气探测仪器需要进行波束的发射和回波的接收工作,因此,该检测技术又被称为雷达工作方式;被动式遥感监测主要依靠对大气自身所发射的红外光波或微波等辐射的接收,以实现对大气成分的探测。
2.1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通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标物发射,然后利用同一天线对目标地物反射的回波信号进行接受后显示的一种传感器。回波信号的振幅、位相因物体的不同而不同,故在接受处理后,目标地物的方向、距离等数据可以观测出来。当前,多数国家都进行了空间雷达探测计划的制定,例如,1993年美国NASA首先利用机载的探测雷对大气中气溶胶的分布进行了监测;1998年NASN再次利用载有雷达的极轨卫星对大气中的气溶胶、水汽、臭氧等成分进行了测量;1994年Bourdon.A在希腊雅典利用机载差分吸收雷达对雅典市上空的光化学雾进行了测量,获得了一些大气污染物如SO2、NO2、O3和气溶胶等的空间分布数据。
2.2大气环境的被动式空基遥感监测
太阳直接辐射的宽带分光辐射遥感、微波辐射计遥感、多波段光度计遥感是当前大气环境的被动式地基遥感的主要监测技术。
太阳直接辐射遥感是利用日光在大气中的衰减和散射,对大气组分进行测量,其是通过对可见光的测量,来对气溶胶的反演,利用紫外线波段来对大气臭氧、二氧化碳等测量。
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,微波辐射计就是通过对这些不同的辐射频率信号的接受,来对大气组分进行反演。利用微波辐射计可将大气臭氧和氯化物测量出来,其对大气臭氧的测量精度和地基陶普生光谱仪测量精度差不多。
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段,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,在地面所接收到的太阳辐射,包含了大气中气溶胶信息,通过接收到的辐射进行测量,就可将气溶胶的信息反演出来。目前气溶胶遥感手段中最准确的方法就是利用多波段光度计遥感来测量气溶胶光学厚度,多波段光度计遥感通常被用来对卫星遥感的结果进行校验,例如毛节泰等在利用多波段光度计在对气溶胶的测量方面进行一些研究工作,如利用MODIS卫星资料对北京地区的气溶胶光学厚度进行了测量,同时与利用地面光度计对北京地区的气溶胶光学厚度进行的测量结果进行了比较,试验证明,两种方法的测量结果即精度相当,这也说明了利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方法,因为它可以弥补地基遥感地面观测空间覆盖的不足,见图1。
图1卫星遥感的气溶胶光学厚度(550nm)分布
参考文献
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作者简介
杨岚(1984—),女,学历:本科,单位:宝钢集团上海梅山有限公司新事业分公司,籍贯:江苏省兴化市,研究方向:环境监测。