大气环境监测中遥感技术的应用研究

李明明

摘  要：近年来，我国农业经济和工业经济都得到了迅速的发展，人民生活水平得到了大幅度的提升，但与此同时，我国的大气环境也受到了极大的影响，在影响经济长期可持续发展的同时，也给人们的身心健康造成了极大的威胁，因此，必须加大对大气环境的监测力度，及时有效地制定出环境治理解决方案。遥感技术具有监测范围广、监测效率高以及监测成本低的特点，在大气环境监测工作中具有不可替代的重要作用。基于此，该文对大气环境监测中的遥感技术应用进行了细致的研究，并总结了遥感技术在大气环境监测应用过程中存在的问题。

关键词：大气环境;遥感监测;主动遥感;被动遥感;应用研究

中图分类号：X83            文献标志码：A

随着社会经济的不断发展，人们对经济增长幅度和增长效率予以了高度的关注，却忽视了社会环境的改变和恶化，其中，大气环境污染已发展成为影响人民生活质量和生活健康的最主要因素之一，因此，为了对现有大气环境进行改善和治理，就必须提高大气环境监测的监测质量。大气环境遥感监测技术具有监测范围广、效率高和成本低的特点，已成为大气环境管理和大气环境治理的一个重要手段和方法。

1 遥感技术在大气环境监测中的基本原理

遥感监测技术是指运用一定的仪器、采用必要的技术方法对一定距离以外的目标进行监测的过程，运用遥感监测技术能够在不接触监测目标的前提下收集相关信息，并对采集信息进行识别、分类和跟踪测量，从而确定被监测目标的污染程度、污染范围以及污染带来危害的程度等[1]。大气环境遥感监测是遥感监测技术的重要应用之一，与传统大气监测方法手段不同的是，它不再对大气的垂直剖面温度、湿度，大气降水量和降水频率进行监测，而是对大气中的臭氧、二氧化硫、二氧化碳、甲烷以及气溶胶和其他有害气体进行监测，从而分析出大气环境质量。

2 遥感技术在大气环境监测中的应用

大气环境监测中的遥感技术主要可以分为主动遥感技术和被动遥感技术，其中主动遥感技术是指在监测过程中遥感探测仪主动发出波束，发出的波束在空气中与大气中的物质相互作用同时产生回波，监测人员通过监测收到的回波对空气质量进行分析和评价。而被动遥感技术是指监测人员对大气中的红外波和微波辐射进行接收和监测，通过对红外波和微波辐射进行分析判断出大气的整体质量。另外，根据遥感监测技术的不同，遥感技术又可以分为空基遥感技术和地基遥感技术，其中空基遥感技术是以卫星、飞机等为监测平台进行监测;地基遥感技术则是以地面为主要监测平台进行监测的技术方法[2]。下面将对这4种遥感技术进行逐一介绍。

2.1 大气环境被动空基遥感监测的应用

现阶段，利用被动空基遥感监测技术进行监测应用的大气污染物主要包括区域性大气污染物（二氧化硫、氮氧化合物、可吸入颗粒物）、灾害性大气污染物（沙尘暴式污染物、有毒气体泄漏物）和其他影响全球空气质量的污染物（臭氧、二氧化碳、臭氧和甲烷等）。

2.1.1 区域性大气污染物

区域性大气污染物是指在地面上形成的多变的叠加的大气污染物，这种污染物具有极复杂的特点，通常无法直接使用遥感技术进行测量分析。现阶段这对区域性大气污染物进行提取的方法主要有2类。1）对污染地区地面物体的折射率进行分析，通过物体边界的模糊情况对大气环境质量进行分析。2）对地面植物绿色中的有害物质进行监测和分析，通过对树叶中污染物含量进行分析，估测出大气的污染状况。

2.1.2 灾害性大气污染物

利用被动式空基遥感技术对大气污染质量进行监测的另一方面是对灾害性大气污染物，例如沙尘暴式污染物、有毒气体泄漏物的分析监测。众所周知，沙尘暴问题已经是影响人们生活环境质量的一项重要生态问题，它具有发生频率频繁、突发可能性大、产生危害严重的特点，一旦某一区域出现沙尘暴现象，空气中就会充斥大量沙尘，沙尘在空中随风移动，会对人类和动植物产生极大的伤害。另外，在沙尘暴环境中，空气的可见度很低，人们的可视性较差，会大幅度地提升交通事故的概率，因此应该采取积极的分析监测方法，降低沙尘暴发生的概率，提高对沙尘暴天气的治理效率。现阶段GMS监测技术主要应用于沙尘暴监测防治工作中，GMS的红外通道数据能够快速的分析出沙尘暴的确切位置，精细化地分析出沙尘暴的运行轨迹。

2.1.3 其他影响全球空气质量污染物

在空气质量研究方面，世界上的监测研究人员不仅关注研究区域性大气环境质量，更关注的是全球大气环境质量，例如，当前全球空气质量科学家都对全球温室效应问题、全球臭氧空洞问题以及全球气溶胶问题予以了广泛的关注。该文以气溶胶问题為例对被动空基遥感监测技术进行分析。气溶胶是指在空气中悬浮的大量液态和固态微粒，例如烟、雾、尘等，这些微粒能够直接或间接引起许多理化反应，从气溶胶来源上分析，气溶胶主要可以分为海源气溶胶和陆源气溶胶。在初级阶段，在大气环境监测过程中使用最多的卫星传感器主要是搭载在NOAA卫星上的AVHRR，通过这一传感器能够对海洋上的空气溶胶进行厚度监测，但是这一传感器存在很多缺点和不足，例如无法对可见光波段进行校正。随着技术的发展，人们对气溶胶监测传感器进行了升级和更新，新型TOMS传感器对气溶胶具有较强的敏感性。1995年ATSR传感器被予以应用，相对于TOMS传感器，这种传感器在对气溶胶的监测精度有了大幅度的提升。现阶段，我国利用遥感监测技术对气溶胶监测也进行了大量的工作研究并且已经取得了一定的研究成果，例如应用NOAA/AVHRR资料、GMS-5可见光通道以及MODIS资料等对国内大部分地区的气溶胶特性都做出了分析和研究，并取得了一定的研究结果。

2.2 大气环境主动空基遥感监测的应用

星载或者机载微波雷达是目前大气环境主动空基遥感监测的主要手段，雷达发射机利用天线在很短的时间内将一束很窄的大功率电磁波脉冲发射出去，电磁波脉冲在接触到目标物后反射回来被同一天线接收显示，这种传感器就是主动式雷达。由于电磁波脉冲在不同物体上反射回波的振幅和位相都有所不同，因此监测人员能够根据接收的反射回波判断出监测物体的方向和位置。美国NASA率先利用机载微波雷达对大气中气溶胶的组成和分布进行了判断和监测，希腊科学家利用机载差分吸收雷达对雅典上空的光化学烟雾进行了分析和监测，获取了雅典上空大气污染物（二氧化硫、二氧化氮、臭氧以及气溶胶）的空间分布情况。我国科学研究者胡顺星、刘金涛等利用激光雷达系统对我国空气中气溶胶的分布以及光学特性等进行了测量和分析，并取得了阶段性的成果[3]。

2.3 大气环境被动地基遥感监测的应用

除了空基遥感监测技术外，地基遥感监测技术也是当前大气环境监测技术中的重要组成部分。现阶段主要的被動地基遥感监测技术主要包括微波辐射计遥感监测技术、多波段光度计遥感监测技术、全波段太阳直接辐射遥感监测技术以及华盖计遥感监测技术等。目前多波段光度计是测量空气中气溶胶厚度最精确有效的方法之一，因此通常应用在校验卫星遥感结果准确性工作中。我国科学家毛节泰等利用多波段光度计对北京地区空气中气溶胶厚度进行了测量，测量结果与卫星资料测量结果相一致，这说明地基遥感监测技术监测大气中气溶胶具有良好的可实施性[3]。

2.4 大气环境主动地基遥感监测的应用

当前大气环境主动地基遥测监测探测仪主要包括20世纪中期发明的微波气象雷达探测仪以及20世纪60年代发明的大气探测激光雷达探测仪。由于大气中任何物质，包括大气中的原子以及大气中的分子都能够与激光波束产生共振，因此用激光雷达进行大气环境质量监测，能够大幅度降低监测过程中产生的盲区问题[4]。更细一步分析，人们根据监测大气环境中物质的种类和数量，将激光雷达细分为瑞利激光雷达、荧光雷达、差分光激光雷达以及多普勒雷达等。以上雷达在大气环境监测中适宜测量的物理量以及相互作用的大小见表1。

3 大气环境遥感监测技术未来展望

随着科学的不断发展，大气监测遥感技术正由过去单一遥感资料分析方式逐渐向多数据源的综合遥感分析方式转变，在未来，遥感监测技术将在大气环境监测中发挥更重要的作用。为了更好地适应未来发展方向，遥感监测技术在未来应该进一步向集约化、全球化、系统化方向发展;其次，在应用被动遥感监测技术的同时也应该应用主动遥感监测技术，只有实现遥感监测的主动被动一体化模式，才能从根本上提高监测结果的精准度，因此主被动一体化发展是未来遥感监测技术发展的重点方向。

参考文献

[1]彭兰慧.大气污染环境监测及治理[J].中国新技术新产品，2019（14）：104-105.

[2]杨光超.遥感技术在水环境工程中和大气环境监测中的应用研究进展[J].居舍，2019（25）：161.

[3]周小吉.关于遥感技术在生态环境监测中的应用研究[J].环境与发展，2019（11）：74-75.

[4]曹飞，穆宝慧，徐丹，等.遥感技术在环境变化监测中的应用进展[J].环境与可持续发展，2020（2）：96-99.