16．2　城市大氣污染遙感監(jiān)測(cè)

中國(guó)500個(gè)大城市中有很多城市的空氣污染指標(biāo)超標(biāo)。常規(guī)的城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)手段是采用地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過分析儀器采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過空氣污染指數(shù)(air pollution index，API)來評(píng)價(jià)城市大氣環(huán)境質(zhì)量。監(jiān)測(cè)的指標(biāo)有NO₂、SO₂等污染氣體。目前，國(guó)內(nèi)外遙感技術(shù)在城市環(huán)境方面的應(yīng)用越來越廣泛。城市大氣污染的遙感監(jiān)測(cè)主要是通過遙感手段調(diào)查產(chǎn)生大氣污染的污染源的分布、污染源周圍的污染物的擴(kuò)散影響范圍。城市大氣污染遙感監(jiān)測(cè)主要包括城市大氣污染源監(jiān)測(cè)和大氣污染物擴(kuò)散規(guī)律的研究。一方面，遙感可觀測(cè)到大氣中氣溶膠類型及其含量、分布與大氣微量氣體的鉛垂分布;另一方面，可通過城市的植物對(duì)大氣環(huán)境的指示作用來對(duì)城市大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行判別，利用地物的波譜測(cè)試數(shù)據(jù)、彩色紅外遙感圖像及少量常規(guī)大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取關(guān)于城市大氣環(huán)境質(zhì)量的基本數(shù)據(jù)，并建立城市大氣污染的評(píng)價(jià)模型。

應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的電磁波譜主要是近紫外線到紅外線范圍(0．4～25μm)，以及微波范圍(10～200GHz)。用于大氣監(jiān)測(cè)的遙感技術(shù)種類較多，一般有相關(guān)光譜技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)及熱紅外掃描技術(shù)。

相關(guān)光譜技術(shù)基于光的吸收原理，受監(jiān)測(cè)氣體選擇吸收特定波長(zhǎng)的光后，按光強(qiáng)衰減程度來推算對(duì)象氣體物的濃度。相關(guān)光譜系統(tǒng)采用的吸收光限于紫外光和可見光。在遙測(cè)中，需要在自然光充分的條件下，利用地表之上漫射光所會(huì)聚的光源。相關(guān)光譜系統(tǒng)裝備在汽車或直升機(jī)上，目前適用的污染物多為NO、NO₂、SO₂。監(jiān)測(cè)這3種污染物組分的實(shí)際工作波長(zhǎng)范圍分別是NO為195～230nm，NO₂為420～450nm，SO₂為250～310nm。

近期運(yùn)用激光對(duì)大氣污染進(jìn)行遙感的技術(shù)發(fā)展很快，主要是因?yàn)榧す饫走_(dá)是一種主動(dòng)遙感技術(shù)。激光具有單色性好、高度方向性和能量集中等優(yōu)點(diǎn)，使得根據(jù)激光原理制作的傳感器具有很高的靈敏度和良好的分辨率。激光脈沖射入環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)象介質(zhì)后，首先因發(fā)生散射作用而衰減。射向大氣的激光束遭遇氣態(tài)分子時(shí)，可能發(fā)生瑞利散射和拉曼散射。散射作用在大氣遙感中占有相當(dāng)重要的地位，主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)多是基于這種作用機(jī)制而制造的。

紅外激光—熒光遙感器可用于監(jiān)測(cè)大氣中NO₂、CO、CO₂、SO₂、O₃等污染物及其濃度，其監(jiān)測(cè)頻率在可見光至紫外光區(qū)域，根據(jù)熒光波長(zhǎng)和強(qiáng)度可分別作定性和定量監(jiān)測(cè)。圖16-15為武漢大學(xué)鄭貴林教授研發(fā)的地面組網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；谧越M網(wǎng)技術(shù)的地面大氣遙感傳感網(wǎng)能自動(dòng)地獲取連續(xù)測(cè)量的大氣環(huán)境參數(shù)。

大氣污染的不同程度、不同種類會(huì)使遙感信息產(chǎn)生一定的失真，通過對(duì)這種失真的研究，可建立城市環(huán)境污染的遙感評(píng)估模型。利用地物的波譜測(cè)試數(shù)據(jù)、彩色紅外遙感圖像及少量常規(guī)大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可獲取關(guān)于城市大氣環(huán)境質(zhì)量的基本數(shù)據(jù)。利用遙感圖像作為基本資料，可以對(duì)城市有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可對(duì)城市污染源、污染擴(kuò)散影響、污染程度等進(jìn)行分析研究，以確定影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)因素，根據(jù)城市可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)相應(yīng)的污染源進(jìn)行整治和改善，采取措施治理大氣污染。

圖16-15　武漢大學(xué)鄭貴林教授研發(fā)的地面組網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

大氣中的氣溶膠即煙霧、塵暴等懸浮于大氣中的污染物，是影響大氣質(zhì)量的主要因素，它們?cè)趫D像上會(huì)反映出其分布特征。大氣的氣溶膠濃度不同，圖像色調(diào)也不同。濃度大，其散射、反射率大，影像呈白色;反之，呈灰色。同時(shí)，結(jié)合大氣取樣監(jiān)測(cè)分析，可鑒別出其主要污染物、顆粒物數(shù)目及其分布空間。根據(jù)多期監(jiān)測(cè)，可獲取大氣污染的時(shí)空分布與變化規(guī)律。例如，NO_X、SO₂的圖像灰度信息在TM1、TM3圖像中均有明顯的反映，排入大氣的SO₂很少單獨(dú)存在于大氣中，往往與大氣中顆粒物結(jié)合在一起，這些顆粒物會(huì)對(duì)光波產(chǎn)生散射，在其遙感圖像上顯示為灰暗、模糊影像特征。同時(shí)，也能從高分辨率圖像上判別出城市煙囪，然后反映煙霧的污染范圍與程度。

通過對(duì)遙感圖像的分析，可獲取可靠的大氣污染資料?？梢?，遙感信息在城市環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面具有其他類型數(shù)據(jù)所無法代替的優(yōu)越性。同時(shí)，遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用日益廣泛，遙感監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目增多、分辨率提高、解譯性能增強(qiáng)，遙感監(jiān)測(cè)將成為城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要手段。圖16-16為國(guó)家減災(zāi)中心利用NOAA/AVHRR衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)到的大霧天氣。

圖16-16　國(guó)家減災(zāi)中心監(jiān)測(cè)大霧天氣(2005年產(chǎn)品匯編，民政部國(guó)家減災(zāi)中心)