摘要：本文綜述了國(guó)內(nèi)外遙測(cè)大氣污染的研究現(xiàn)狀，介紹了大氣污染物遙測(cè)的多種方法及特點(diǎn)。對(duì)各種方法存在的問(wèn)題和大氣污染遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論，指出在大氣污染物監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中主被動(dòng)相結(jié)合、各種數(shù)據(jù)處理方法相融合是今后大氣污染物遙測(cè)技術(shù)的重要研究方向。

關(guān)鍵詞：遙測(cè) 大氣污染物 激光雷達(dá)

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0158-01

隨著工業(yè)的發(fā)展，城市的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，大氣污染更是主要問(wèn)題。大氣污染指人類活動(dòng)和自然過(guò)程造成某些物質(zhì)進(jìn)入大氣，達(dá)到一定濃度，對(duì)人體產(chǎn)生了危害。遙測(cè)技術(shù)具有監(jiān)測(cè)范圍廣、速度快、非接觸，且便于進(jìn)行長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)方法不可比擬的。它不僅可以快速、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、省時(shí)省力地監(jiān)測(cè)大范圍的大氣污染，也可以應(yīng)用于突發(fā)性大氣環(huán)境污染事件的監(jiān)測(cè)，在一定的技術(shù)改裝的條件下，還可以應(yīng)用于化學(xué)戰(zhàn)劑的識(shí)別與定量。因此，大氣污染的遙測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為大氣污染監(jiān)測(cè)的重要手段。

1 大氣污染遙測(cè)技術(shù)

1.1 差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)

差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)針對(duì)大氣中污染氣體存在特征吸收波長(zhǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)特征光譜計(jì)算污染氣體濃度的。差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)已應(yīng)用于大氣污染的監(jiān)測(cè)中。George Mount等人[1]在WSU農(nóng)場(chǎng)利用DOAS技術(shù)在溫度為11～21°的條件下，對(duì)NH3、SF6進(jìn)行了監(jiān)測(cè)并得到30～75μg/m3的檢出范圍；John G.Murphy等人[2]采用多光路可調(diào)諧激光結(jié)合線陣CCD、望遠(yuǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣污染，并成功應(yīng)用于工業(yè)廠房污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中；中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所劉清文，謝品華等人[4-7]一直從事該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用，先后應(yīng)用DOAS方法對(duì)SO2、NO2、NO、NH3、單環(huán)芳香烴有機(jī)物做出測(cè)量，實(shí)驗(yàn)值與實(shí)際值有較好的吻合；廈門大學(xué)物理學(xué)系周海光，陳波等人[8，9]利用DOAS技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣污染物NO2在廈門地區(qū)的分布及其濃度。

1.2 差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)

激光雷達(dá)（Lidar）是主動(dòng)光學(xué)遙測(cè)的。在大氣遙測(cè)中，差分激光雷達(dá)技術(shù)（DIAL）是通過(guò)兩波長(zhǎng)不同的激光作光源，沿著同一途徑交替?zhèn)鬏敚槐O(jiān)測(cè)的氣體對(duì)一束光強(qiáng)烈吸收，而另一束幾乎不吸收；因光受顆粒散射的截面大小主要由光的波長(zhǎng)決定，氣體分子和氣溶膠對(duì)這兩束光具有基本相同的散射能力，因此，獲得這兩束反射光的強(qiáng)度差即可確定氣體的平均濃度。當(dāng)激光照射在待測(cè)云團(tuán)時(shí)，按其散射種類不同，又有其不同的探測(cè)機(jī)理與范圍，米氏散射常用于氣溶膠的檢測(cè)；瑞利散射可以應(yīng)用于空氣分子的檢測(cè)；熒光散射可用于氣體密度檢測(cè)；拉曼散射的有效截面為10-29～10-30cm2/s，雖然拉曼散射有效截面最小，較難探測(cè)，但其也有其它幾種散射不具備的一些特殊特性，其中，水蒸氣對(duì)拉曼光雷達(dá)幾乎沒(méi)有影響是其最大的優(yōu)點(diǎn)。Vladimir M.Klimkin等人采用了拉曼激光雷達(dá)技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣污染；Parviz Parvin等人[16]采用紫外激光雷達(dá)遙測(cè)了工業(yè)廠區(qū)羽狀污染物，并建立了下風(fēng)向污染物分布趨勢(shì)的模型。

1.3 傅立葉變換紅外光譜技術(shù)

在大氣污染遙測(cè)中采用的傅立葉變換紅外光譜技術(shù)都是開(kāi)路傅立葉變換紅外光譜技術(shù)，由于FTIR技術(shù)在定性及定量分析上有著非常卓越的能力，適用于測(cè)量污染氣體的成分及濃度。傅立葉變換紅外光譜技術(shù)也常常分為時(shí)間掃描調(diào)制與靜態(tài)調(diào)制兩類。時(shí)間掃描調(diào)制的干涉具主要包括依靠精確機(jī)械移動(dòng)掃描型的。傅立葉變換紅外光譜遙測(cè)技術(shù)在大氣污染監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用。拉曼光譜法是用激光激發(fā)產(chǎn)生的拉曼效應(yīng)來(lái)檢測(cè)處于紅外區(qū)的分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能量，它是一種間接的檢測(cè)方法。F. Keilman等人應(yīng)用靜態(tài)FTIR技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣污染，其用相關(guān)光路技術(shù)提高精確度，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明。

1.4 微波光譜檢測(cè)法

微波光譜檢測(cè)法是采用頻率在300GHz～300MHz的電磁波（即波長(zhǎng)在100cm至1mm范圍內(nèi)）做輻射源，對(duì)得到的光譜圖進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)大氣污染的種類及濃度。采用微波探測(cè)的研究中，還有許多微波為基礎(chǔ)演化得到探測(cè)方法。

國(guó)外應(yīng)用微波技術(shù)結(jié)合光譜分析（FT-MW）遙測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑、生物戰(zhàn)劑的實(shí)驗(yàn)較多，在大氣污染監(jiān)測(cè)中只見(jiàn)到用于污染云團(tuán)邊界輪廓探測(cè)的報(bào)道。Robert R.Bousquet等人采用FT-MW技術(shù)分析了常見(jiàn)的幾種化學(xué)戰(zhàn)劑，并給出其最低檢出限；2002年，J. Kiel等人采用微波技術(shù)監(jiān)測(cè)生物戰(zhàn)劑。大氣污染監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)未見(jiàn)報(bào)道。

2 存在的問(wèn)題及其展望

DOAS技術(shù)可以獲得多種氣體污染物的平均濃度，但它只能對(duì)具有窄吸收光譜特征的分子進(jìn)行濃度測(cè)量，并且掃描過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)；掃描光譜范圍小，限制了監(jiān)測(cè)氣體的種類。DIAL技術(shù)具有空間分辨率高、測(cè)量光程長(zhǎng)，可大范圍監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。但系統(tǒng)復(fù)雜，需要脈沖激光，成本高。FTIR技術(shù)對(duì)環(huán)境模型的依賴性高、需要建立所有待測(cè)氣體的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并且提供完善的算法；并且采集到的光譜數(shù)據(jù)不具備三維延展性，這個(gè)缺點(diǎn)取決于其探測(cè)原理，無(wú)法與DIAL相比。微波技術(shù)因波段特性決定其主要應(yīng)用于化學(xué)、生物戰(zhàn)劑監(jiān)測(cè)。但由于可探測(cè)大范圍，長(zhǎng)距離的大氣邊界，常用于描述大氣污染范圍，確定大氣污染邊界，對(duì)特定污染物定性定量比較少見(jiàn)。

目前，大氣污染遙測(cè)技術(shù)正從少數(shù)幾種污染物的靜態(tài)監(jiān)測(cè)，向多種污染物的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)渡。從對(duì)少量污染物特征光譜的描述反演大氣污染，向超光譜多波段全面定量分析各種大氣污染物過(guò)渡。為了可以高速、實(shí)時(shí)地獲得寬波段的光譜信息，多種方法聯(lián)用技術(shù)是多組分大氣污染物定量的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] George Mount， Brian Rumburg， Brian Lamb，et al.DOAS Measurement of Atmospheric Ammonia Emissions at a Dairy[J].NSTL，2001，10：1-15.

[2] John G.Murphy，Stephen O Driscoll， Niall J.Smith.Multi-Path DOAS for Tomographic Measurements [J].SPIE，2003，4876：875-885.

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[4] 謝品華，劉文清，鄭朝暉，等.差分光學(xué)吸收光譜（DOAS）技術(shù)在煙氣SO2監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].光子學(xué)報(bào)，2000，29（3）：271-276.