趙劍橋

[摘要] 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，霧霾污染日趨嚴(yán)重，不僅威脅交通運(yùn)輸安全，也嚴(yán)重危害人體健康。目前衛(wèi)星遙感技術(shù)正成為我國(guó)監(jiān)測(cè)霧霾的重要手段。借助衛(wèi)星遙感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣溶膠、NO2與SO2有害氣體、機(jī)動(dòng)車尾氣、秸稈焚燒、沙塵暴、工礦企業(yè)污染等的監(jiān)測(cè)，為監(jiān)管、治理霧霾提供了信息來源與技術(shù)支持。

[關(guān)鍵詞] 遙感技術(shù)；霧霾；氣溶膠；沙塵暴

[中圖分類號(hào)]X851 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，霧霾污染日趨嚴(yán)重，不僅威脅交通運(yùn)輸安全，也嚴(yán)重危害人體健康。如何科學(xué)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)霧霾，以尋找應(yīng)對(duì)辦法，已經(jīng)成為一個(gè)社會(huì)熱點(diǎn)問題。目前衛(wèi)星遙感技術(shù)正成為我國(guó)監(jiān)測(cè)霧霾的重要手段。

對(duì)于空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)方法主要是通過固定站點(diǎn)的觀測(cè)儀器獲取大氣污染物的濃度數(shù)據(jù)，可是這種觀測(cè)方式及其觀測(cè)結(jié)果只能反映特定區(qū)域的大氣污染情況，并不能全面反映更大范圍的大氣污染特征，而衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)正好彌補(bǔ)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布不均的問題。遙感影像是通過獲取地物的反射、輻射和散射的電磁波信息進(jìn)行成像。因?yàn)殪F霾粒子的散射和吸收會(huì)對(duì)地物電磁波的輻射傳輸造成不同影響，因此分析遙感影像的特殊信息，能夠獲取霧霾顆粒的濃度情況。借助衛(wèi)星影像遙感影像數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定區(qū)域PM2.5空間分布與變化情況的快速反映，更宏觀地監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量。

1 監(jiān)測(cè)氣溶膠

霧霾最常用的表征之一就是氣溶膠光學(xué)厚度（AOD），它表征大氣柱中氣溶膠顆粒物整體消光能力。衛(wèi)星遙感是觀測(cè)氣溶膠空間分布的重要手段，能夠在大氣顆粒物保持自然狀態(tài)的情況下，快速獲取區(qū)域范圍內(nèi)的氣溶膠顆粒物空間分布、面積、等級(jí)、頻次等，有助于全面掌握霧霾的產(chǎn)生、變化狀況，在霧霾監(jiān)測(cè)應(yīng)用中有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，得到氣溶膠光學(xué)厚度的方法主要是通過衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)如MODIS數(shù)據(jù)等，進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演，這在實(shí)踐應(yīng)用中已經(jīng)取得一定成效。

2 監(jiān)測(cè)NO2、SO2有害氣體

NO2、SO2等有害氣體都是產(chǎn)生霧霾的重要物質(zhì)來源，通過遙感技術(shù)可以有效監(jiān)測(cè)NO2、SO2等污染氣體柱濃度，對(duì)于霧霾的預(yù)測(cè)與預(yù)警作用極大。

當(dāng)植物被NO2、SO2等有害氣體污染后，其對(duì)紅外光的反射率會(huì)下降，而這種顏色變化以及動(dòng)態(tài)標(biāo)志不同于正常植被呈現(xiàn)的顏色。因此能夠通過遙感影像數(shù)據(jù)分析植被遭受污染的情況。在不同的像元上衛(wèi)星遙感對(duì)植物的監(jiān)測(cè)會(huì)有所呈現(xiàn)，按照標(biāo)準(zhǔn)將像元信息與實(shí)際的土壤、植被、水體等進(jìn)行對(duì)比，研究它們之間的相關(guān)內(nèi)容，分類對(duì)照這些不同的像元信息。污染氣體的信息與這些不同的像元信息相疊加以后，能夠使污染物氣體累加濃度信息得以顯現(xiàn)。

3 監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車尾氣

機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)是通過紅外線和紫外線激光光譜實(shí)現(xiàn)的，即光譜吸收原理。機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過光源向道路對(duì)面的光學(xué)反光鏡發(fā)送紫外光和紅外光，光學(xué)反光鏡會(huì)將其反射到檢測(cè)器中。機(jī)動(dòng)車行駛時(shí)要通過這些光束，這時(shí)機(jī)動(dòng)車尾氣會(huì)吸收光線，改變透射光的強(qiáng)度，通過監(jiān)測(cè)檢測(cè)器中光強(qiáng)的變化情況，對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的氮氧化物、碳?xì)浠衔锏鹊臐舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。遙感裝置監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車尾氣，并不需要直接接觸被監(jiān)測(cè)的車輛，利用機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，在不影響車輛正常行駛的情況下，能夠在0.7秒內(nèi)完成車輛尾氣檢測(cè)，真實(shí)反映車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中各種污染物的排放情況。利用遙感技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車速度的監(jiān)測(cè)，從而確定其運(yùn)行特征，有效避免非正常運(yùn)行對(duì)汽車監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度的影響。

4 監(jiān)測(cè)秸稈焚燒

秸稈露天焚燒過程中釋放各種氣態(tài)污染物和顆粒物，并產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，是我國(guó)大氣污染的重要來源之一。遙感火點(diǎn)探測(cè)利用火點(diǎn)高溫像元與背景常溫像元在中紅外和熱紅外波段輻射能量的差異來識(shí)別地面火點(diǎn)。隨著衛(wèi)星遙感的快速發(fā)展，擁有較高時(shí)間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率的MODIS數(shù)據(jù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)。通過遙感影像火點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠獲取區(qū)域秸稈燃燒空間分布、火點(diǎn)起源、火源擴(kuò)散等情況，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈焚燒的監(jiān)測(cè)，如北京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心結(jié)合地面地理信息數(shù)據(jù)，在每年6～10月的每一天，對(duì)北京市及周邊的農(nóng)業(yè)用地進(jìn)行火點(diǎn)遙感監(jiān)測(cè)，為監(jiān)管工作提供信息來源。通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)來獲取秸稈燃燒的位置、范圍及擴(kuò)散趨勢(shì)，目前在我國(guó)得到了廣泛推廣與應(yīng)用。

5 監(jiān)測(cè)沙塵暴

浮塵、揚(yáng)沙和沙塵暴都是沙塵天氣，這是由于大量飄浮在空中的微細(xì)塵粒或煙粒等影響空氣，導(dǎo)致有效水平能見度小于10km。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)沙塵暴，可以結(jié)合大氣流場(chǎng)預(yù)測(cè)，根據(jù)沙塵的實(shí)時(shí)遷移變化情況判斷其影響范圍，并對(duì)未來的空氣狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警，從而防范沙塵天氣的不利影響。目前我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)沙塵暴。2017年2月27日，我國(guó)新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)A星首批圖像與數(shù)據(jù)公布，標(biāo)志著我國(guó)靜止軌道氣象衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)了升級(jí)換代。通過風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)圖像，可以清楚地看到沙塵影響范圍、移動(dòng)方向和擴(kuò)展情況等。

6 監(jiān)測(cè)工礦企業(yè)污染

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑揚(yáng)塵、平房燃煤等的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為監(jiān)管潛在污染源提供了技術(shù)支持。例如，全北京的混凝土攪拌站在空間分辨率達(dá)到亞米級(jí)的衛(wèi)星照相機(jī)鏡頭前，可謂無處遁形。再如，河北省利用高分辨率（優(yōu)于2m）的多光譜衛(wèi)星影像，采集省內(nèi)的揚(yáng)塵地表圖斑，直觀展示全省范圍內(nèi)的揚(yáng)塵類型、分布和面積情況。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)工礦企業(yè)的污染，為排放源控制及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的升級(jí)決策提供了基本信息支持。

綜上所述，面對(duì)我國(guó)嚴(yán)峻的霧霾污染狀況，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展遙感探測(cè)技術(shù)，促進(jìn)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷提高，通過遙感技術(shù)結(jié)合地面監(jiān)測(cè)的方式，讓霧霾“無處可逃”。

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