辐射和吸收光谱特征,因此可以通过测量大气散射、吸收及辐射的光谱特征值而从中识别出这些组分来。

目前常用的大气环境遥感监测方法主要有两类,一类是根据污染地区地物反射率发生变化、边界模糊的情况来对大气污染情况进行估计;另一类是间接方法,即根据植物对污染的指示性反演大气污染,一般是根据植被中污染物含量与遥感数据中植被指数的关系估计大气污染的情况。

2 3 1气溶胶监测 国际上卫星遥感气溶胶的研究开始于二十世纪70年代中期,我国科学家从80年代中期开始也进行了这方面的研究。1986年赵柏林等利用NOAAAVHRR资料,对海上大气气溶胶进行了研究,由于是研究的尝试阶段,仅对渤海上空一个点进行了测量,结果表明,对气溶胶浓度计算所达到的精度可以满足气候和环境研究的需要[17]。高分辨率的卫星遥感弥补了一般地面观测难以反映气溶胶空间具体分布和变化趋向的缺陷,为全球和区域气候研究及城市污染分析提供了研究资料[18]。激光雷达系统近来已经被运用(如LITE-GLAS/NASA)或即将被运用(如GALIPSO/NASA-CNES)观测在区域和全球尺度上的地球大气层中气溶胶的垂直可变性[19]。2 3 2臭氧监测 自1978年以来 科学家们利用搭载在Nim bus-7卫星上的臭氧制图光谱仪(TOMS)对大气中臭氧进行了卫星观测。臭氧层位于地球上空25~30千米的平流层中,对0 3米以下紫外区的电磁波有较大吸收,可用紫外波段来测定臭氧层的变化。臭氧层在2 74毫米处也有一个吸收带,可用频率为11083兆赫兹的地面微波辐射计来测定臭氧在大气中的垂直分布。另外,臭氧层会吸收太阳紫外线而升温,可使用红外波段来测定臭氧层的温度变化,参照浓度与温度的相关关系,推算出臭氧浓度的水平分布[20]。

2 3 3沙尘暴监测 沙尘暴属于大气气溶胶的一种极端情况。目前对沙尘暴的遥感监测主要是利用GMS和NOAAAVHRR数据。GMS的红外通道数据有利于确定沙尘暴的位置,同时它所具有的高时间分辨率(1h),更有利于大尺度监测沙尘暴的运动轨迹。NOAAPAVHRR数据不但可以监测到沙尘暴反射辐射特性,而且可以在较大尺度上监测到沙尘暴的时空分布,因此是目前沙尘暴研究和监测的主要遥感信息源[21]。

2 3 4有害气体监测 遥感图像上植物的季相节律变化和遭受污染后的反应差异,以植物对污染的指示性反演大气污染,如确定大气污染的范围、程度和扩散变化。一般污染较轻的地区,植被受污染的情况不宜被人察觉,但其光谱反射率却会明显变化,在遥感影像上表现为灰度的差异。正常生长的植物叶片能强烈反射红外线,在彩红外相片上色泽鲜红明亮。受到污染的叶子,其叶绿素遭到破坏,对红外线的反射能力下降,其彩红外相片颜色发暗,如白蜡树受污染后呈紫红色,柳树呈品红色略带蓝灰色。进行津渤环境遥感试验时曾利用遥感图像上呈现的树冠影像的色调和大小差异,圈定了二氧化硫和苏阿奇、氟化氢等典型污染场。

2 4其它领域

2 4 1固体废弃物监测 利用遥感技术对固体废弃物进行监测管理,从空间分辨率上要求比较高,达到3m~10m的水平。各类固体废弃物堆由于表面的反射和发射电磁波的特性不同,在遥感图像上显示出不同的色调、纹理、形状等影像特征,这 128NORTHERNENVIRONMENT

是固体废弃物遥感调查的物理基础。这种影像特征差异不仅使固体废弃物堆有别于其它的堆垛(如建材堆、原料堆、麦垛、草垛等),而且可以依据废弃物的性质不同进行分类(如工业垃圾、建筑垃圾、生活垃圾等)[22]。利于从光谱特性中区分出城市固体废物的主要参量有:固体废物的含水量、固体废物的有机质含量及表面粗糙度等。目前固体废弃物遥感监测的内容有:工业、生活垃圾的堆放状况,堆放点的分布,堆放点的面积、数量等。

2 4 2重大工程遥感监测 许多重大工程不仅时间长,而且波及面广,工程建设的后续影响难以预料,所以需对工程效果进行长期跟踪监测,如三峡工程、南水北调工程、青藏铁路工程、上海浦东开发区等引起的环境问题及工程建成后的环境状况令世人注目。

2008年的北京奥运会,遥感技术作出了重要的贡献。申奥之前,遥感技术测定北京的气象和环境数据,保障奥运会召开的时间。在奥运召开前期,由中科院主持的 北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划 项目,为北京市政府的大气环境保障决策提供了有力的支撑。在奥运会期间,中科院遥感所提供了青岛浒苔分布卫星遥感监测图、分析报告和奥帆赛区浒苔面积及周边海域浒苔分布、重量估算;确定浒苔灾害发源地点和时间;为决策部门提供准确的数据支持和决策依据

3面临问题

遥感监测范围广、速度快、成本低,便于进行长期的动态监测,能发现用常规方法难以揭示的污染源及其扩散的状态,但也仍存在一些问题。我国环境遥感监测技术发展和应用的现状和主要问题有:(1)环境污染遥感监测系统和技术方法基本上处于起步阶段;(2)遥感信息资源缺乏。目前我国仅有两颗自己发射的环境污染监测遥感卫星遥感信息源主要来自于国外的相关卫星资料;(3)新型遥感技术在环境污染监测应用的理论和方法有待探索和发展,缺少环境污染遥感监测体系与系统;(4)灵敏度、准确度较差;(5)专业的遥感图像处理软件在专题应用方面存在很多问题。目前用于环境遥感监测的软件平台主要是专业的遥感软件,如:ERDAS、PCI等。这些软件在专题应用方面还存在很多问题,自动化低、操作复杂;数据的输入、结果的分析等十分繁琐不便;不能业务化运行;与常规数据的结合不便。

4展望

随着科学技术的进步,光谱信息成像化,雷达成像多极化,光学探测多向化,地学分析智能化,环境研究动态化以及资源研究定量化,大大提高了遥感技术的实时性和运行性,使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发展。就环境遥感监测技术而言,有待于在以下几方面加强研究:

(1)利用环境污染遥感监测技术,建立突发性环境污染事故的实时监测和预警系统;

(2)高性能遥感器的研制。重点发展能够选择监测某种或某类优先污染物(如氯苯和硝基苯等)浓度的遥感器;

(3)进一步研制环境污染物的定量遥感监测技术;(4)将环境污染遥感监测技术与GIS(地理信息系统)、GPS(全球定位系统)、ES(专家系统)技成,形成环境污染