試論我國(guó)大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

徐建閣

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，治理環(huán)境污染成為我國(guó)急需解決的重要問(wèn)題。而對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)是環(huán)境污染治理的初期階段，也是重要環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)大氣立體監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中痕量氣體、氣溶膠、SO2、NO2以及其他大氣污染氣體的快速、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。論文主要介紹了我國(guó)現(xiàn)有的大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)及其具體應(yīng)用，希望能為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系的進(jìn)一步完善和發(fā)展提供有益參考。

【Abstract】 In recent years， the environmental situation in China has become increasingly serious， and the control and treatment of environmental pollution has become an important problem urgently to be solved in China. Effective monitoring of atmospheric environment is not only the initial stage of environmental pollution control and treatment， but also an important link. At present， China's atmospheric stereoscopic monitoring technology can achieve the rapid and accurate monitoring of trace gases， aerosols， SO2， NO2 and other air pollution gases in the atmosphere. This paper mainly introduces the existing stereoscopic monitoring technology of atmospheric environment and its application in China， hoping to provide a useful reference for the further improvement and development of the environmental monitoring system in our country.

【關(guān)鍵詞】立體監(jiān)測(cè)；技術(shù)；大氣環(huán)境

【Keywords】 stereoscopic monitoring； technology； atmospheric environment

【中圖分類(lèi)號(hào)】X831 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）03-0154-02

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，但環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越突出，政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的重要性認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻，目前已經(jīng)開(kāi)始積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，環(huán)境保護(hù)與生態(tài)治理也逐漸成為我國(guó)的重點(diǎn)關(guān)注和研究?jī)?nèi)容。大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)是我國(guó)針對(duì)大氣環(huán)境污染防治、應(yīng)對(duì)氣候變化、改善生態(tài)環(huán)境、保障人體健康等重大需求開(kāi)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于我國(guó)的環(huán)境治理具有不可取代的重要意義。因此，筆者就我國(guó)目前現(xiàn)有的大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行介紹，主要包括：機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、地基遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、星載遙感監(jiān)測(cè)以及車(chē)載測(cè)量設(shè)備，并探究了這四大技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

2 機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理為將監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝到飛機(jī)上，由飛機(jī)將監(jiān)測(cè)設(shè)備帶到大氣的平流層，對(duì)不同高度的大氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)[1]。

目前，我國(guó)的機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)有了進(jìn)一步的發(fā)展，有特定的飛機(jī)用于測(cè)量大氣污染，且建立了基于飛艇、飛機(jī)、氣球以及無(wú)人機(jī)等機(jī)載平臺(tái)的大氣環(huán)境空中監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度、全球區(qū)域的大氣環(huán)境的全面、長(zhǎng)期、連續(xù)、立體、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2014年，我國(guó)成功研發(fā)了一種可快速獲取區(qū)域環(huán)境大氣污染成分的機(jī)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機(jī)載激光雷達(dá)、機(jī)載差分吸收光譜儀和機(jī)載多角度偏振輻射計(jì)，這三種技術(shù)可以互相補(bǔ)充、合作監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中大氣氣溶膠、污染氣體、顆粒物等主要大氣成分。其中機(jī)載差分吸收光譜儀是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，其工作原理為通過(guò)探測(cè)地物的反射光譜，利用差分吸收光譜技術(shù)獲得污染氣體的區(qū)域分布狀況，并快速地探知地面排放污染源[2]。機(jī)載激光雷達(dá)用于探測(cè)云和氣溶膠相互作用、污染區(qū)域、沙塵傳輸路徑以及大氣環(huán)境突發(fā)事件等問(wèn)題，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較星載激光雷達(dá)所獲數(shù)據(jù)更為精確，可以解決星載激光雷達(dá)信噪比偏低的問(wèn)題，是星載激光雷達(dá)的有效補(bǔ)充及進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)對(duì)比的重要平臺(tái)。

3 地基遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

地基遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)是我國(guó)常見(jiàn)的并逐漸成熟的大氣污染監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要包括被動(dòng)差分吸收光譜技術(shù)（DOAS）、被動(dòng)傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）、多波段光度計(jì)遙感、微波輻射計(jì)遙感等。該技術(shù)利用地基監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過(guò)大氣不同成分對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收不同，且針對(duì)不同的光束進(jìn)行反射的原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，得出監(jiān)測(cè)區(qū)域的大氣中的主要?dú)怏w成分。

目前，我國(guó)地基遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的最新發(fā)展為DOAS技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，該技術(shù)可以對(duì)大氣環(huán)境中的SO2和CO2進(jìn)行針對(duì)性的監(jiān)測(cè)，在地基站還可以監(jiān)測(cè)大氣有害氣體的含量及其集中分布的位置，為我國(guó)治理有害氣體和環(huán)境污染提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

3.1 被動(dòng)DOAS技術(shù)

被動(dòng)DOAS技術(shù)的工作原理為監(jiān)測(cè)大氣中不同氣體的吸收太陽(yáng)光譜的截面，并反演各種痕量氣體的含量[3]。目前，中國(guó)正在開(kāi)展主動(dòng)DOAS技術(shù)、地基被動(dòng)DOAS技術(shù)、機(jī)載和星載DOAS技術(shù)的研究。

3.2 傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）

傅里葉變換紅外光譜技術(shù)指的是通過(guò)測(cè)量干涉圖和對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變化的方法來(lái)測(cè)定紅外光譜。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)主要具有監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸路徑多、監(jiān)測(cè)精確度高、分辨率高、波段寬等優(yōu)點(diǎn)，如今在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于測(cè)量和鑒別污染嚴(yán)重的大氣成分、有機(jī)物或酸類(lèi)以及溫室氣體等。