大氣成分的遙感監(jiān)測方法與應(yīng)用研究

曹微

摘要：現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟呈現(xiàn)出常態(tài)化發(fā)展趨勢，各行業(yè)領(lǐng)域及人們生活水平得到大幅度提升，但隨之而來也引發(fā)了環(huán)境污染、水污染等問題，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟、政治及社會的可持續(xù)發(fā)展，對人們身體健康和生活質(zhì)量構(gòu)成威脅。本文以防治大氣污染為前提，分析遙感監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢及價值，探究遙感監(jiān)測方法與應(yīng)用，為相關(guān)研究提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：大氣;遙感監(jiān)測;方法

引言：如今，人們在追逐經(jīng)濟高速增長的過程中，忽視了對社會環(huán)境的關(guān)注，使得大氣污染問題尤為突出，成為制約人們健康生活的主要因素。自工業(yè)革命以來，大氣污染排放種類及數(shù)量不斷增加，在對大氣氣體中關(guān)鍵成分監(jiān)測的基礎(chǔ)上，大氣污染成為世界各國廣泛關(guān)注的問題[1]。一般來說，關(guān)于對大氣成分的探測，主要有兩種方法，第一種是直接探測，但該方法獲取的數(shù)據(jù)范圍有限，對大氣成分垂直結(jié)構(gòu)觀測水平不足;第二種是遙感探測方法，經(jīng)利用有關(guān)技術(shù)，對傳統(tǒng)探測不足進行彌補，快速采集與收集高精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，更具有技術(shù)優(yōu)勢和價值。

1大氣成分的遙感監(jiān)測方法

通常情況下，大氣成分遙感監(jiān)測方法有差分吸收光譜法、傅里葉變換紅外光譜法、激光雷達探測法等。

1.1.1差分吸收光譜法

差分吸收光譜法（DOAS），操作原理是在朗伯比爾定律基礎(chǔ)上形成，用于分析采集數(shù)據(jù)，結(jié)合強度變化，選取適宜的監(jiān)測方式。近年來該技術(shù)得到改造和升級，如參數(shù)化儀器、超高斯分布法等，使得該技術(shù)的精準(zhǔn)度得到提高。

1.1.2傅里葉變換紅外光譜法

傅里葉變換紅外光譜法（FTIR），屬于一種新型紅外光譜分析法，該技術(shù)具有靈敏度強、高分辨率、大通量等優(yōu)點，被廣泛用于污染源氣體排放，與差分吸收光譜法相同，分為主動式探測和被動式探測兩種形式。我國在合肥市創(chuàng)建的FTIR光譜儀，是目前唯一一個具有持續(xù)運行能力的站點，發(fā)揮著重要作用。

1.1.3激光雷達探測法

激光雷達探測法（LIDAR），作為一種現(xiàn)代光學(xué)遙感設(shè)備，是一種以激光為光源的主動式探測技術(shù)，該技術(shù)具有可視范圍光、分辨率高、靈敏度強等優(yōu)勢。依據(jù)檢測方式和種類的不同，該技術(shù)又分成米散射激光雷達、拉曼激光雷達等。米散射激光雷達適合用于能見度較低、處于邊界層的大氣演變過程，探測煙云、氣溶膠等顆粒狀物質(zhì);拉曼激光雷達適用于一些常見污染氣體的探測，如SO2、CH4、CO2等。此外，激光雷達探測法功能不斷升級，在邊界層高度的檢測上，高時空分辨率逐漸提升，成為技術(shù)研發(fā)重點方向。

2大氣成分的遙感監(jiān)測平臺

2.1遙感技術(shù)于大氣監(jiān)測中應(yīng)用原理

遙感監(jiān)測技術(shù)是指運用相關(guān)儀器或設(shè)備，依托于先進的技術(shù)手段，對目標(biāo)群體加以監(jiān)測的整個過程，期間采集與收集相關(guān)信息，加以識別、分析、測量等，預(yù)測目標(biāo)對象的污染情況，包括污染源、污染指數(shù)等。該方法與傳統(tǒng)探測方式不同，有效彌補了對于垂直剖面監(jiān)測的不足，在分析大氣環(huán)境質(zhì)量上更加科學(xué)準(zhǔn)確。

2.2關(guān)于大氣成分的遙感監(jiān)測平臺

根據(jù)各遙感技術(shù)及理念，創(chuàng)建含有大量豐富大氣成分的遙感監(jiān)測平臺，特別要注意的是，應(yīng)把握平臺與地面的高度。通常情況下，關(guān)于地面遙感平臺的規(guī)劃，與地面高度位置不宜高出50～55m[2]，地基遙感需要相關(guān)監(jiān)測設(shè)施及儀器妥善安放在固定地點，既能短時間內(nèi)快速收集總量結(jié)果，又能較好地比較分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，遙感監(jiān)測平臺也層出不窮，如通過使用智能手機，能夠降低硬件成分，提高覆蓋范圍和時空分辨率，表明遙感監(jiān)測技術(shù)在各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

3大氣成分遙感監(jiān)測的應(yīng)用

3.1環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測

環(huán)境空氣質(zhì)量檢測過程中，依托于遙感技術(shù)，對空氣中的大氣成分加以監(jiān)測，這種檢測是一種常規(guī)手段，結(jié)合規(guī)劃范圍的不同，分成全球性、地區(qū)性探測。對于全球性探測，往往借助于航天平臺，而地區(qū)性則是以地面平臺為支撐。在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中，地基站點發(fā)揮著重要作用，也就是說，為達到高精準(zhǔn)監(jiān)測，需要創(chuàng)建遙感地基觀測網(wǎng)。國外網(wǎng)站有歐洲氣溶膠研究激光雷達網(wǎng)、全球大氣成分變化探測網(wǎng)等，國內(nèi)也組建了AHSA技術(shù)為支撐的地基遙感觀測網(wǎng)，實現(xiàn)了SO2、NO2、HONO等大體成分的高速監(jiān)測。

3.2污染源排放監(jiān)測

在污染源排放監(jiān)測中，主要分為污染源煙氣排放監(jiān)測、交通排放現(xiàn)場監(jiān)測和區(qū)域排放通量監(jiān)測。

煙氣來源有兩種途徑，第一種是自然源，包括火山爆發(fā)、自然物燃燒等;第二種是人為源，如化工廠排出的大氣成分。對于自然源的監(jiān)測，需明確科學(xué)安全的遙感方法，如使用紫外光纖拆分光學(xué)吸收光譜儀，利用RTIR技術(shù)，深入研究自然源中可持續(xù)點的排放源。對于人為源，離不開相關(guān)儀器，隨著技術(shù)水平的提升，LIDAR、MAX-DOAS等技術(shù)受到一致推崇。

對于交通排放現(xiàn)場監(jiān)測，主要集中在城市地區(qū)，空氣污染問題十分突出，需要采用遙感技術(shù)，探測城市道路對居住環(huán)境及空氣質(zhì)量的影響，這也是相關(guān)部門重點關(guān)注的內(nèi)容。在道路上設(shè)置光學(xué)遙感儀器，能根據(jù)車輛排放因子，除了詳細錄入車輛信息外，包括品牌信息、型號年份、駕駛及氣象條件等。在創(chuàng)建監(jiān)測系統(tǒng)時，可結(jié)合實際情況，將反射鏡、光源探測器分別設(shè)置在道路兩側(cè)，光源探測器基本操作原理為車輛行駛時，紅外光和紫外線兩者會引導(dǎo)減震反射器作用，依據(jù)透射光強度測量出排出的氣體濃度。

對于區(qū)域性排放通量監(jiān)測，基于地面平臺下，利用車載儀器，確保可視范圍內(nèi)的空間分辨率;一般區(qū)域性監(jiān)測需要多臺儀器相互配合，航天平臺覆蓋面積較大，無法精準(zhǔn)定位監(jiān)測區(qū)間[3]。

結(jié)束語：在科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展下，大氣監(jiān)測遙感技術(shù)水平得到大幅度提升，實現(xiàn)了從單一化到多元化的遙感技術(shù)探測。本文簡要分析了遙感技術(shù)在大體氣體成分監(jiān)測中的應(yīng)用，除了在對環(huán)境空氣質(zhì)量、污染源排放監(jiān)測外，對霧霾、有害氣體都發(fā)揮重要的監(jiān)測作用。堅信遙感技術(shù)會邁向高質(zhì)量、高時效、高分辨率發(fā)展，更好地服務(wù)于人類社會。

參考文獻：

[1]李發(fā)帝，呂長彬，錢尼文.大氣環(huán)境遙感監(jiān)測激光雷達產(chǎn)品技術(shù)淺析[J].科技風(fēng)，2020，No.412（08）：159-159.

[2]王玉祥，吳瑩，朱希希，等.大氣遙感監(jiān)測在環(huán)境監(jiān)管中的具體應(yīng)用[J].污染防治技術(shù)，2019，v.32;No.150（05）：45-47.

[3]葛錫志.智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實時監(jiān)測分析服務(wù)平臺助力大氣污染精準(zhǔn)監(jiān)測[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2020，No.98（02）：34-37.