大气成分的遥感监测方法与应用研究

曹微

摘要：现阶段，我国经济呈现出常态化发展趋势，各行业领域及人们生活水平得到大幅度提升，但随之而来也引发了环境污染、水污染等问题，严重制约了经济、政治及社会的可持续发展，对人们身体健康和生活质量构成威胁。本文以防治大气污染为前提，分析遥感监测技术优势及价值，探究遥感监测方法与应用，为相关研究提供借鉴意义。

关键词：大气;遥感监测;方法

引言：如今，人们在追逐经济高速增长的过程中，忽视了对社会环境的关注，使得大气污染问题尤为突出，成为制约人们健康生活的主要因素。自工业革命以来，大气污染排放种类及数量不断增加，在对大气气体中关键成分监测的基础上，大气污染成为世界各国广泛关注的问题[1]。一般来说，关于对大气成分的探测，主要有两种方法，第一种是直接探测，但该方法获取的数据范围有限，对大气成分垂直结构观测水平不足;第二种是遥感探测方法，经利用有关技术，对传统探测不足进行弥补，快速采集与收集高精准数据，更具有技术优势和价值。

1大气成分的遥感监测方法

通常情况下，大气成分遥感监测方法有差分吸收光谱法、傅里叶变换红外光谱法、激光雷达探测法等。

1.1.1差分吸收光谱法

差分吸收光谱法（DOAS），操作原理是在朗伯比尔定律基础上形成，用于分析采集数据，结合强度变化，选取适宜的监测方式。近年来该技术得到改造和升级，如参数化仪器、超高斯分布法等，使得该技术的精准度得到提高。

1.1.2傅里叶变换红外光谱法

傅里叶变换红外光谱法（FTIR），属于一种新型红外光谱分析法，该技术具有灵敏度强、高分辨率、大通量等优点，被广泛用于污染源气体排放，与差分吸收光谱法相同，分为主动式探测和被动式探测两种形式。我国在合肥市创建的FTIR光谱仪，是目前唯一一个具有持续运行能力的站点，发挥着重要作用。

1.1.3激光雷达探测法

激光雷达探测法（LIDAR），作为一种现代光学遥感设备，是一种以激光为光源的主动式探测技术，该技术具有可视范围光、分辨率高、灵敏度强等优势。依据检测方式和种类的不同，该技术又分成米散射激光雷达、拉曼激光雷达等。米散射激光雷达适合用于能见度较低、处于边界层的大气演变过程，探测烟云、气溶胶等颗粒状物质;拉曼激光雷达适用于一些常见污染气体的探测，如SO2、CH4、CO2等。此外，激光雷达探测法功能不断升级，在边界层高度的检测上，高时空分辨率逐渐提升，成为技术研发重点方向。

2大气成分的遥感监测平台

2.1遥感技术于大气监测中应用原理

遥感监测技术是指运用相关仪器或设备，依托于先进的技术手段，对目标群体加以监测的整个过程，期间采集与收集相关信息，加以识别、分析、测量等，预测目标对象的污染情况，包括污染源、污染指数等。该方法与传统探测方式不同，有效弥补了对于垂直剖面监测的不足，在分析大气环境质量上更加科学准确。

2.2关于大气成分的遥感监测平台

根据各遥感技术及理念，创建含有大量丰富大气成分的遥感监测平台，特别要注意的是，应把握平臺与地面的高度。通常情况下，关于地面遥感平台的规划，与地面高度位置不宜高出50～55m[2]，地基遥感需要相关监测设施及仪器妥善安放在固定地点，既能短时间内快速收集总量结果，又能较好地比较分析卫星数据。随着科学技术的大力发展，遥感监测平台也层出不穷，如通过使用智能手机，能够降低硬件成分，提高覆盖范围和时空分辨率，表明遥感监测技术在各领域有着广阔的发展前景。

3大气成分遥感监测的应用

3.1环境空气质量监测

环境空气质量检测过程中，依托于遥感技术，对空气中的大气成分加以监测，这种检测是一种常规手段，结合规划范围的不同，分成全球性、地区性探测。对于全球性探测，往往借助于航天平台，而地区性则是以地面平台为支撑。在环境空气质量监测中，地基站点发挥着重要作用，也就是说，为达到高精准监测，需要创建遥感地基观测网。国外网站有欧洲气溶胶研究激光雷达网、全球大气成分变化探测网等，国内也组建了AHSA技术为支撑的地基遥感观测网，实现了SO2、NO2、HONO等大体成分的高速监测。

3.2污染源排放监测

在污染源排放监测中，主要分为污染源烟气排放监测、交通排放现场监测和区域排放通量监测。

烟气来源有两种途径，第一种是自然源，包括火山爆发、自然物燃烧等;第二种是人为源，如化工厂排出的大气成分。对于自然源的监测，需明确科学安全的遥感方法，如使用紫外光纤拆分光学吸收光谱仪，利用RTIR技术，深入研究自然源中可持续点的排放源。对于人为源，离不开相关仪器，随着技术水平的提升，LIDAR、MAX-DOAS等技术受到一致推崇。

对于交通排放现场监测，主要集中在城市地区，空气污染问题十分突出，需要采用遥感技术，探测城市道路对居住环境及空气质量的影响，这也是相关部门重点关注的内容。在道路上设置光学遥感仪器，能根据车辆排放因子，除了详细录入车辆信息外，包括品牌信息、型号年份、驾驶及气象条件等。在创建监测系统时，可结合实际情况，将反射镜、光源探测器分别设置在道路两侧，光源探测器基本操作原理为车辆行驶时，红外光和紫外线两者会引导减震反射器作用，依据透射光强度测量出排出的气体浓度。

对于区域性排放通量监测，基于地面平台下，利用车载仪器，确保可视范围内的空间分辨率;一般区域性监测需要多台仪器相互配合，航天平台覆盖面积较大，无法精准定位监测区间[3]。

结束语：在科学技术的大力发展下，大气监测遥感技术水平得到大幅度提升，实现了从单一化到多元化的遥感技术探测。本文简要分析了遥感技术在大体气体成分监测中的应用，除了在对环境空气质量、污染源排放监测外，对雾霾、有害气体都发挥重要的监测作用。坚信遥感技术会迈向高质量、高时效、高分辨率发展，更好地服务于人类社会。

参考文献：

[1]李发帝，吕长彬，钱尼文.大气环境遥感监测激光雷达产品技术浅析[J].科技风，2020，No.412（08）：159-159.

[2]王玉祥，吴莹，朱希希，等.大气遥感监测在环境监管中的具体应用[J].污染防治技术，2019，v.32;No.150（05）：45-47.

[3]葛锡志.智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台助力大气污染精准监测[J].卫星应用，2020，No.98（02）：34-37.