探究遥感FTIR在大气环境监测中的发展

吴娟 徐可欣 迟颖

摘要：遥感FTIR技术在当前的大气环境监测中是主要的监测方法，主要是这种技术具有灵敏性强和分辨率高的特点，在不确定被监测对象的情况下满足多组分测定，特别是在易挥发与有毒的气体中监测作用明显。基于此，本文从大气遥感监测技术入手，讨论遥感FTIR的主要特点，分析主要的遥感FTIR监测技术，提出了遥感FTIR技术在大气环境监测中的运用，希望对相关研究带来帮助。

关键词：遥感FTIR;大气;环境监测;发展

在当前的社会发展中，国家对生态环保工作的开展高度重视，其中在水环境、土壤环境与大气环境的污染物监测中对诸多技术加以利用，成为后续的环境治理工作有力保障。新时期，在测绘行业、林业和牧业资源调查、军事侦察中都对遥感技术进行了利用，而环境遥感是在遥感技术应用的前期下分析环境变化、环境污染性质、污染物扩散规律学科，在我国环境工程学中起到了重要作用。

一、大气遥感监测技术

该技术的实现需要原子和分子间的相互作用，还需要电磁辐射作用，对监测的光谱波段中，借助大气中痕量研究气体吸收性质以及光的衰减可以解释反演其浓度。在大气环境监测中遥感FTIR促进了大气探测的发展，还影响着资源卫星空间探测和卫星的行星大气探测。整体看来，这一技术集合了空间、光学、电子、生物学、计算机、地学等科学最新成果，也是当前高新技术领域的研究重点。光学遥感方法可以在数百米到几千米的距离应用，在一定程度上代替了传统实验室中的取样池，整体处理过程是发射一束光通過待测气体，然后在另一端接收和分析，其中光源发射器和仪器信号接收器距离对光程长度起到了决定性作用[1]。

二、遥感FTIR的主要特点

环保部门主要是借助取样定点法对大气环境的污染情况进行检测，一般只能对区域内的环境被污染程度体现，无法体现观测区域之外的污染情况，遥感FTIR技术（傅立叶变换红外光谱分析）可以解决以上问题，并且成为了地区发展速度快和运用范围广的监测技术，并且在取样方式上有所不同，也不会受到范围的限制，该技术的主要特征如下：其一，可以满足于超远距离的无线监测，并且该技术可以24小时对远距离的大气污染物进行不间断监测;其二，遥感FTIR技术可以对多组的空气污染物分析，并且进行精确的判断;其三，遥感FTIR技术在实际应用中可以简化分析环节，并且能量消耗更少;其四，遥感FTIR技术可以对地面、海面与高空进行立体化的环境监控，当前我国对遥感FTIR技术的应用不断加大投入力度，其中被动式遥感技术、化学计量都取得可喜成绩[2]。

三、主要的遥感FTIR监测技术

（一）被动式遥感监测技术

当前遥感FTIR技术在我国环境监测的应用中取得长足进步，并且诸多专家也在复杂的大气环境中分析被动式遥感FTIR监测技术应用效果。整体来看，被动式遥感FTIR监测技术可以对热气体放射源发散的多种辐射化学成分与物理特性检测，成为了大气污染物监测发展重要方向。被动式遥感FTIR监测技术在应用中主要是根据空气中污染物温度，并且在缺乏背景信息的情况下对多方向的数据进行收集，由此省去了样品的处理环节，并且该技术可以对多样品的大气污染监测，也不会受到时间或者空间的限制。在实际的利用中需要工作人员明确该技术的工作特点与原理，还要分析仪器响应函数的应用规律。仪器的响应函数又叫做检测仪器的频率函数，在差异性的实验环境下，由于黑体校正、温度高低差值与仪器信号接收情况，响应了函数存在差异，所以该技术尽管在应用上便捷，但是以上三个方面的因素也导致了该及时依旧处于实验阶段，还需要进一步加强研究。

其一，自然环境的变化会改变背景辐射，进而造成谱图样品的严重偏移;其二，由于风向、风速以及样本释放不稳定，随着实际条件变化出现了仪器所测区域浓度也会变化，降低了成图谱测量重复性，还存在着监测不稳定、噪音大问题;其三，湿度与温度的变化导致了仪器响随函数变化，这也是导致测量结果偏差的一个因素;其四，这种仪器较为精密，所以不适合在复杂的野外环境操作，虽然相关的情况得到了缓解，但是依旧导致被动式遥感FTIR技术获得数据难于处理。

（二）化学计量学在遥感FTIR技术的应用

在科学技术不断发展的背景下，计量科目的技术方法对化学各个方面产生了影响，也让我国的化学计量科学发展，其中对遥感FTIR技术光谱图分析应用逐渐深入，化学计量学模型主要是指神经网络、最小二乘法、遗传算法和KALMANFILTER。有研究人员对以上化学计量学中模型进行定量、定性分析，具体说来：

其一，定量、定性分析多组数据信息。监测人员在实际的监测中对神经网络、偏最小二乘法和KALMANFILTER加以利用，并且对光谱图中存在的空气污染物定量分析，从得到的结果中发现，以上方法都可以定量监测复杂大气环境。同时，定性监测复杂的空气污染物过程中，应用人工神经网络法对未名干扰物监测，之后通过遗传算法分析多样组的空气环境情况，减少了网络结构、监控时间，并且缩小监控误差，进而对网络模型得到的信号变量提取，发现分析遥感FTIR监控的光谱图更加准确、高效。此外，遗传算法的计量模型在保证求解能力与数代非线性特征明显的同时，还作为了光图库中理想的数据检索工具[3]。

其二，提取遥感FTIR光谱图的特征信号与噪声。有研究人员发现，噪声的科学处理也影响了遥感FTIR光谱图，一般来说监控人员能利用WA程序提取遥感FTIR光谱图信号数据，还可以借助WA程序来分解信号数据，可以在过滤、祛除光谱图的噪音环境下体现数据信息的位置。有研究发现，开路遥感FTIR监测存在噪音的光谱图可以通过采集数据的预处理，由此实现噪音彻底清除，这种处理思路也叫作称为信号正交校正，并且结果可以对比二阶求导处理结果。结果发现，信号正交校正法光谱图数据处理之后，模型误差数值为16.58%，这个数据通过二阶求导法处理后数据（49.93%），并且误差接近40%，结果也说明的信号正交校正法对光谱图中噪音处理优势更加明显。

四、遥感FTIR技术在大气环境监测中的运用

（一）监测大气中气溶胶含量

气溶胶就是雾、烟、尘等人们生活中熟悉的物质，一般难以对地面上的气溶胶监测，不过遥感FTIR技术可以解决这一问题。遥感FTIR技术在监测大气中的气溶胶上具有精确性高的优势，不管是高空还是地面，环境监控的范围更大，弥补了传统监测方法不足。在上世纪80年代，我国就监测了北京某地区的气溶胶的厚度，并且发现了气溶胶的含量与空气污染关系密切[4]。

（二）监测臭氧层

遥感FTIR技术在监测臭氧时同步于臭氧图的形成时间，进而在遥感FTIR技术支持下得到了臭氧层的分布范围图。臭氧层是大气中臭氧浓度偏高的区域和空间层，集中分布于平流层，作用在于吸收紫外线。在工业经济飞速发展的背景下对环境造成了严重的污染，也对臭氧层造成了破坏，遥感FTIR技术的出现可以通过卫星监控，监测臭氧分布，便于进行臭氧空洞地带的污染治理[5]。

五、遥感FTIR在大气环境的监测中的应用新成果

在大气环境的监测中遥感FTIR是重要的监测技术，该技术分辨率高，也因此在大气环境中的监测过程中得到越来越多的应用，这种技术已经被证实可以感测出热气体放射源发出的红外辐射，并且这种及时可以简化大气监测样品预处理环节，并且在背景信息不完善的情况下分析大气污染物的温度差异，最终实现对数据的搜集。为了实现对遥感FTIR技术的熟练掌握，需要技术人员在大气环境的监测过程中掌握该技术的解其工作原理、工作特点，并且对监测期间仪器响应函数的规律加以了解。仪器的响应函数在不同的实验环境下也不同，主要的影响因素包括了校正时的黑体温度、仪器接收信号。在实际应用中，通过红外源可以达到远距离的非接触型遥测，还可以对燃烧火焰里的激发态分子的转动或振动信息掌握，在不需要对样品预处理的情况下就可以同时检测多种燃烧产物，并且监测速度快、精度高，加之使用反射望远镜后可以远距离遥感监测发电厂与化工厂等大型污染性企业排放的污染气体。这些技术的发展都对我国大气环境的科学发展起到了支持作用，有利于对大气环境加以保护。

结束语：

综上所述，遥感FTIR技术在我国环境污染监测中扮演了重要角色，这种技术可以远距离、实时的分析易挥发与有毒的气体，还可以用于大气中气溶胶含量、臭氧层的监测。该技术在我国的应用时间较短，还需要继续加强研究，进而促进我国的环境保护工作开展和人类社会的可持续发展。

参考文献：

[1]李明明.大气环境监测中遥感技术的应用研究[J].中国新技术新产品，2020，22（17）：130-131.

[2]滕清松.浅谈遥感技术在水环境和大气环境监测中的应用研究进展[J].新农民，2020，11（24）：29.

[3]陈博明.遥感技术在生态环境监测及执法中的應用进展[J].矿冶工程，2020，40（4）：165-168，173.

[4]卜小东，郭辉，黄可京.热红外遥感在农田环境水分监测中的应用进展[J].江苏农业科学，2020，48（20）：25-30.

[5]达鹏奎，张欢，张玉洁.基于卫星遥感和GIS技术的区域大气污染监测研究[J].环境科学与管理，2020，45（2）：154-159.