遥感技术在环境污染监测中的应用

1概述

随着我国经济的快速发展，环境污染和生态破坏日益严重，突发性环境污染事故也时有发生。环境监测作为环境管理和污染控制的主要手段之一，发挥着不可替代的作用。但是，由于我国地域辽阔，地面环境监测站点分散，仅依靠现有的监测站点和传统的监测技术和方法，不能满足对环境污染进行连续、动态、宏观、快速监测的要求，也不能满足及时、准确地做出环境质量报告和污染预报的要求。因此，日益恶化的环境迫切需要实时、快速、宏观、准确的监测技术，以便更全面、准确地反映环境污染对生态系统和人类健康的影响。近年来，国内外的大量实践表明，遥感技术是获取环境信息的有力手段，是实现这一目标的极其有效的技术。利用遥感技术监测环境污染和生态环境，正确评价环境质量，寻求改善生态环境的途径和措施，具有重要意义。

遥感技术具有监测范围广、速度快、成本低、便于长期动态监测等优点。还能发现常规方法往往难以揭示的污染源及其扩散状态，因此遥感技术被广泛应用于水污染、空气污染等环境问题的监测。它不仅可以快速、实时、动态地监测大范围的环境变化和污染，而且省时省力，具有其他常规方法不可替代的优势。还能实时、快速地跟踪监测突发环境污染事件的发生发展，及时制定处理措施，减少污染造成的损失。因此，发展我国环境污染遥感监测技术，建立重大环境事故预测、预警和应急体系，对我国保护环境和发展经济具有重要意义，可以产生巨大的社会、经济和环境效益。

2环境污染遥感监测技术

遥感技术是利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，在远距离不与物体直接接触的情况下，对目标的属性进行识别、测量和分析的技术。根据使用的频段，遥感监测技术主要分为可见光、反射式红外遥感技术、热红外遥感技术和微波遥感技术三种。目前，遥感的应用已经渗透到农业、林业、渔业、地理、地质、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探、城乡规划、土地管理、军事侦察等诸多领域。，从室内工业调查到大规模的陆地、海洋、大气信息收集再到全球环境变化监测。

遥感技术在环境污染监测中的应用发展很快，现在可以测量水体的叶绿素含量、泥沙含量、水温、水色等。它可以测量空气温度、湿度、CO、氮氧化合物、CO2、O3、ClOx、CH4等主要污染物的浓度分布。它可以测量固体废物的数量、分布和影响范围，还可以对环境污染事故进行遥感跟踪调查，预测事故发生点、污染区域、扩散程度和方向，估算污染造成的损失并提出相应对策。近年来，随着全球环境问题的日益突出，具有全球覆盖、快速、多光谱和大信息量的遥感技术已成为全球环境变化监测的主要技术手段。国际上提出了一系列全球环境遥感监测计划，包括美国国家航空航天局的对地观测计划(EOS)、欧空局的对地观测计划和日本的对地观测计划。这些计划将极大地促进环境遥感技术的实用化和发展。

遥感在环境监测中的应用

3.1水环境污染遥感监测

水体遥感监测是基于对污染水体和清洁水体反射光谱特征的研究。一般来说，洁净水体的反射率相对较低，水体对光有较强的吸收性能，而强分子散射只存在于较短的光谱区。所以在一般的遥感影像中，水体是深色的，尤其是在红外光谱中。为了监测水质，可以采用以光谱特征和水色为指标的遥感技术。

遥感监测视野开阔，容易看到大面积水体扩散过程的全貌，观察排放源、扩散方向、影响范围以及与清水混合稀释的特征。从而查清污染物的来龙去脉，为地下水样品的科学监测提供依据。在江河湖海的各种水体中，污染物种类繁多。为了对各种水污染进行遥感研究，习惯上将其分为沉积物污染、石油污染、废水污染、热污染和水体富营养化。

3.2空气污染遥感监测

大气遥感是利用遥感器监测大气的结构、状态和变化。除了测量大气中气温、水汽、微量气体和气溶胶的三维分布，大气遥感器还用于测量风和地球的辐射收支。

影响大气环境质量的主要因素是气溶胶含量和各种有害气体。这些物理量通常不可能用遥感直接识别。水蒸气、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分都有其固有的辐射和吸收光谱，所以实际上是通过测量大气的散射、吸收和辐射光谱，从结果中计算出来的。通过对穿过大气的太阳(月亮和星星)的直射光、大气和云层的散射光、地球表面的反射光以及大气和地球表面的热辐射的吸收光谱分析或发射光谱分析，通过测量它们的光谱特性，可以计算出大气气体分子的密度。测量中使用的电磁波的光谱范围很广，从紫外、可见、红外等光场到微波、毫米波等无线电波。大气遥感器可分为主动型和被动型。主动模式的代表性遥感器有激光雷达，被动模式的遥感器有微波辐射计和热红外扫描仪。

4国内发展现状

我国环境污染遥感监测技术发展和应用存在的主要问题有:①环境污染遥感监测体系和技术方法基本处于起步阶段。虽然我国遥感的理论、技术和应用发展很快，但与国外相比还有很大差距，在环境污染监测方面的应用还没有开发出来。目前国内基本没有环境遥感的监测系统和体系。(2)对于环境监测，对传感器的技术性能要求较高，这就要求传感器不仅能提供高分辨率的检测，还应具有全天候、全天时、宽范围、多光谱波段、高灵敏度的特点，以满足环境污染的动态、实时、多样的监测要求。目前使用的高分辨率传感器基本依赖进口，地面和飞机上测量化学成分的遥感技术在实验室还处于探索阶段，在环境污染监测方面的应用基本空白。③缺乏遥感信息源。我国目前还没有发射自己的环境污染监测遥感卫星，遥感信息源主要来自国外相关卫星数据。同时，国际上用于环境监测的商业遥感卫星很少，客观上制约了我国环境遥感监测技术和应用水平的发展。④将遥感新技术应用于环境污染监测的理论和方法有待探索和发展，缺乏环境污染遥感监测系统和体系。

5结论与展望

目前，遥感技术正从单一遥感数据的分析向多时相、多数据源(包括非遥感数据)的信息组合和综合分析过渡；从资源和环境的静态分配到动态过程监控；从动态监测向预测预报转变；从定性调查和系列绘图过渡到计算机辅助、数字处理和定量自动绘图；从各种事物的表面描述，到规律的内在分析，定量分析。就环境污染遥感监测技术而言，以下几个方面需要加强:

(1)利用环境污染遥感监测技术，建立突发环境污染事故实时监测预警系统。通过集成多种遥感传感器，结合地面环境监测网站的监测数据，自动监测多项环境参数，实时监测各项指标的时空变化趋势，从而预测部分指标刚刚逼近警戒线时可能出现的危机，确定环境污染事故的空间位置，并提供其空间影响范围的模拟和建模方法，为突发事故管理决策提供信息，实现连续自动监测和总量控制。如利用环境污染遥感监测技术，建立城市大气环境质量预测系统，对城市大气环境质量进行预测，对可能发生的大气污染事件进行预警。

(2)高性能传感器的开发。重点发展能够选择性监测某一优先污染物(如氯苯和硝基苯)浓度的遥感器。

(3)发展环境污染物定量遥感监测技术。例如，利用水面反射光谱测量和水质参数的回归分析，建立某一光谱段内光谱反射率与某些水质参数之间的函数关系。一般来说，透明度、悬浮物浓度、叶绿素含量和浊度等水质参数往往与卫星影像的光谱反射率或密度有明显的对应关系。

(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)和ES(专家系统)技术相结合。利用环境污染综合遥感监测系统可以大大提高环境监测的科学化、合理化和智能化程度，从而大大扩展环境监测的应用范围。集成技术在环境污染遥感监测中的优势在于:遥感监测技术为集成系统提供了准确、快速、宏观的环境污染监测数据，GIS可以利用其强大的空间信息管理功能，建立各种有毒、有害、易燃、易爆物质的理化特性数据库，与自然、经济、社会、生态环境相关的数据库，图形数据库和模型数据库，还可以结合地面监测数据，通过GPS提供的精确位置信息，在ES技术的支持下，对监测数据进行有效的管理、分析和计算，并以直观、生动的图形方式输出或显示综合数据，使环境管理者快速了解和掌握潜在事故源的多发区域、频率、时空分布、事故发生后污染物的影响范围和时空变化，更好地实现事故预防、应急处理和灾后恢复。

目前，中国环境污染遥感监测技术应依托中国对地观测技术和对地观测系统发展规划，同时充分利用国际资源和环境卫星系统，开展广泛的国际合作与交流，大力发展中国环境污染遥感监测技术，充分利用现有环境监测站点和常规监测手段，建立遥感技术与地面监测相结合的中国环境污染遥感监测体系。

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