卫星遥感在大气环境监测技术应用论述

卫星遥感在大气环境监测技术应用论述

郑威,郭峰

淮河能源集团工程院环境监测所

摘要：当前，大气污染问题一直都是社会关注的重要问题之一，需要采取有效方法与技术做好大气环境监测工作，掌握大气环境污染情况，以便为后续空气的治理提供真实可靠的依据。一直以来，主要是利用大气环境监测技术对大气环境污染情况进行监测，为了能够取得较为理想的监测效果，开始将卫星遥感逐渐应用于大气环境监测技术中，提升大气环境监测水平。基于此，本文就针对卫星遥感在大气环境监测技术应用进行探讨，促使人们能够对其有一个更加深入的了解。

关键词：卫星遥感技术；大气环境监测技术；应用

前言：自从我国进入工业化社会以后，大气污染变得越来越严重，对人们的身体健康造成了严重威胁，若想要治理大气环境污染，需要先了解大气中污染的分布情况、来源等方面的信息。然而，从当前我国对大气污染所展开的监测来看，通常是利用地面监测仪器展开，然而此种观测站点数量十分有限，监测范围相对较小，仅仅只能够对当地大气污染物分布情况进行监测，难以将大气污染物具体分布情况展现出来。将卫星遥感应用于大气环境监测技术中则能够有效弥补此点不足，可以将大气污染物各个方面情况呈现出来，这在一定程度上反映了其拥有较为理想的应用前景。下面笔者就针对相关内容进行详细阐述。

一、卫星遥感在大气环境监测技术的应用意义

从当前我国环境监测采用的方式为以四级网络监测体系，也就是国家、省级、市级以及县区级监测站共同形成的监测体系，以便完成大气环境监测工作。在传统环境监测中所采用的方式是以点为主，监测点主要位于城市，但是因为监测点数量较为有限，当从点到面进行插值时无法确保插值精度。二氧化碳、臭氧等各种物质都拥有自己独特的吸收光谱与辐射光谱，所以在使用卫星遥感技术能够将大气辐射、散射的光谱特征值进行反演，以便将大气中每一种成分的具体浓度值提取出来，从而有效完成大气环境监测工作。世界上首用遥感卫星技术展开环境监测的国家是美国，美国利用了各种卫星系统，从水圈、大气圈等各个方面对地球环境情况进行了深入研究，并取得了较为理想的教学效果。随着科技的发展，遥感卫星技术在国内获得了高速发展，形成了以气象、海洋、资源与遥感等系列卫星为基础的卫星遥感体系，构建出了具有数据处理、地区化反演模型等功能的环境监测系统。

二、卫生遥感应用于大气环境污染监测的概述

在对大气污染物进行监测时使用卫星遥感技术，最早开始于1976年，相关研究人员通过利用地球静止轨道环境业务卫星用于监测美国中西部大气中含有的颗粒物污染情况，此次监测范围更广。通常情况下，气溶胶浓度能够从水平与垂直两个方面进行描述，即气溶胶光学厚度与水平能见度。AOD是用于对大气光学特性进行表征非常重要的物理量，在对气溶胶辐射气候效应、研究大气环境污染方面能够起到关键作用。对气溶胶光学厚度进行精确测量时，能够深入了解大气污染情况，促使遥感定量使用水平能够得到明显提升。在大气环境监测技术中所使用的卫星为CALIPSO卫星，可以为相关研究人员提供新的气候观测资料，尤其是云与气溶胶的资料，相较于原本的卫星相比较是更加优秀，如此则能够更好的完成大气气溶胶研究工作。在对气溶胶水平能见度与光学厚度之间的关系进行研究时，能够对近地面大气污染的具体情况有一个深入了解，从而为大气污染监测、治理等方面工作的展开提供理论依据，并且还可以为其他环境学科的研究提供便利。

三、卫星遥感在大气环境监测技术的应用分析

（一）应用方法

利用卫星遥感技术对大气中的颗粒物进行监测研究时，人们公认的能够将大气颗粒物污染情况充分出来的数据源为气溶胶光学厚度（AOD）数据，在对颗粒无质量浓度进行估算时所采用的方法主要包括了：（1）充分考虑到大气与气溶胶在垂直分布对PM2.5与AOD线性回归模型。该模型主要是利用了湿度因子、混合层高度等各种因素修正气溶胶光学厚度，然后和PM2.5进行建模，并展开相关性分析。（2）AOD与和PM2.5的简单线性回归。以AOD与PM2.5两者间的相关性洗漱袋那为基础，构建出一元线性回归模型。（3）将卫星遥感反演数据和大气环境数值模拟两种技术结合使用，充分利用模型对气溶胶垂直廓线拟合出来，再利用卫星遥感数据对PM2.5质量浓度换算系数进行计算，从而将其质量浓度准确估算出来。（4）对地表参数与气象要素进行全面思考，以此为基础建立一个AOD与PM2.5的线性混合模型、多元回归模型等等。（5）机器学习方法主要是通过深度学习方法构建出AOD与PM2.5以及各种气象要素的计算模型，在众多计算模型中STET模型是以超随机树为基础的机器学习方法。通过和地面实测数据进行对比

（二）应用现状

当前，卫星遥感已经在我国大气环境监测中得到了应用，以其在沈阳区域中的应用情况进行分析。沈阳市生态环境监测部门时在2011年末对于该地区存在的生态环境问题，开始使用TM、MODIS等国内外卫星数据对汇沈阳市土地使用变化信息提取技术、水体污染监测技术等各种技术的使用情况，并将卫星遥感反演数据、多元遥感技术等相关技术进行有效融合，从而形成多遥感数据的监测算法，以便能够开发出满足沈阳地区环境监测要求的监和预警系统软件。2021年，围绕着沈阳地区对地面监测数据、静止卫星影像产品等等进行环境监测，对特定污染因素（如秸秆焚烧季节等）背景中大气细颗粒质量浓度发生变化的特点以及各种影响因素，对AOD和大气细颗粒物质量浓度两者间的关联性进行分析，构建出相应的估算模型，从而更好的完成大气污染监测工作，充分发挥出相关技术的作用。对沈阳地区中颗粒物所具有的光学特性与质量浓度时空分布总体特点等等，制作出污染事件、季节等各种分布图，构建出适合应用在沈阳地区的颗粒物浓度估算模型，同时还应当以该模型为基础对颗粒物污染事件进行预算，并形成预警功能。

（三）应用趋势

将卫星遥感技术应用于大气环境监测中，不仅能够提升城市大气污染监测能力，而且还能够使得大气污染监测范围得到有效拓展。利用卫星遥感除了可以对污染物总量与具体的水平分布有一定的了解，而且还能够得到垂直廓线，如此则能够更加深入的掌握污染物的具体分布情况以及输送特征。即便利用气球探空、飞机等方面技术对垂直分布特征进行测量，然而产生的费用则是非常大的，并且还无法满足大面积进行大气污染监测的需求。通过对地面监测了解与掌握空气质量数据、卫星遥感火点产品等等，对大气中含有的细颗粒物质量浓度和气溶胶光学厚度两者间存在的关系进行分析，构建出相应的估算模型，以便可以为大气污染的遥感监测提供更加便利且需要的技术方法。从上述内容中能够看出，在大气环境监测技术中采用卫星遥感技术已经成为了一种趋势，通过使用卫星遥感技术能够获得更加准确的大气环境监测数据，促使人们对大气环境情况有一个更加深入的了解。

总结：总之，在环境监测过程中大气环境污染监测是非常重要的内容，但是以往所使用的大气环境监测技术存在不足之处，影响了监测数据，不利于大气环境监测工作的展开，这在一定程度上为其他工作处理大气环境污染问题提供有效依据。面对此种情况，需要不断改进大气环境监测技术，如将卫星遥感技术应用于其中，充分发挥卫星遥感技术的作用，提升我国大气环境监测水平，将我国大气环境污染情况更加准确呈现出来，为相关工作人员在处理空气污染问题时提供依据，以便能够不断改善我国大气污染问题，为人们提供良好的大气环境，降低大气环境污染对人们身体造成的损害。

参考文献：

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