遥感技术在环境监测中的作用

摘要：本文对遥感（3S）技术在环境监测中的应用方法、技术等进行了论述。

关键词：环境监测；遥感；技术

中图分类号：X87文献标识码：A文章编号：1007-0370（2013）04-0165-03

1大气污染监测

应用地面遥感技术开展大气污染源的监测，是采用多光谱手段，对排放大气污染物源强、空中烟尘浓度、现场观测三者同步进行。获取上机处理的大量数据，进行信息分类，建立综合评判排序法。通过不同向量分析，建立不同档次的浓度阈值，把某一监测信息归入排序，由方法的保序性，可达到对烟羽给出定性和定量的满意结果。

遥感技术利用多机光谱同步摄影，根据不同物质的不同物理属性会有各异的光谱特性，对同一燃烧源排放烟尘记录于特制专用多光谱胶片上，导致同一目标物内的不同属性的物质，以灰阶阈值（0.225）有选择地记录于不同波段值的胶片上，然后采用多光谱数字系统处理，采取矩阵加色合成，多维能级分割减法运算，得到数字图像和多组数据。将这些数据通过生成分析、聚类分析、分段回归，达到对大气污染浓度的半定量化估算。[1]

1.1对气溶胶的监测

气溶胶遥感监测方面，高分辨率的卫星遥感弥补了一般地面观测难以反映气溶胶空间具体分布和变化趋向的缺陷，为全球和区域气候研究和城市污染分析提供了研究材料。

毛节泰等利用MODIS卫星资料测量了北京地区气溶胶光学厚度，同时与地面光度计的测量结果比较，试验证明两种方法的测量结果比较接近，说明利用卫星遥感监测气溶胶是一种地基遥感监测较好的替代方法，可以弥补地基遥感地面观测空间不足的缺陷。刘桂青等[2]于2002年在浙江临安进行了地面光度计及粒子普的观测，将观测结果与MODIS的气溶胶产品和空气污染指数进行了对比，发现两者有很好的相关性。[3]

1.2对沙尘暴的监测

周明煜等利用NOAA/AVHRR资料分析了北京、天津上空沙尘暴的特性，得出在沙尘暴发生时，AVHRR可见光通道1和可见光通道2的反射率都有增加，沙尘暴强度越大，反射率增加也越大。目前对沙尘暴的遥感监测主要是利用GMS和NOAA/AVHRR数据，研究表明，GMS的红外通道数据有利于确定沙尘暴的位置及大尺度监测沙尘暴的运动轨迹。由于NOAA/AVHRR数据不但可以监测沙尘暴反射辐射特性，而且可以在较大尺度上监测沙尘暴的时空分布，因而是目前沙尘暴研究和监测的主要遥感信息源。

1.3对臭氧的监测

通过遥感监测可以了解对地球起保护作用的臭氧层受到破坏所形成的空洞，目前臭氧层空洞还在不断扩大，对人类非常不利。自1978年以来，科学家们利用搭载在卫星上的臭氧制图光谱仪对大气中的臭氧进行了卫星观测开创了利用手段对全球变化进行研究的先河。科学家利用Nimbus-7TOMS遥感数据分析了希腊上空的臭氧衰减，结果表明，其上空的臭氧衰减率为每年0.8%。利用ERS-2上搭载全球臭氧监测实验装置和大气制图学/化学扫描成像吸收光谱仪，还可对CO和O3体积分数进行全球制图。胡顺星等利用激光雷达对对流层2Km—4Km高度范围的臭氧分布进行了测量，结果表明，利用YAG激光产生的两个波段（266nm和289nm），可以得到比较精确的臭氧分布。

2水环境质量监测

传统的水质监测一般采用定点采样分析的方法，需要投入大量的人力、物力和时间。由于地表水水质随着自然条件和时间而不断变化，例如潮汐涨落、风力条件以及上游径流量而不断变化，局部采样很难从整体上给出水体水质的概貌。

2.1对水质质量监测

水环境质量监测的要素有水温、色度、悬浮物、叶绿素，有机物、总磷、总氮等指标（一些指标可以通过另外监测指标相关推得）。对我国大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测每周需进行三次，对赤潮、溢油，重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。监测污染带的变化空间分辨率上需要3m—20m，大江、大河及河口、海湾水环境质量监测空间分辨率上需要20m—500m，以反映水污染物迁移扩散的过程。

马跃良等选择陆地卫星TM数据作为珠江水体遥感信息源，对珠江广州河段水体污染进行遥感监测，监测内容包括PH值、TSS（总悬浮物）、DO（溶解氧）、COD（高锰酸盐指数）、BOD（生化需氧量）、NH3-N（氨氮）、NO2-N（亚硝酸盐氮）、NO3-N（硝酸盐氮）、挥发酚、石油类等参数进行分析，根据遥感信息数据与水质监测参数进行模型分析，用来分析和评价水质污染状况。结果表明TM的可见光波段能良好地反映出珠江水质情况。在水污染的监测方面，焦守莉、汪小钦等利用卫星遥感资料估算了渤海湾表层水体叶绿素的含量，建立了叶绿素含量与海水光谱反射率之间的相关模式；王学军等应用遥感技术监测和评价太湖水质状况。

2.2水域分布变化和水体沼泽化的监测

水体总体反射率较低，在波长0.5um—0.7um处相对较高，0.7um之后由于水体红外光吸收严重，反射率很低。对于水域分布变化选用1.55um—1.75um的多时域影像为宜。沼泽化在多时域图像上反映为水体面积减小，从水体向边缘呈规律变化，显示出程度不同的植被特征。

2.3水体富营养化的监测

当水体出现富营养化时，由于浮游植物中的叶绿素对近红外光具有明显的“坡度效应”，因而水体兼有水体和植物的光谱特征，在彩色红外图像上，出现红褐色和紫红色。

3生态环境监测

植物受酸沉降（SO2气体、酸雨）污染的结果是植物产生一系列的负生态效应，即在植物形态上表现为植物叶片失绿脱水、出现伤斑、植株长势减弱，致使其产品质量下降等。在植物生理方面则表现为植物体内的物质成分（如含硫量增大、叶绿素含量）和细胞结构构造发生不良变化。众所周知，植物叶片对可见光（0.38um—0.76um）的反射能力主要取决于叶绿素。而在近红外波段（0.76um—1.0um），植物反射率主要受植物细胞结构、构造的控制。因此，受污染植物的上述生理变化，必然导致其叶片反射波谱特性的变化，也必然反映在其航空影像特征上。这是受污染植物受害状况遥感监测的理论依据所在。

植物对近红外波段电磁波具强反射，但遭受污染毒害的植物反射率却迅速降低，因此植被近红外波段反射率的大小，在一定程度上反映了一个地区植被生态环境和污染的状况。因此，使用彩色红外航片，其近红外波段（0.7um—0.9um）信息，明显地反映了工作区地表植被的分布及长势特征。

马向平等在重庆市酸沉降污染造成的植被受害状况遥感监测中，选取全区广布、对酸沉降物反应极为敏感的黄机树为主要监测植物，辅以抗酸沉降物毒害能力中等的另一种行道树——刺桐。对植物受二氧化硫污染发生的生物效应进行分析。研究表明，重庆市植被遭受毒害较重的区域是大面积分布的居民区和大型污染源影响区。反映在遥感图片上，随着距上述源区距离增大，植物遭受污染毒害程度减轻。

4城市热岛效应的监测

随着城市建设事业的发展，各类建筑物和构筑物鳞次栉比，使下垫面粗糙度增加；道路、广场沥青铺砌地面，使地面热容量和导热率增加；加上人为热能释放量增加等综合影响，城市热岛效应不断增强。常规的城市热岛监测方法是采用路线观测和定点观测相结合的方法，由于路线观测不太可能同步进行，观测点位的密度也不可能太高，试图细致的研究城市热岛的平面展布、内部结构特征有一定困难。而采用遥感方法，特别是用气象卫星AVHRR资料进行研究，观测周期可一日四次，观测的密度可达到1Km2有一个观测值，并可长期连续进行观测。资料的同步性、点位的密集性以及均匀性方可克服常规方法的弱点，将常规方法与遥感方法相结合十分有利于城市热岛监测研究的深入。

孙飒梅等对香港、深圳、广州、厦门、大连的城市热岛强度作为生态监测的指标探讨结果表明，这5个城市的夏季都出现不同程度的热岛效应现象，南方与北方对比，则北方的热岛效应更为突出；而南方城市持续时间长，以厦门为例，4-9月份均有明显的热岛效应现象存在。

5固体废弃物监测

目前地面垃圾乱堆放造成的环境污染在我国各大城市乃至乡村地带随处可见，“垃圾围城”的现象已十分普遍。遥感监测的内容有：工业、生话垃圾的堆放状况，堆放点的分布，堆放点的面积、数量等，优化垃圾处理处置场。从空间分辨率上要求比较高。

参考文献

[1]蔡哲等.环境污染的遥感监测方法及应用[J].江西化工，2005，3：16-18.

[2]刘桂青等.长江三角洲地区大气气溶胶光学厚度研究[J].环境保护，2003，8：50-55.

[3]朱爱华等.北京地区Modis卫星遥感气溶胶资料的检验与应用[J].环境科学学报，2004，1：32-35.