1概述
隨着我國經濟的高速發展,環境污染和生態破壞日益嚴重,突發性環境污染事故也時有發生。環境監測作爲環境管理和污染控制的主要手段之一,正在發揮不可替代的作用。但是,由於我國面積遼闊,地面環境監測網點分散,僅依靠現有的監測臺站和傳統監測技術方法不能滿足連續、動態、宏觀、快速監測環境污染的要求,也滿足不了及時、準確地做出環境質量報告和污染預報的要求。因此,日益惡化的環境迫切需要實時、快速、宏觀、準確的監測技術,以便更加全面準確地反映環境污染對生態系統和人體健康的影響。近年來國內外大量實踐表明,遙感技術是獲取環境資訊的強有力手段,是實現這一目的的極其有效的技術。運用遙感技術監測環境污染及生態環境狀況,正確評價環境質量,尋求改善生態環境的途徑和措施,具有重要的意義。
遙感技術具有監測範圍廣、速度快、成本低,且便於進行長期的動態監測等優勢,還能發現用常規方法往往難以揭示的污染源及其擴散的狀態,因此遙感技術正廣泛地應用於監測水污染、大氣污染等環境問題。它不僅可以快速、實時、動態、省時省力地監測大範圍的環境變化和環境污染,具有其它常規方法不可替代的優越性;也可實時、快速跟蹤和監測突發環境污染事件的發生、發展,並及時制定處理措施,減少污染造成的損失。因此,發展我國的環境污染遙感監測技術,建立重大環境事故的預報、預警和應急響應系統,對保護我國環境及發展經濟都具有重要作用,能產生巨大的社會、經濟和環境效益。
2環境污染遙感監測技術
遙感技術是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性,遠距離不直接接觸物體而識別、測量並分析目標物性質的技術。根據所利用的波段,遙感監測技術主要分爲可見光、反射紅外遙感技術,熱紅外遙感技術,微波遙感技術三種類型。當前,遙感的應用已深入到農業、林業、漁業、地理、地質、海洋、水文、氣象、環境監測、地球資源勘探、城鄉規劃、土地管理、和軍事偵察等諸多領域,從室內的工業測量到大範圍的陸地、海洋、大氣資訊的採集以至全球範圍的環境變化的監測。
遙感技術在環境污染監測中的應用發展很快,現在已可測出水體的葉綠素含量、泥沙含量、水溫、水色;可測定大氣氣溫、溼度、CO、NOx、CO2、O3、ClOx、CH4等主要污染物的濃度分佈;可測定固體廢棄物的堆放量、分佈及其影響範圍等,還可對環境污染事故進行遙感跟蹤調查,預報事故發生點、污染面積、擴散程度及方向,估算污染造成的損失並提出相應的對策。近幾年來,隨着全球環境問題日益突出,具有全球覆蓋、快速、多光譜、大資訊量的遙感技術已成爲全球環境變化監測中一種主要的技術手段。國際上相繼提出了一系列的全球環境遙感監測計劃,其中主要有美國宇航局(NASA)的對地觀測計劃(EOS)、歐空局的對地觀測計劃和日本的對地觀測計劃等。這些計劃將極大地推動環境遙感技術的實用化和遙感技術的發展。
3遙感在環境監測中的應用
3.1水環境污染遙感監測
對水體的遙感監測是以污染水與清潔水的反射光譜特徵研究爲基礎的。總的看來,清潔水體反射率比較低,水體對光有較強的吸收性能,而較強的分子散射性僅存在於光譜區較短的譜段上。故在一般遙感影像上,水體表現爲暗色色調,在紅外譜段上尤其明顯。爲了進行水質監測,可以採用以水體光譜特性和水色爲指標的遙感技術。
遙感監測視野開闊,對大面積範圍裏發生的水體擴散過程容易通覽全貌,觀察出污染物的排放源、擴散方向、影響範圍及與清潔水混合稀釋的特點。從而查明污染物的來龍去脈,爲科學地佈設地面水樣監測提供依據。在江河湖海各種水體中,污染物種類繁多。爲了便於遙感方法研究各種水污染,習慣上將其分爲泥沙污染、石油污染、廢水污染、熱污染和水體富營養化等幾種類型。
3.2大氣污染遙感監測
大氣遙感是利用遙感器監測大氣結構、狀態及變化。大氣遙感器除了測量氣溫、水蒸汽、大氣中的微量成分氣體、氣溶膠等的三維分佈以外,還用來進行風的測量及地球輻射收支的測量等。
影響大氣環境質量的主要因素是氣溶膠含量和各種有害氣體。這些物理量通常不可能用遙感手段直接識別。水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量氣體成分具有各自分子所固有的輻射和吸收光譜,所以,實際上是透過測量大氣的散射、吸收及輻射的光譜而從其結果中推算出來的。透過對穿過大氣層的太陽(月亮、星星)的直射光,來自大氣和雲的散射光,來自地表的反射光,以及來自大氣和地表的熱輻射進行吸收光譜分析或發射光譜分析,從而測量它們的光譜特性來求出大氣氣體分子的密度。測量中所利用的電磁波的光譜範圍很寬,從紫外、可見、紅外等光學領域一直擴展到微波、毫米波等無線電波的領域。大氣遙感器分爲主動式和被動式,主動方式中有代表性的遙感器是激光雷達,被動式遙感器有微波輻射計、熱紅外掃描儀等。
4國內發展現狀
我國環境污染遙感監測技術發展和應用的主要問題有:①環境污染遙感監測系統和技術方法基本上處於起步階段。雖然我國的遙感理論、技術和應用發展很快,但與國外相比差距甚大,在環境污染監測中的應用基本還沒有開展起來,目前在全國範圍內基本上沒有建立起環境遙感的監測體系與系統。②對於環境監測而言,傳感器的技術性能要求較高,不僅要求傳感器能提供高分辨率的探測,而且要求具有全天候、全天時、大範圍、多譜段和靈敏度高的特點,這樣才能滿足環境污染動態、實時、多樣的監測需求。當前所用的高分辨率傳感器基本上依靠進口,在地面和飛機上測量化學成分的遙感技術還處於實驗室的摸索階段,而在環境污染監測中的應用基本空白。③遙感資訊源缺乏。目前我國尚未發射自己的環境污染監測遙感衛星,遙感資訊源主要來自於國外的相關衛星資料。同時國際上用於環境監測的遙感商業衛星寥寥無幾,從而客觀上制約了我國環境遙感監測技術和應用水平的發展。④新型遙感技術在環境污染監測上應用的理論和方法有待探索和發展,缺少環境污染遙感監測體系與系統。
5結論與展望
目前,遙感技術正從單一遙感資料的分析,向多時相、多數據源(包括非遙感資料數據)的資訊複合與綜合分析過渡;從資源環境靜態分佈研究,向動態過程監測過渡;從動態監測,向預測、預報過渡;從定性調查、系列製圖,向計算機輔助的.數字處理、定量自動製圖過渡;從對各種事物的表面性的描述,向內在規律分析、定量化分析過渡。就環境污染遙感監測技術而言,有待於在以下幾方面加強研究:
(1)利用環境污染遙感監測技術,建立突發性環境污染事故的實時監測和預警系統。透過集成多種遙感傳感器,並結合地面環境監測網站的監測數據,進行多環境參數的自動監測,並實時監測各種指標的時空變化趨勢,以便在某些指標剛剛接近警戒線時預報可能出現的危機,確定環境污染事故所在的空間位置,並提供其空間影響範圍的模擬和模型方法,爲突發性事故管理決策提供資訊,實現連續、自動監測和總量控制。如利用環境污染遙感監測技術,透過建立城市大氣環境質量預測預報系統,可以對城市大氣環境質量狀況進行預報,並對可能發生的大氣污染事件提出預警。
(2)高性能傳感器的研製。重點發展能夠選擇監測某種或某類優先污染物(如氯苯和硝基苯等)濃度的遙感器。
(3)研製環境污染物的定量遙感監測技術。如利用水面反射光譜測量與水質參數進行迴歸分析,建立某一譜段上光譜反射率與某些水質參數的函數關係式。一般來說,水質參數中的透明度、固體懸浮物濃度、葉綠素含量和水面混濁度與光譜反射率或衛星影像的密度值之間往往存在比較明顯的對應關係。
(4)將環境污染遙感監測技術與GIS(地理資訊系統)、GPS(全球定位系統)、ES(專家系統)技術集成。利用環境污染遙感監測集成系統,可以大大提高環境監測的科學性、合理性及智能化程度,從而大大擴展環境監測的應用範圍。集成技術應用於環境污染遙感監測中的優越性具體體現如下:遙感監測技術爲集成系統提供正確、迅速、宏觀的環境污染監測數據,GIS可利用其強大的空間資訊管理功能,建立各類有毒、有害、易燃、易爆物質的理化特性數據庫,有關自然、經濟、社會、生態環境數據庫和圖形庫及模型庫,同時可結合地面監測數據,經由GPS提供的精確位置資訊,在ES技術支援下對監測數據進行有效的管理、分析和計算並將綜合數據以直觀、形象的圖形化方式輸出或顯示出來,從而使環境管理者迅速瞭解和掌握各類突發事故的多發地帶、發生頻率、潛在事故發生源的時空分佈、事故發生後污染物的影響範圍及時空變化,更好地實現事故的預防、應急處置和災後恢復。
當前,我國環境污染遙感監測技術應依託我國的對地觀測技術和對地觀測系統的發展計劃,同時充分利用國際上資源環境衛星系統,開展廣泛的國際合作和交流,大力發展我國的環境污染遙感監測技術,並充分利用現有的環境監測網點和常規監測方法,採用遙感技術與地面監測相結合的方法,建立我國的環境污染遙感監測系統。