细数遥感技术在环境监测中的应用

提到环境,人们首先就会想到用化学,生物和仪器等方法去监测环境中的有害物质的性质及含量,随着科学的发展遥感技术已经成为环境监测的有效手段。人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式一一电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体.遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测,是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息,对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段.它最重要的作用是不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量,快速进行污染源的定点定位,污染范围的核定、大气生态效应、污染物在水体、大气中的分布、扩散等变化,从而获得全面的综合信息。

1遥感技术在我国的应用现状

遥感技术在我国资源、林业、农业、水利等部门已有广泛的应用,为国家社会经济发展作出了巨大贡献.同时也完成了大量的基础研究工作,建立了中国典型地物的波谱数据库和资源遥感调查技术规范.环境保护中的遥感技术作为一种环境监测技术应用在我国开展较晚,但经过广大科研人员的奋发努力,在条件十分有限的情况下,在大气环境、水环境、生态环境等众多领域开展了多方面的研究探索工作,并取得了较大成果。

1.1遥感技术用于监测海洋石油污染

海洋是人类生命之源,它为人类生存提供了巨大财富,如生物资源和矿产资源。但人类在利用、开发海洋的同时,却严重污染了海洋,使海洋生态恶化,环境质量下降。

在海洋的所有污染中,危害最大的当属石油污染.我国有18000km的海洋岸线和14000km的岛屿岸线以及3×106km2的管辖海域,对于如此广袤的海洋领域,用常规的海监船和海监飞机只能对重点海域进行污染监测,由于能力所限,难免发生遗漏。因而,科学家们尝试使用气象卫星,资源卫星等卫星资料和常规调查相结合的方法对海洋石油污染的监测进行了研究。对1990年渤海老铁山水域石油污染的研究结果表明:通过对资源卫星数据处理,可以把油膜从海水背景中区分出来,并能计算出各区的面积和油量:通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析,可以确定油膜的漂移方向,计算出其扩散速度和扩散面积。从卫星数据计算结果来看,此次污染范围为1839.4km2,依法应对事故责任者罚款3000万美元,可当时由于证据不足,仅罚款300万美元。由此可见,应用卫星遥感技术监测海洋石油污染是可行的,可以发挥其大范围、实时、同步和连续监测的特点,以最少的投资,发挥最大的作用,为保护海洋环境提供依据,增强执法力度。

利用遥感手段对湖泊(海洋)生态的监测与研究,主要利用水体中的物质,特别是能进行光合作用的飘浮有机物质(如浮游植物)、无机颗粒物与入射光相互作用而产生水色变化进行工作。由于浮游植物中的叶绿素对蓝光、红光有较强的吸收作用,可用来推算水体中的叶绿素分布情况。此外,有机、无机颗粒物质可吸收入射光,影响水体的透明度等

1.2遥感技术用于监测森林火灾和草场演化

火灾是森林灾害之首,严重危害着生态的平衡.我国平均每年发生森林火灾15800多起,过火面积近90万公顷,占全国森林总覆盖面积的0.8%,给国家造成了巨大的损失。因而,防止森林火灾、减少林火损失是保护森林资源的当务之急。

将卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统等新技术相结合,可以根据气候、可燃物积累和含水量、林木组成等预测火灾可能发生的地区、时段和火灾等级,以采取防范措施;在火灾发生时,可监测其过程和发展趋势,为及时消灭火灾提供第一手资料;在灾后,可以迅速查明损失,同时对生态环境的变化进行监测评价。例如,大兴安岭森林火灾发生的时候,由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高,它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量,这样,当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候,如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空,传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像,因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量,在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理,交到消防指挥官手里时,指挥官一看,图像上发亮的范围这么大,而消防队员只是集中在一个很小的地点上,说明火情逼人,必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。

草场资源是牧业的基础,也是影响生态平衡及自然环境质量的重要因素,应用卫星遥感建立的草场动态监测系统,可以监测草场资源变化和草畜平衡状况,并对火灾、雪灾、草场退化和沙化等草场灾害进行实时评估,从而指导合理开发、利用草场资源,维持生态平衡、保护自然环境。青海省卫星遥感中心建立的气象卫星业务系统,已能够向青海省、州、县各级政府,定期提供牧草返青期、青草产量、牧草黄枯期的遥感监测信息,从而指导合理安排牧业生产。

延伸阅读：

我国环境监测技术存在的问题及对策

“十三五” 规划将研发水气土和新型污染物监测仪器

1.3 遥感技术用于城市环境监测

城市环境与人们的生活、工作息息相关,查明影响城市环境的因素,可有针对性地调整工业布局、城市结构,加强城市环境管理,从而降低环境污染,提高人们生活和工作的环境质量。目前遥感技术在城市环境监测方面的应用主要表现在:

(1)城市土地利用分类及变化研究,主要是利用LandsatTM数据进行,结合历史用地状况,现状及未来

用地规划建立土地利用变化的调控和管理。(2)人口分布、工业分布格局、经济结构变化的调查;利用遥感技术获得的信息可以为政府部门的决策和管理提供依据。

1.4 卫星遥感用于大气环境监测

1.4.1臭氧层监测

由于臭氧对0.3微米以下的紫外区的电磁波吸收严重,因此可以用紫外波段来测定臭氧层的臭氧含量变化.在2.74毫米处有个吸收带,可以用频率为

11083MHz的地面微波辐射计或用射电望远镜来测定臭

氧在大气中的垂直分布.又由于大气中臭氧含量高则温度高,又可以用红外波段来探测。

1.4.2大气气溶胶监测

通常我们把大气中的烟,雾,尘等归属于气溶胶。大气中的这些物质一般由火山爆发,森林或草场火灾,工业废气等产生,在遥感图象上可直接确定污染物的位置和范围,并根据他们的运动,发展规律进行预测,预报。由这些污染物形成的在低空漂浮的尘埃,可通过探测植物的受害程度来间接分析。

1.4.3有害气体的监测

人为或自然条件下产生的SO2氟化物等对生物肌体有毒害的气体,通常采用间接解译标志进行,植被受污染后对红外线的反射能力下降,其颜色,纹理及动态标志都不同于正常的植被,如在彩红外图象上颜色发暗,树木郁闭度下降,植被个体物候异常等,利用这些特点就可以间接分析污染情况。

1.4.4城市热岛效应的监测

城市热岛效应是由于城市人口密集,产业集中形成市区温度高于郊区的小气候现象。它是一种大气热污染现象。传统采用的流动观测(气球,飞机)和定点观测(气象台站,雷达)相结合的方法进行。但这些方法耗资大,观测范围有限,受各种因数的影响大,具有较大的极限性。遥感技术的发展为这一研究注入了活力。遥感卫星的使用,实现了定性到定量,静态到动态,大范围同步监测的转变,已经深入到可分析提取“热岛”内部热信息的差异。

1.5 遥感在水污染的监测方面的应用

1.5.1水域分布变化和水体沼泽化

水体总体反射率较低,在波长0.5-0.7微米处相对较高,0.7微米以后由于水体红外光吸收严重,反射率很低。对水域分布变化以选用1.55-1.75微米的多时域影像为适宜。沼泽化在多时域图象上反映为水体面积缩小,从水体向边缘呈规律变化,显示出程度不同的植被特征。

1.5.2水体富营养化

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“陡坡效应”,因此这种水体兼有水体和植物的光谱特征。在彩色红外图象上,呈现红褐色或紫红色。

1.5.3泥沙污染

水体中泥沙含量增加使水反射率提高。随着水中悬浮泥沙浓度的增加及悬粒径增加,水体反射量逐渐增加,反射峰亦随之向长波方向移动,即红移。又由于水体在0.93-1.13微米附近对红外辐射吸收强烈,所以反射通量降低和受水分瑞利散射效应干扰,不适宜作悬浮泥沙浓度的判定波段。定量判读悬浮泥沙浓的最佳波段应在0.65-0.85微米之间。

1.5.4废水污染和水体热污染

废水由于水色与悬浮物性状千差万别,特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样。废水污染一般用多光谱合成图象进行监测。有的根据温度的差异也可用热红外方法测定。热污染大多是从工厂中排出的热水造成的。它不仅危及水体中的生物,也影响农作物的生长。热污染用热红外传感器很容易探测到。其图象可显示出热污染排放,流向和温度分布的情形。对图象进行伪彩色密度的分割可绘制等温线,测出水中温度分布。

1.6 卫星遥感在固体废弃物的监测方面

近年来利用遥感技术对我国多个城市的工业废渣和生活垃圾及堆放地与污染状况进行了监测,如中国环境科学研究院在“八・五”期间采用遥感方法对北京市的垃圾堆放场作了监测研究。

2 结束语

以上从海洋、森林与城市环境监测等多个方面说明了卫星遥感在环境监测与保护中所起的作用,在其他方面,如土地资源、水资源等许多领域的环境监测与保护工作中卫星遥感技术的作用也是显著的。这一新的技术将帮助人们突破传统污染监测方法的局限,提高环境保护和污染监测能力,为保护生态环境的平衡、提高人们生存环境的质量作出贡献。

延伸阅读：

我国环境监测技术存在的问题及对策

“十三五” 规划将研发水气土和新型污染物监测仪器

原标题：遥感技术在环境监测中的应用