遥感技术在环境监测中的应用[摘要]遥感技术比传统的环境监测技术和监测台站具有无可比拟的优越性, 遥感技术被广泛应用于环境各个方面。

本文综述了遥感技术在海洋监测、大气监测和土地覆盖利用变化监测中的应用研究进展以及遥感技术存在的问题和解决对策以及展望。

[ 关键词]遥感技术; 环境监测; 应用Application and Development Prospect of Remote Sensing Technology inEnvironment MonitoringAbstract: T he remote sensing technology with the incomparable superiority compared with traditional environment monitoring technology and monitoring stations has being widely applied in pollution monitoring of atmosphere, water quality and solid waste and change of land utilization type and ecological vegetation. T he paper reviews the application research progress and development prospect of remote sensing technology in the monitoring of atmosphere, water quality and ecological vegetation.Key words: remote sensing technology; environment monitoring; application1 概述遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术[1 ] ,是一种应用探测仪器, 不需要与探测目标直接接触, 通过记录目标物体的电磁波谱, 从而分析解释物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

遥感技术让大面积的同步观测成为现实; 可以在短时间内对同一地区进行重复探测, 实现对地物的动态监测;其数据具有很强的综合性、可比性和经济性。

1992 年, 联合国世界环境与发展大会提出并通过以可持续发展作为世界各国共同接受的发展战略, 在大会上通过的“21世纪议程”的数百个项目中, 有相当一部分涉及到卫星遥感与地理信息系统技术[2 ]。

全球《21 世纪议程》中还指出, 评价可持续发展的进度的方法是利用各种指标体系衡量经济、社会与环境的改变[2 ]。

20 世纪90 年代以来, 遥感技术已广泛应用于环境监测、自然资源调查和动态监测、城市规划等各方面。

其应用研究涉及的领域广、类型多, 既有专题性的, 也有综合性的, 包括农业生产条件研究、作物估产、国土资源调查、土地利用与土地覆盖、水土保持、森林资源、矿产资源、草场资源、渔业资源、环境评价和监测、城市动态变化监测、水灾和火灾监测、森林和作物病虫害研究等。

至今它仍以多空间分辨率、多时相的遥感图像和数据使人们能够分析环境和自然资源等的时空变化规律, 推动人类和谐进步与发展。

2 遥感技术在环境各方面的应用2. 1 在海洋环境中的应用通过对遥感信息的分析、仿真和模拟,可以获得影响海洋理化和生物过程,如海冰运动、海流循环模式、海表面等温线分布、叶绿素浓度等相关参数。

在现代海洋渔业中,遥感已成为渔情分析和预报的重要技术手段之一。

在海洋污染监测方面,卫星遥感可实现对海洋大范围、全天候的污染监测,有很高的实用价值。

2. 2 在大气环境中的应用2.2.1. 对大气气溶胶的监测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及城市污染分析提供了研究资料。

毛节泰等[1章伟伟,过仲阳,夏艳. 利用MODIS 监测沙尘暴的影响范围[J ] .遥感技术与应用,2008 (6) ] 利用MODIS 卫星资料测量了北京地区的气溶胶光学厚度,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面遥感监测较好的替代方法,可以弥补地面遥感地面观测空间覆盖不足的缺陷。

2.2.2. 对沙尘暴的监测目前对沙尘暴的遥感监测主要是利用MODIS和NOAA/ AV HRR 数据。

章伟伟[2 范一大,王秀山. 中国北方典型沙尘暴的遥感分析[J ] . 地球科学进展,2002 (2)] 等采用EOS -Terra/ MODIS 数据通过分析沙尘暴的波谱特征和MODIS 传感器通道的特点,采取基于双通道阂值的叠加分析法对对内蒙古的沙尘暴进行了提取监测。

范一大等[3 胡顺星,胡欢陵,周军. 差分吸收激光雷达测量对流层臭氧[J ] . 激光技术,2001 (6)] 提出了利用NOAA/ AV HRR 数据提取沙尘暴信息和沙尘暴信息密度割的方法,经与气象数据对比验证,结果比较满意。

2.2.3. 对有害气体的监测人为或自然条件下产生的SO2 、氟化物等对生物机体有毒害的气体,通常采用间接解译标志监测。

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植被,利用这些特点可以间接分析污染情况。

王雪梅等将像元信息概化为土壤、植被、水体等基本信息类型的线性集合与污染气体信息的简单叠加,首次从TM 卫星数据直接定量提取珠江口地区大气污染气体累加浓度信息。

2.2.4. 对城市热岛效应的监测利用热红外遥感测定地物的辐射温度,推算出地物温度,进而根据热效应的差异,能有效地探测出热源。

利用光学技术或计算机对热图像作密度分割,根据少量同步实测温度,正确绘制出城市的等温线,可详细反映该城市热污染的分布情况。

马跃良等[6 ] 利用Landsat TM/ ETM+ 热红外波段数据,根据辐射传输方程的地表温度反演方法,定量计算了广州市城区1988 年、1995 年和2002 年的地表温度,分析了广州市热岛扩展的时空演变格局。

2. 3 土地覆盖利用变化在中的应用土地覆盖利用变化(LUCC) 研究是遥感应用最广泛的领域之一。

城市土地利用变化研究需要多时段、动态的遥感图像资料。

要获得某区域土地利用变化的信息,首先需要对同一地区不同时段的图件进行LUCC 分类,这也是对土地覆盖进行动态监测的依据。

史培军等利用不同时段的遥感影像,分析了深圳市15 年来土地利用变化的空间过程及驱动力。

此外,在环境灾害监测也能发挥作用。

/近来被应用在国家范围内发展大范围陆地覆盖图的一个方法是归一化植被指数(NDV I) 或绿色指标的使用。

用这种方法包括在更高的空间分辨率上遥感数据的检查对研究陆地覆盖调查精确性和可靠性可能的机制, 另外和现有地图或详细目录的比较, 结合实地考察确认。

DAV IDE. TU RN ER [18 ]以详细目录和以遥感为基础的当代绿荫面积估计与潜在的植被图显示过去土地利用变化大小和未来变化的可能性。

2. 4 在植被生态环境中的应用植被是环境的重要组成因子, 也是反映区域生态环境的最好标志之一, 同时也是土壤、水文等要素的解译标志[1 ]。

对大型植被群落的调查一般受不易接近目标物的限制。

因此, 遥感对于估计大型植被和生物物理和生态学参量的关联是一种非常有利的工具。

遥感图像的使用允许进行临时研究, 并提供周围地区全面详细的信息。

随着传感器技术和处理技术的增强, 植被特性例如种类成分, 叶面积指数, 单位面积或体积的植物数量, 光合作用辐射和吸收, 甚至化学成分都可以通过放射数据测定。

水上植被光谱特征的原理与地面植被的相同。

在叶的水平上, 叶子色素的存在和浓度决定了在可见光谱区域的响应, 叶子的形态和水容量是红外线波长起作用的重要因素。

在个体水平上, 生物物理因素如叶子的分布状态, 叶子密度和倾向性和整个的遮盖结构很重要。

2. 5 在大规模工程建设环境中的应用遥感技术在水电工程建设前期的区域稳定性评价及周边地区环境地质调查中具有客观、快速和高效的优势, 可为电站站址的选择和工程线路的比选提供客观依据[18 ]。

例如, 为了对电站可行性论证提供更加全面和科学的资料, 我国从80 年代初开始, 先后在雅龙江二滩电站、红水龙滩电站、长江三峡电站、黄河龙羊峡电站、金沙江下游白鹤滩、溪落渡及乌东德电站库区开展了大规模的区域性滑坡、泥石流遥感调查, 进行了区域地质背景、库岸稳定性、库岸土地利用、淹没损失、库区环境等各项调查。

/在成都平原, 利用遥感资料成功地划分出强富水区、富水区、中等富水区和弱富水区, 结合其他资料, 计算出了地下水天然补给量及开采资源量; 在青海柴达木盆地, 利用遥感图像划分出了地下水的富水地段, 初步确定了该地区地下水的埋藏深浅和地下水水质的相对好坏。

西部干早区共有冰川22591 条, 占全国冰川总数的50% 左右, 融雪水是我国西部地区水资源的重要组成部分, 遥感技术特别是微波遥感是冰川和融雪水调查最为有效的手段。

3遥感技术应用中存在的问题当前社会对环境的重视引起了人类对环境信息的使用中存在的问题的广泛关注和新的兴趣。

在遥感发展的早期阶段, 环境信息的使用受限于遥感数据图像失真和低分辨率, 数据校正不准确性, 光学和热量传感器对云的不可穿透性等问题。

近期随着遥感技术的不断发展, 传感器种类的增多, 对整个光谱段监测的实现和数字化处理和解译可信度的提高这些问题已经得到了有效的解决。

尤其是20 世纪90 年代, 雷达卫星的使用, 在观测基地地区和云覆盖的热带森林方面是个很大的进步。

/技术的障碍已不是制约遥感事业发展的最主要的因素, 重要的是来自随着监测技术的不断发展带来的大量监测数据的存储及转化问题, 例如在19 世纪90 年代末为了更好地理解世界生态系统包括全球变化, 热带森林采伐和温室气体作用的研究信息系统和调查的EO S (地球观测系统) 卫星, 数据将以每天千兆字节的速率获取; 环境信息需求的不确定性; 从遥感的前期试验应用阶段到实用化和产业化阶段的转化; 经济支持(如获取遥感数据的成本和设备及其试验的相关成本已经足够对遥感数据的利用构成阻碍) 及社会传统观念的束缚。

4 对策与建议首先要以满足我国新时期环境保护业务工作需求为目标,提高环境卫星的时间分辨率、空间分辨率、光谱分辨率、定标精度、信噪比等技术指标和技术能力。

综合利用高分辨率遥感技术、偏振遥感和多极化SAR 等技术,发展新型环境遥感专用载荷。

重点针对水体叶绿素、悬浮物、透明度、总氮、总磷、水温、石油污染、化学污染等监测,发展多模式的多光谱(偏振) 环境成像仪、可编程高光谱水环境成像仪等水环境遥感专用载荷;针对大气SO2 、NOX 及COX 等大气污染指标的监测,发展紫外P短波红外大气吸收光谱仪、红外高光谱大气环境探测仪等大气环境遥感专用载荷,为满足业务化环境遥感监测和应急响应提供新的技术手段。