紫外大气甲醛卫星遥感反演方法和研究现状

在我国长期稳定的甲醛观测站点十分缺失,卫星平台高时频、大面积覆盖等优势使得通过卫星遥感探测大气甲醛成为了一种重要的研究手段.本文讨论了现有载荷的反演理论和方法,分析了我国大气甲醛的研究现状及不足.简述了从20世纪至今可用于甲醛探测的主要载荷：GOME/ERS-2,SCIAMACHY/ENVISAT,OMI/Aura,GOME-2/MetOp-A（B）,OMPS/Suomi-NPP,总结归纳了各个卫星载荷仪器的轨道信息、时间空间分辨率等相关参数,以及各个传感器在大气甲醛遥感反演中的可行性.由于卫星自上而下的观测方式与地基平台不同,其反演方法也有不同之处,因此本文针对卫星平台综合论述了两种甲醛反演算法：传统的差分吸收光谱法（DOAS）和针对于甲醛反演的一系列改进算法以及近几年提出的主成分分析法（PCA）;另外,本文针对现有反演算法和时空分布在我国中东部地区的研究现状和不足进行了综合讨论,并给出了一定的改进策略.     

区域大气环境污染光学探测技术进展

环境污染物的形成、转化、输送和演变过程具有极强的时空相关性,研究和发展能适用于多组分环境污染物的快速、实时、动态监测技术是科学研究工作者面临的重大课题.基于光谱学原理的环境监测技术,由于其具有非接触、无采样、高灵敏度、大范围快速监测等特点,是国际上环境监测技术的主要发展方向之一,并被广泛应用于环境、气象和科学研究等领域.针对京津冀地区大气重污染发生-演变-消散全过程的核心科学问题,通过建立大气污染传输通道立体观测网,开展重污染时段和重污染过程的车载走航、机载观测地基遥感和卫星遥感观测,综合运用大气环境监测网以及超级站等观测平台,获取大气污染物的光学特性、环境气象信息等演变规律,从而推动京津冀及周边地区空气质量的持续改善.光谱学技术在环境监测领域的成功应用,为区域大气和全球环境状况奠定了技术基础.      

系留气球垂直观测平台的构建与应用

利用1 600 m~3车载系留气球,构建大气复合型污染垂直观测平台。利用该平台对近地大气边界层的多种气象要素、多种污染物浓度水平及其物理化学特性进行高分辨的垂直测量,用以研究大气边界层的形成和演变及大气污染物垂直分布和变化特征、大气光化学过程的垂直变化以及污染物的区域输送。该平台以0.5 m/s的速度进行升降,于2013年12月在上海成功应用于大气污染垂直观测,观测中共获取大气污染物有效廓线50余组。利用观测数据,初步探索上海近地层复合型大气污染的生消机制及大气污染物垂直分布特征,为上海市空气污染预警和防控对策机制的制定提供技术支撑。     

非二氧化碳温室气体氧化亚氮的卫星遥感研究综述

氧化亚氮(N₂O)已成为全球第三大温室气体,氮氧化物污染与治理也成为我国“十四五”生态环保工作重点,气候变化评估与环境保护均对N₂O卫星遥感提出了较高的要求.本文回顾了N₂O卫星遥感的主要进展,卫星载荷方面,从天底、临边、掩星3种观测方式介绍了N₂O卫星观测的历史进程;反演算法方面,根据观测方式的不同分别介绍了最优估计算法、剥洋葱算法、差分光学吸收光谱法.相较于国际上N₂O卫星遥感起步早且已具备了较为成熟的理论和技术,我国的N₂O卫星遥感监测能力还有较大的发展空间.本文通过对研究现状的梳理和总结,提出了N₂O卫星遥感的发展趋势和建议,并对未来发展前景进行了展望.     

海洋水色遥感大气校正算法研究进展

本文针对Ⅱ类水体的光谱特性和海洋现象的特点,综述了Ⅰ类水体及近岸Ⅱ类水体的主要大气校正算法,并介绍了各种算法的适应范围和优缺点.通过对水色卫星传感器的技术发展现状的介绍,详细整理了目前主要卫星的大气校正算法,概述了Ⅱ类水体水色反演算法的研究现状和发展方向.并根据我国近海的水体特点提出了水色遥感研究需要解决的关键问题.     

基于多旋翼无人机平台的大气PM2.5垂直结构观测技术

目的设计可用于大气边界层范围的大气污染观测平台。方法使用多旋翼无人机作为载体,集成多种大气污染物和气象要素的便携式检测设备,组建无人机观测平台。通过地面比对实验,保障所搭载的设备数据可靠,通过与大载荷系留气艇平台的垂直比对实验验证平台集成后的数据可靠性。结果对于重点观测指标PM_(2.5)而言,无人机和系留气艇所获取的垂直廓线表现出良好的一致性,各个航次的R2最低值为0.762,多数航次的组内相关系数为0.94以上。在2017年12月18日的案例中,无人机的观测数据表明,早上的大气垂直结构呈现了明显分层,0～200 m高度较为稳定的大气层结阻碍了污染物向上扩散,导致了近地面PM_(2.5)80μg/m~3的较高浓度,而下午的观测数据有助于解释污染消散。结论文中搭建的多旋翼无人机平台可以用于0～1000 m范围内的边界层观测,尽管个别航次数据和系留气艇平台仍存在差异,但现有观测结果已表明,该平台有助于研究人员了解污染事件的发生和消散,可以进一步推广应用。     

基于综合立体观测网的京津冀地区污染过程分析

为揭示大气污染的演变规律,推动京津冀及周边地区空气质量的持续改善,针对大气重污染发生—演变—消散全过程的核心科学问题,在京津冀及其周边地区建立大气污染传输通道立体观测网,围绕2017年秋冬季和2018年春、秋、冬三季开展重污染时段和重污染过程的地基和车载走航观测,评估区域大气污染输送和城市间大气污染的相互传输量.结果表明:北京市污染呈明显的区域性特征,春季主要受区域不利扩散条件及沙尘传输影响,秋季主要受西南通道传输影响,冬季主要受西南、南部、东南通道混合层内传输与区域扩散条件不利的共同影响.秋冬季京津冀地区NO₂、SO₂污染物垂直柱浓度整体低于西南、东南和南部输送通道区域,当弱南风静稳天气条件主导时,北京市易受到污染物输送的影响,形成局域污染过程.研究显示,北京市重污染时段外来污染物各类尺度输送通道中,西南通道污染传输为主导,部分时段还受到东南和东部通道污染传输的影响.      

突发型大气污染源位置识别反演问题的数值模拟

在突发型大气污染事件中,能否根据临时监测数据对污染源的位置进行快速识别,对于城市大气污染源的控制管理以及改善城市空气质量意义重大.为了构建突发型大气污染源位置识别的空间反演算法,本文通过分析大气应急污染监测的临时采样数据,结合污染物浓度扩散模型,随机生成污染源和计算污染物浓度的空间分布,对突发型大气污染源进行定位并与实际测量结果进行对比分析,采用蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation)对相关参数进行讨论,最终构建能对突发型大气污染源进行快速估计定位的空间反演算法.研究结果表明,本文构建的空间反演算法输出的污染源坐标与实际情况相符.因此,该算法可用于突发型大气污染源位置的快速识别.     

构建基于“3S"技术的浑河流域污染事故监控示范系统

基于"3S"技术,利用计算机、通信网络、计算机辅助设计技术手段,通过建立水环境和部分重点污染源的在线监测系统,并运用水污染控制系统研究成果,对水环境污染事故实施有效监控.采用卫星遥感与浑河流域水质准同步监测技术,实现天地一体化模拟实验;采用航天卫星、低空微航、地面监视监测相结合的技术手段,实现水污染事故的应急监控监测;采用GPRs无线传输技术,构建基于"3S"技术的浑河流域水污染事故应急监控系统,实现跨流域江河水质污染自动监测数据的实时传输.     

HJ-1A高光谱数据的大气水汽含量反演

环境卫星是中国2008年9月份发射的一颗环境减灾小卫星,星上承载三种传感器,其中的HIS高光谱传感器设有可用于大气水汽含量的反演的通道。目前基于modis的大气水汽含量的反演算法已基本成熟,本文在modis水汽含量反演研究的基础上,探讨了HJ-HSI数据反演大气水汽含量的可行性,并在探讨结论的基础上采用modtran模拟的方法提出了HJ-HSI的大气水汽总量反演算法。通过成功的应用证明了HJ-HSI大气水汽含量反演的可行性。     

A review of Space-Air-Ground integrated remote sensing techniques for atmospheric monitoring

Currently, the three-dimensional (3D) distribution and characteristics of air pollution cannot be understood based on the application of any single atmospheric monitoring technology. Long-term, high-precision and large-scale 3D atmospheric monitoring might become practical by combining heterogeneous modern technologies; for this purpose, the SpaceAir-Ground integrated system is a promising concept. In this system, optical remote sensing technologies employing fixed or mobile platforms are used a...     

基于静止卫星GOCI传感器的大气污染过程AOD监测

针对北京及周边地区2017年11月2~8日的一次污染过程,利用韩国静止卫星COMs1GOCI数据,对北京地区进行AOD监测.AOD反演采用时间序列迭代算法,根据地表反射率随时间慢变而大气气溶胶随时间快变的理论,采取最小值拟合的方式,获取气溶胶光学厚度数据.反演结果与地基AERONET监测结果具有很好的一致性,两者的相关系数R²大于0.89.AOD监测结果表明,GOCI传感器1次/h的监测频率,可以很好地展现北京地区大气污染过程的开始,发展及消散过程,可以展示出一天之内AOD的变化,为大气污染监测以及气候变化研究提供依据.     

遥感技术在土壤污染中的应用研究进展

近年来遥感技术不断地拓展着应用的领域和范围，在土壤污染方面得到了广泛的关注和应用。传统土壤污染的研究存在许多弊端，需要耗费大量时间和精力。遥感技术具有建模范围大、实时性短的特点，它的出现使这些繁琐的过程更加简化。特别是近些年来图像处理手段和无人机遥感技术的发展，极大地提高了该技术的应用精度。本文从遥感技术在土壤污染状况的识别、反演、监管和风险评估等方面的应用出发，列举了遥感技术应用过程中常用的反演手段和方法，梳理了监管数据来源和监管对象。通过目前土壤污染与遥感技术结合的发展现状，较为全面地回顾了国内外遥感技术应用于土壤污染的发展历程，总结了遥感技术应用于土壤污染的各个方面的进展，并对该方面的未来发展趋势进行了展望。     

2014年10月上旬北京市大气重污染分析

使用垂直观测、地面观测和PM2.5化学组分观测等手段,对2014年10月上旬北京市一次重污染过程进行分析.结果表明,本次大气重污染发生时北京市近地面后散射激光强度变强,气溶胶消光系数升高,说明污染物在近地面层积累.重污染期间气象要素特征为:风场弱,湿度大,地面受弱气压场控制.从PM2.5浓度变化趋势来看,这次重污染过程大体分为四个阶段:“两个台阶”型的浓度爬升阶段(P1和P2)、高浓度维持阶段(P3)和迅速清除阶段(P4).结合地面观测、遥感反演和PM2.5组分分析可发现,区域传输是导致本次重污染的诱因,其中秸秆焚烧是影响因素之一,随后区域传输和本地污染物排放共同维持并加重了重污染过程.大气氧化剂OX与PM2.5浓度、二次离子浓度均表现出显著正相关性,表明较强的大气氧化性能促进PM2.5浓度增长.     

“散乱污”企业遥感动态监管技术及应用

针对京津冀及周边等大气污染重点地区“散乱污”企业监管缺乏有效技术手段的问题,以卫星遥感技术为基础,综合利用地面站点空气质量监测、车载走航遥测技术、污染源在线监测等多种技术手段,建立了一套“散乱污”企业动态监测与整治效果评估的方法体系,并以京津冀及周边大气污染重点区域“2+26”城市中的廊坊市为典型示范区开展了应用.结果表明:①基于卫星遥感建立的大气污染指数模型及重点关注网格可以很好地指示“散乱污”企业重点集聚区,2018年3月廊坊市在重点关注网格内识别出疑似“散乱污”企业42处.②廊坊市“散乱污”企业PM_2.5和NO₂的整治效果明显,与2017年相比,2018年其对全市PM_2.5浓度和NO₂对流层柱浓度下降的贡献率分别达11.14%和5.95%.③廊坊市“散乱污”企业分布及整治效果核查验证表明,建立的“散乱污”企业识别方法有效,污染企业识别率达79%,“散乱污”企业整治效果明显,待核验的42处疑似企业中已拆除或关停的企业有14家,其他为中小型企业.车载走航遥测技术可以有效配合现场核验,核验的疑似“散乱污”企业沿线中因“散乱污”企业已整治完毕,现场观测显示污染程度较低.研究显示,建立的“散乱污”企业动态监管技术,不仅可以掌握“散乱污”企业区域污染分布规律,而且可以有效提取重点监管目标及评估管控效果,解决了目前“散乱污”企业监管技术手段缺乏的问题,并可应用于中小企业的监管,对提升我国大气环境精准治污、科学治污水平意义重大.      

遥感技术在湖泊水质监测中的应用

环境污染遥感监测技术具有监测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态监测等优点,是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效方法,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段.湖泊水质遥感监测是基于经验、统计分析或水质参数的光谱特征,选择遥感波段数据与地面实测水质参数数据进行数学分析,建立水质参数反演模型实现的.在运用遥感技术对湖泊进行水质监测的方法中有传统方法和神经网络模型.与传统方法相比,神经网络模型有较强的水质识别的容错性,水质状况识别的可信度.今后,神经网络模型、高光谱遥感技术以及RS与GIS、GPS的结合运用等将是遥感技术在此领域中的发展方向.     

黄渤海上空气溶胶类型判别及其成因分析

气溶胶是大气环境的重要组成部分,其对天气和气候变化有重要影响,对人类健康也有危害.对气溶胶类型的区分有利于判别气溶胶的来源,这对控制气溶胶污染源、改善区域环境质量有重要的推动作用.本文基于黄渤海区域6个观测点的实测数据和卫星遥感数据,采用聚类分析方法对黄渤海上空的气溶胶进行分类,并采用拉格朗日轨迹追踪法判定气溶胶的来源.研究发现,黄渤海上空的气溶胶类型以清洁大陆型和生物燃烧以及城市/工业型为主,陆源输入是黄渤海上空气溶胶的重要来源.清洁大陆型的气溶胶在黄海中部的贡献率相比于其余海域偏低,这也间接表明近岸的气溶胶更易受到来自陆地的影响,离岸区域受陆地的影响相对较小.     

北京市秋冬大气污染传输特征遥感研究

综合地基遥感、卫星遥感与地面监测数据对北京市2016年10月—2017年3月的污染来源及传输特征进行分析,并结合气象数据对污染形成的气象条件进行研究.结果表明,冬季重污染发生频率最高,2016年12月和2017年1月发生频率均超过30%.平缓型污染以本地来源为主,单峰型和多峰型污染由本地污染与区域传输共同导致.平缓型和单峰型本地污染集中在北京中南部,多峰型扩散至全市.区域传输方向均以西南为主,单峰型和多峰型存在东南传输.单峰型以1次传输为主,多峰型均为多次传输.传输层的高度差异较大,但均在0.3～0.5 km高度存在低空传输层,并且存在高于1.0 km的高空传输.平缓型、单峰型和多峰型污染的垂直延伸高度分别为0.5、0.7和1.0 km.研究污染发生时的气象条件,发现污染发生时风向均以西南风为主,发生频率高于60%,其次为东南风.相对湿度和消光系数随污染等级提升逐渐升高,当相对湿度高于70%时,多峰型污染消光系数高于2.0 km~(-1)的频率达到63.33%.3种类型污染发生时的逆温频率均高于75%,高强度的贴地逆温是造成本地污染的成因之一.