城市污染的遥感监测研究

城市污染的遥感监测研究
城市的飞速发展带来了一系列市污染 问题。常规的人工调查方法由于周期长， 耗资大，不能及时反映城市环境变化的趋 势。而遥感（RS）技术由于具有快速、准 确、大范围和实时地获取资源环境状况及 其变化数据的优越性，成为城市环境监测 的主要手段。
城市环境是自然环境和社会环境综合 作用下的人工环境。污染物一般可分 为化学性、物理性和生物性三大类。 其中，现在遥感技术可以有效地监测 城市中的大气污染、水污染、地面污 染、 固体废物堆场污染和热污染，并 且可以监测城市土地利用变化、城市 交通、灾害预警等方面。
热污染监测
由于城市化和工业化的迅猛发展,大气中 的二氧化碳急剧增多,大气层对地球生物生 命起保护作用的臭氧层正在逐步地被破坏, 致使全球气候普遍变暖,这就是所谓的“ 温 室” 效应。而城市市区温度普遍较城市郊 区高,这种城市市区出现的岛状的高温现象 即所谓的“ 热岛效应”。
由于热岛的热力作用而形成局部大气环境,造 成从郊区吹向市区的局地风,把从市区扩散到郊区 工厂排放的污染空气,又送回市区,使有害气体、 烟尘在市区内滞留积累,从而造成进一步的大气污 染,所以城市热岛是一种热污染现象。利用遥感技 术进行城市热污染调查,主要是利用热红外遥感,对 城市下垫面的热辐射进行白天和夜间扫描,在热红 外图像上,温度高的地区色调为浅色,温度低的地区 则为深色,通过影像判读分析调查,可以查明城市热 源、 热场的位置和范围,并对热岛的时空分布、 热岛强度和地表温度分布等进行测定和分析。
灾害性大气污染主要是沙尘暴。卫星图 像拥有红外通道，可以确定沙尘暴的位置, 同时它所具有的高时间分辨率(如1小时重返 ) ,更有利于大尺度监测沙尘暴的运动轨迹。 目前沙尘暴研究和监测的主要是利用遥 感手段。此外，还可以监测大雾、霾等大 气。下图片显示的是1997年印尼和印度洋 沿岸的污染情况。
水污染的监测
对水体的遥感监测是以水的反射光谱特 征研究为基础的。城市的工业废水和生活 污水都对城区的水体有污染作用,受污染的 水体,在颜色上会发生变化,从而导致光谱发 射特征的改变和水体反射波谱能量的变化, 反应在遥感图像上就是灰度值的不同。为 了监测水质,可以采用以水体光谱特性和水 色为指标的遥感技术。采用红外遥感技术 也是水污染的探测有效的方法之一，因为 水对红外辐射具有特殊的性质。
应用遥感技术对地面污水的排放造成的 污染,可应用航空遥感拍摄的像片清楚地圈 定出其污染范围。例如,当灌溉的农田遭受 污染后,作物的生长在色调上有特殊变化,能 同其他一般的禾苗区分开来。此外地下水 的污染也会引起地面植被的变化,与正常生 长区的作物有不同的光谱表现。多光谱成 像仪能监测这些变化,从而圈定地面污染分 布范围,进一步对地面污染做出预防规划。
如果我们掌握了各种污染物的红外辐射 光谱强度,那么我们就能够对水的污染状况 进行识别。应用卫星获得的像片或磁带数 据中水面光谱资料与正常水的光谱资料相 比较,使用小型电子计算机作及时的处理,就 能探测出水源中的各种污染情况。下图为 利用ERS雷达影像准确跟踪并监控地中海油 污图。
地面污染的监测
结论
遥感综合技术将帮助人们突破传统污染 监测方法的局限,提高城市环境保护和污染 监测能力,保护生态环境的平衡、提高人们 生存环境的质量。同时它还将完成大量的 基础研究工作,建立中国典型地物的波谱数 据库和制定资源遥感调查技术规范。
参考文献
1. 遥感综合技术在城市环境监测中的作用 作者技术在城市环境监测中的应用研究发 展 作者：赵志辉 李燕 赵立中 4. 其余两篇均来自互联网
还可以利用测试植物光谱来进行大气环 境监测。植物在受污染后,叶子内的叶绿素 含量、细胞结构及水分含量都发生了相应 的变化,对红外线的反射能力下降,反映在彩 色红外像片上颜色发暗。而生长正常的植 物叶片对红外线发射强,因此在彩色红外像 片上色泽鲜艳、明亮。除植物的颜色以外, 还可以通过植物的形态、纹理和动态标志 加以综合判断。从而可以对大气环境的污 染情况进行推断。
因此,应用遥感技术,不但能圈定地面污染 的分布范围,而且还能够对地面污染进行规 划性的预防。例如,遥感综合技术在煤炭的 自燃隐火监测中的应用。煤炭的自燃隐火 不但每年要烧掉十亿吨煤炭资源,还要造成 大面积的污染。地矿有关部门应用航空红 外扫描仪,煤炭总公司应用地面红外测温仪, 按地表温度的细微差异圈定隐火区,区分出 燃烧区和燃尽区,分析其蔓延方向及规律,为 大规模整治煤炭隐火提供了新的方法和经 验。
此外,由于城市中各种固体废弃物堆场的分布 在空间与时间上均受到各个城市多种环境因素的 制约。因此,根据堆放物位置的分布特征来判定堆 放物是堆放物判定中的重要一环。例如,在人口集 中、建筑密度大、管理严格的城市中心区,不太可 能出现大面积的生活垃圾堆和工业垃圾堆,建筑垃 圾堆只能堆在建筑工地周围或较偏僻的小马路上, 而大的原料堆场也只可能出现在车站或码头附近, 因此根据堆放位置可以进行堆放物性质的判断,从 而进行正确的固体废物堆场污染监测。
固体废物堆场污染监测
城市的固体废弃物的类型主要有居民生 活垃圾 、建筑垃圾、工业垃圾，以及混合 垃圾,以上几种废物的混合物等。根据遥感 图像的特征 (如形状、色调或色彩 )可以有 效地调查固体废物堆场,尤其是利用航空热 红外图像更为有效。
由于固体废物自身的物理化学分解作用, 其温度一般高于周围地物,这在热红外图像 上有着明显的色调特征。在城市中有的堆 放物的影像特征与固体废弃物堆很相似,解 译时容易混淆,因此需要适当地进行一些实 地调查。例如,城乡结合部的垃圾堆与农村 中的稻草堆粗看起来两者色调、形状都很 接近,分布位置也无特点, 但若仔细观察可见稻草堆顶部凸出,边界 圆滑清晰,而垃圾堆则较平坦,边界模糊。
水体浑浊度分析是利用水体中悬浮颗粒 会增大水体的反射率和水体的光谱衰减特 征的不同,来判别水体浑浊度的大小。水被 油污染后,油的污染物覆盖于水面上,能够减 少水面的蒸发,结果产生了受污染的水面与 没有受污染水面的热效应不同,而反映到影 像色调上就会出现差别。另外,如果水中含 有染料,氢氧化物、酸类等污染物,它们的光 谱辐射特征又与水有所不同。我们也可以 根据这一特点来分析水中的污染情况。
根据不同时间的遥感资料,还可研究城市 热岛的日变化和年变化规律。总结城市热 岛与下垫面性质的相关关系,可从城市规划 入手,制约那些形成城市热岛的因素,防止城 市环境的进一步恶化。
自然灾害的监测
沙尘暴、旱涝、地震、海啸、滑坡、泥 石流等自然灾害除了会造成直接的财产损 失外，还会对环境造成短期或者长期的影 响。 基于高时间分辨率的遥感影像可以快速 监测短期的环境变化，基于多时间段的遥 感影像可以监测长期、缓慢的环境变化。 下图是墨西哥湾溢油遥感监测，通过实时 监测原油流向及扩散面积，评估影响生态 环境的范围及程度。
遥感综合技术在城市环境监测中的作 用感技术的发展,为大气环境质量监测和 评价提供了有效的途径。根据遥感影像 特征可对大气污染的范围、 污染源的位 置、 污染物的扩散途径进行监测,结合 实地观测数据还可对大气污染的程度进 行测定。通过对穿过大气层的太阳直射 光和来自大气和云的散射光以及来自地 表的反射光的光谱分析,可以测量它们的 光谱特征,求出大气气体分子的密度,从 而确定大气中废气和有毒有害气体的含 量,并可用此来对大气环境进行监测。
2012-6-4
大气污染监测
大气污染主要是指工业和生活燃煤排放 的废气 烟尘、粉尘、扬尘以及人工合成物 质自然挥发有毒有害气体对大气的破坏。 常规的大气环境监测的做法是在典型区 布点采样,在室内分析大气中污染物的含量, 并据此来监测和评价大气环境质量。量点 的监测数据来评价全区,代表性和可靠性均 差。
水污染有两种情况:一种是工业废水污染, 如油污染水面和垃圾污染水面;另一种是热 污染。例如,发电厂排除来的冷却水流入湖 河或近海岸的海面能改变水温,影响水中各 种生物的生长,破坏了生态平衡。 遥感监测视野开阔,对大面积范围里发生 的水体扩散过程容易通览全貌,观察出污染 物的排放源、 扩散方向、 影响范围及与清 洁水混合稀释的特点,从而查明污染物的来 龙去脉,为科学地布设地面水样监测提供依 据。