大气遥感技术在大气污染监测中的应用

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大气遥感技术在大气污染监测中的应用

摘要：随着人民生活水平的提高，经济建立的开展，大气污染所造成的危害也日益严

重。如何更加准确的用大气遥感技术对其进展大气污染监测，成为减少其带来损失的关键。遥感技术有着直接观测和遥测技术不能替代的优点。遥感探测不必接近被测对象，不会扰动被测介质;所取资料宏观性和综合性强，具有时间、空间连续性;遥感测量参数围很宽;遥感设备大多可以自动操作。由于这些优点.大气遥感技术在大气污染监测中的应用越来越广泛，本文介绍大气遥感技术在大气污染监测中的应用。

关键字：大气遥感技术；大气污染监测；

1大气遥感技术

众所周知，大气污染监测是对大气环境质量的恶化和大气成分的变化进展测量，它是传统的大气探测的自然延伸和扩展。因而，尽可能使用和开展大气探测的各种手段，是顺理成章的事。同大气探测一样，大气污染监测方法同样分为直接观测、遥测和遥感。前两者是读者熟悉的，本文介绍大气遥感技术在大气污染监测中的应用。

所谓遥感(remote sensing),顾名思义，就是远距离的感知。即远离目标物，接收和感应目标物发出的信息(光和热辐射)，或者利用人工和天体(如太阳)发出的信息与作为利用人工和天体(如太阳)发出的信息与作为传输介质的目标物的相互作用来推断和反演目标物的状态。主动发射电磁波的方法，称为主动遥感(如各种雷达);被动地接收目标物信息的方法，谓被动遥感(如辐射计)。由安装在地表的设备实施的遥感，称地基遥感;由空间飞行器实施的遥感，谓空间遥感(如卫星遥感)。

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遥感技术有着直接观测和遥测技术不能替代的优点。遥感探测不必接近被测对象，不会扰动被测介质;所取资料宏观性和综合性强，具有时间、空间连续性;遥感测量参数围很宽;遥感设备大多可以自动操作等等。由于这些优点.大气遥感技术在大气污染监测中的应用越来越广泛〔1〕。

2在大气污染监测中的应用

大气污染监测，包括污染气象条件观恻和污染物浓度监测两方面。在这两方面，大气遥感技术有着广泛的应用。

2.1微波天气雷达

常规微波天气雷达<如我国711( 3cm ),713(5cm)、联MPJI-2(5cm)等>通过回波强度来获取大气信息，除可获取天气过程资料外，还能得到地物回波和超折射回波，研究它们与大气层结的关系，可为大气污染监测和预报提供精细的大气层结实况。读者都较熟悉，本文从略〔2〕。

2.2多普勒雷达

常规天气雷达是非相干雷达，没有利用位相信息，在探测质点和质点群的微物理和运动学特征方面，有着明显的缺乏，因而出现了基于相干接收原理的多普勒雷达。多普勒雷达的根本原理是利用运动目标的多普勒频移: ?D=-2VT/λ，式中，VT为径向速度; λ为发射波长，?D为多普勒频移。

一般的多普勒雷达大体由三局部组成:收发开关和天线系统、发射机、相干接收机。通过分析、整理和统计回波资料，不仅可以获得气象回波的统计特征，而且可以获得流场的部和细微构造。如，大气中质点和污染物的水平和垂直运

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动;风场的水平和垂直分布(精度达0.5m/s)及风切变;大气湍流估算及多普勒谱矩(如O阶矩(回波功率)、一阶矩(平均多普勒速度)、二阶矩(方差)等等;两台或多台多普勒雷达联合观测，可获得气流和质点的三维流场。这些资料不仅本身就是污染气象条件，而.且是研究大气污染物扩散的必不可少的资料〔3〕。多普勒雷达如此众多的优点，使它成为自天气雷达出现以来的一项革命性突破，成为美国等兴旺国家大气探测与大气污染监测的根本手段。但多普勒雷达造价昂贵(约150万元/台)。

2.3风廓线雷达

风廓线雷达(又称风廓线仪)根本原理是大气折射指数的小尺度变化能够散射雷达波束。众所周知，大气折射指数的不规那么变化是由温度和湿度小的不规那么变化(湍涡)引起的。湍涡随主要气流流动而流动，风廓线仪灵敏的接收机能够探测湍涡所散射的回波。而湍涡是大气湍流扩散的根本单元，获得了湍涡的运动信息，就为研究大气污染物的扩散规律提供了一种最直接有效的工具。图1为风廓线仪方框图。

风廓线仪工作时，垂直向上沿三个方向轮流向上发射脉冲电磁波，从信号中提取多普勒频移。如偏北、偏东及垂直向上三个波束方向上气流的径向速度分别为N,E和V.那么由下式可推算出风速: N=Vsina+Wcosa E=Usina+Wcosa V=W

式中，U、V、W为风速的三个分量〔4〕。

美国的风廓线仪通常工作频率为400MHz，垂直距离分辨率为100~500m,能连续自动探测100m至18Km，运行本钱较低;缺点是极高的一次性设备投资，对场地要求较高。

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