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論遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)
摘要：遙感技術(shù)集合了空間、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、生物學(xué)和地學(xué)等科學(xué)的最新成就，是現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。自從1972年美國(guó)第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星發(fā)射成功并獲取了大量地球表面的衛(wèi)星圖像后，遙感技術(shù)就開始在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)的出現(xiàn)揭開了人類從外層空間觀測(cè)地球的序幕，為人類認(rèn)識(shí)國(guó)土、開發(fā)資源、監(jiān)測(cè)環(huán)境、研究災(zāi)害以及分析全球氣候變化等提供了新的途徑。關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) 環(huán)境科學(xué) 應(yīng)用 3S一體化 發(fā)展趨勢(shì)
遙感是從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺(tái)上，如高塔、氣球、飛機(jī)、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機(jī)等，通過(guò)傳感器對(duì)地球表面的電磁波輻射信息進(jìn)行探測(cè)，然后經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對(duì)地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測(cè)與監(jiān)測(cè)的綜合性技術(shù)。遙感技術(shù)從遠(yuǎn)距離采用高空鳥瞰的形式進(jìn)行探測(cè)，包括多點(diǎn)位、多譜段、多時(shí)段和多高度的遙感影像以及多次增強(qiáng)的遙感信息，能提供綜合系統(tǒng)性、瞬時(shí)或同步性的連續(xù)區(qū)域性同步信息，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大優(yōu)越性。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴(kuò)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，土壤侵蝕與地面水污染負(fù)荷產(chǎn)生量估算，生物棲息地評(píng)價(jià)和保護(hù)，工程選址以及防護(hù)林保護(hù)規(guī)劃和建設(shè)。到水域的海洋和海岸帶生態(tài)環(huán)境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質(zhì)、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)，珊瑚和紅樹林的現(xiàn)狀調(diào)查與變化監(jiān)測(cè)，堤壩的規(guī)劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調(diào)查以及水域初級(jí)生產(chǎn)率的估算。再到大氣環(huán)境遙感中的城市熱島效應(yīng)分析，大氣污染范圍識(shí)別與定量評(píng)價(jià)，大氣氣溶膠污染特征參數(shù)化，全球水、氣和化學(xué)元素等的循環(huán)研究，全球環(huán)境變化以及重大自然災(zāi)害的評(píng)估等，幾乎覆蓋了整個(gè)地球系統(tǒng)。
一、遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用
1.遙感技術(shù)在水污染監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
（1）利用紅外掃描儀監(jiān)視石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高達(dá)1000萬(wàn)噸，利用多光譜航片可對(duì)海面石油污染進(jìn)行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照?qǐng)D片畫出不同油膜厚度的大致分級(jí)圖。通過(guò)彩色密度分割圖像，特別是數(shù)字密度分割圖，可以更準(zhǔn)確地判斷油量的分布情況。通過(guò)彩色密度分割可把相差零點(diǎn)零幾厚度的海面油膜區(qū)分出層次來(lái)，這有利于用航空遙感對(duì)海面油的擴(kuò)散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴(kuò)散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴(kuò)散的油膜就更薄些呈紫色。通過(guò)對(duì)污染發(fā)生后各天的氣象衛(wèi)星圖像的對(duì)比分析，確定油膜的漂移方向，計(jì)算出其擴(kuò)散速度和擴(kuò)散面積。
（2）利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)水體富營(yíng)養(yǎng)化
浮游植物中的葉綠素對(duì)藍(lán)紫光和紅橙光有較強(qiáng)的吸收作用，當(dāng)水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，我們就可以利用遙感技術(shù)推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區(qū)的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復(fù)合光譜，另外有機(jī)或無(wú)機(jī)顆粒物也會(huì)吸收入射光，影響水體的透明度。
（3）通過(guò)遙感技術(shù)調(diào)查廢水污染和泥沙污染
廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬(wàn)別，特征曲線上的反射峰位置和強(qiáng)度也不大一樣，可以用多光譜合成圖像進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大，水體反射量也會(huì)相應(yīng)增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65～0.85微米。
（4）應(yīng)用紅外掃描儀監(jiān)測(cè)水體熱污染
應(yīng)用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實(shí)反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調(diào)。冷水和冰輻射能量少，呈深色調(diào)。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)對(duì)熱圖像作密度分割，根據(jù)少量的同步實(shí)測(cè)水溫，畫出水體等溫線。
（5）通過(guò)遙感技術(shù)分析水域的分布變化和水體沼澤化
水體總體反射率較低，選擇1.55～1.75微米波段的多時(shí)域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時(shí)域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規(guī)律變化，顯示出不同程度的植被特征。
2.遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
（1）臭氧層
臭氧層位于地球上空25～30千米的平流層中，對(duì)0.3米以下紫外區(qū)的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來(lái)測(cè)定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個(gè)吸收帶，可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計(jì)來(lái)測(cè)定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會(huì)吸收太陽(yáng)紫外線而升溫，可使用紅外波段來(lái)探測(cè)，如用7.75～13.3微米熱紅外探測(cè)器測(cè)定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關(guān)關(guān)系，推算出臭氧濃度的水平分布。
（2）大氣氣溶膠
利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業(yè)煙霧、火災(zāi)濃煙和大規(guī)模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛(wèi)星圖可監(jiān)測(cè)沙塵運(yùn)動(dòng)，估計(jì)其運(yùn)動(dòng)速度，及時(shí)預(yù)報(bào)沙塵暴。通過(guò)衛(wèi)星資料可及早發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，把災(zāi)害損失降到最低。大比例圖片可用來(lái)調(diào)查城市煙囪的數(shù)量和分布，還可以通過(guò)煙囪陰影的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算其大致高度。應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)影像進(jìn)行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關(guān)關(guān)系，可測(cè)出煙霧濃度的等值線圖。
（3）有害氣體
彩紅外相片可監(jiān)測(cè)有毒氣體對(duì)污染源周圍樹木和農(nóng)作物的危害情況，通過(guò)植物對(duì)有害氣體的敏感性來(lái)推斷某地區(qū)大氣污染的程度和性質(zhì)。一般污染較輕的地區(qū)，植被受污染的情況不宜被人察覺(jué)，但其光譜反射率卻會(huì)明顯變化，在遙感影像上表現(xiàn)為灰度的差異。正常生長(zhǎng)的植物葉片能強(qiáng)烈反射紅外線，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對(duì)紅外線的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發(fā)暗，如白蠟樹受污染后呈紫紅色，柳樹呈品紅色略帶藍(lán)灰色。
（4）氣候變化
美國(guó)、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛(wèi)星組成的靜止氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)晝夜不停地觀測(cè)地球的氣候變化，得到全球范圍內(nèi)的大氣參數(shù)、海洋參數(shù)、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對(duì)全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現(xiàn)象的研究非常重要。 3.遙感技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理中的應(yīng)用
彩紅外遙感影像可監(jiān)測(cè)固體廢棄物引起的生態(tài)環(huán)境變化，熱紅外遙感影像可調(diào)查工業(yè)廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環(huán)狀，窄的呈線狀，城市廣場(chǎng)一般以塊狀藍(lán)灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區(qū)呈灰色，高層樓房帶有寬長(zhǎng)影，平房呈密集排列的小長(zhǎng)方塊狀。水系呈淺藍(lán)色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對(duì)優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對(duì)太陽(yáng)輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農(nóng)作物為主要下墊面的郊區(qū)有很大不同，利用熱紅外遙感對(duì)城市下墊面進(jìn)行分析就可以得出城市的熱島效應(yīng)。
4.應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)控生態(tài)環(huán)境
遙感影像真實(shí)記錄地貌形態(tài)特征并提供各環(huán)境參數(shù)的組合情況，根據(jù)其空間一致性和差異性進(jìn)行區(qū)域環(huán)境范圍的生態(tài)區(qū)劃。利用遙感衛(wèi)星相片還可以編制森林樹種、生長(zhǎng)狀況和森林覆蓋圖，使用計(jì)算機(jī)集群分類，精度可高達(dá)8O％ 。一般野生動(dòng)物環(huán)境與森林植被關(guān)系最為密切，通過(guò)研究植物的分布與長(zhǎng)勢(shì)可大致確定動(dòng)物的活動(dòng)繁殖場(chǎng)所，從而編制森林野生動(dòng)物保護(hù)規(guī)劃。
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