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卫星“透视”霾——中国科学家遥感探测大气污染

    时间:2014年09月26日    浏览次数: 收藏
导读:时近秋冬。这几日,京城又开始锁霾。对于中国人而言,雾霾是梦魇。中国卫生计生委称,2013年年初的雾霾危机,辐射范围达140万平方公
时近秋冬。这几日,京城又开始锁“霾”。
 
对于中国人而言,雾霾是“梦魇”。中国卫生计生委称,2013年年初的雾霾危机,辐射范围达140万平方公里,影响6亿多人。
 
如何探测雾霾以寻找应对之策,不仅为老百姓关切,也是中国科学家们致力攻克的技术难题。大尺度卫星遥感大气污染技术,正成为中国治理大气污染的新兴手段。
 
传统卫星观测气溶胶受限多
 
对于大气污染监测,目前国内主要是基于地面站点的观测仪器获取大气污染物的浓度,但是站点的观测结果只能代表站点所在区域一定范围内的大气污染情况,且观测站点的数量在空间覆盖上有限,如何更加客观和准确地来评价大气污染状况成为科学家们关注的热点问题。
 
国家卫星气象中心卫星气象研究所副所长张兴赢研究员,是国内较早开展卫星大气成分遥感监测应用研究的学者。他所带领的卫星大气成分遥感应用研究团队在卫星大气成分遥感应用研究领域开展了深入探索,已初步建成中国自主卫星大气成分地面数据反演处理体系,正推动国内自主卫星大气成分遥感监测业务体系蓬勃发展。
 
卫星能不能直接探测到颗粒物?张兴赢说,全球关于这方面的研究还很有限,目前都是基于卫星可见光获得的气溶胶光学厚度产品,然后结合大气化学模式和订正的方法,计算出颗粒物的含量。
 
由于目前传统的卫星观测气溶胶是利用可见光波段,必须在晴空无云的条件下才可以获得产品。在雾霾遮天蔽日时,目前技术无法获得准确的气溶胶光学厚度,自然也无法得到颗粒物的浓度。
 
从国际科学家以及中国科研人员的研究结论来看,即便是晴空无云条件下从卫星探测的角度来获取颗粒物的浓度,精度误差也在正负100%范围间,平均误差在40%-50%。“这样的颗粒物探测精度显然无法满足对大气污染探测的要求。”张兴赢说。
 
紫外波段遥感有效监测雾霾
 
去年大范围雾霾发生后,为了突破上述难题,国家卫星气象中心开展了一项创新的工作,利用风云三号气象卫星的紫外波段仪器,开发出了一种可以不受云影响、全天候监测雾霾污染影响范围和严重程度的产品。
 
“紫外波段对云和水汽不敏感,但是对大气中的吸收性气溶胶非常敏感。”张兴赢说。
 
吸收性气溶胶,主要就是在紫外波段有强烈吸收信号的大气化学物质,通常是指沙尘气溶胶和碳质气溶胶。而碳质气溶胶正好是霾中很重要的化学组成成分。
 
张兴赢分析研究发现,中国区域的大气污染颗粒物中的化学组成主要包含三种成分:硫酸盐、硝酸盐和含碳的成分,雾霾颗粒物中含有较高的碳质成分,且含量大小与硫酸盐和硝酸盐成正比。
 
“一旦卫星能够捕捉到这些颗粒物中含碳成分的高低,也就间接可以捕捉到雾霾污染的严重程度。”张兴赢认为,利用紫外光遥感监测大气中碳质成分的变化,可以较为准确地监测雾霾的污染情况,对于霾的防治有很重要的意义。”
 
从去年一月起,国家卫星气象中心经过多次雾霾天气的卫星探测实验,比对分析紫外波段卫星产品与地面颗粒物的观测结果以及气象台站对雾霾的记录,发现卫星紫外产品确实可以比较客观和准确地捕捉到雾霾影响和覆盖的区域,并且可以定量地区分雾霾污染程度的大小。
 
一年多来,科学家们经过不断改进和提高,把紫外波段卫星产品从科研转到业务,“现在每天都利用中国气象卫星的紫外波段产品监测我们的雾霾污染情况。”张兴赢说。
 
未来多颗卫星太空组网三维探测大气污染
 
大气污染需要综合的探测和治理,雾霾探测只是其中的一部分。要想更好地治理中国的大气环境,还需要对污染气体和温室气体等多种大气化学成分开展综合探测。中国气象局正在考虑充分利用风云系列气象卫星遥感的监测优势,加强对霾以及大气其他主要化学成分的含量、影响区域以及区域之间的输送等开展监测和分析。
 
据悉,中国气象局国家卫星气象中心将在2016年发射风云三号气象卫星D星,这颗卫星上除了原有的紫外探测仪器等11个仪器,还将新增加温室气体探测仪器,实现对全球温室气体的探测。
 
此外,由科技部立项研制,中国气象局作为唯一用户的二氧化碳监测小卫星已于去年7月转入初样研制阶段,也将于2016年发射,不仅可以实现对全球热点区域大气二氧化碳的精确探测,同时卫星上的另外一个新型气溶胶探测仪器,将可实现对气溶胶更加精确的监测。
 
“未来三到五年,中国将有多颗卫星在太空组网开展对污染气体和温室气体等多种大气化学成分的综合三维探测。”张兴赢说,这些新的卫星应用技术不仅可以很大程度上帮助提升霾的预报、预警质量,对中国大气污染治理也将产生深远的影响。

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