2014-09-26 14:00:34
時(shí)近秋冬。這幾日,京城又開(kāi)始鎖“霾”。
對(duì)于中國(guó)人而言，霧霾是“夢(mèng)魘”。中國(guó)衛(wèi)生計(jì)生委稱(chēng)，2013年年初的霧霾危機(jī)，輻射范圍達(dá)140萬(wàn)平方公里，影響6億多人。
如何探測(cè)霧霾以尋找應(yīng)對(duì)之策，不僅為老百姓關(guān)切，也是中國(guó)科學(xué)家們致力攻克的技術(shù)難題。大尺度衛(wèi)星遙感大氣污染技術(shù)，正成為中國(guó)治理大氣污染的新興手段。
傳統(tǒng)衛(wèi)星觀測(cè)氣溶膠受限多
對(duì)于大氣污染監(jiān)測(cè)，目前國(guó)內(nèi)主要是基于地面站點(diǎn)的觀測(cè)儀器獲取大氣污染物的濃度，但是站點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果只能代表站點(diǎn)所在區(qū)域一定范圍內(nèi)的大氣污染情況，且觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)量在空間覆蓋上有限，如何更加客觀和準(zhǔn)確地來(lái)評(píng)價(jià)大氣污染狀況成為科學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
國(guó)家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星氣象研究所副所長(zhǎng)張興贏研究員，是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展衛(wèi)星大氣成分遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究的學(xué)者。他所帶領(lǐng)的衛(wèi)星大氣成分遙感應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)在衛(wèi)星大氣成分遙感應(yīng)用研究領(lǐng)域開(kāi)展了深入探索，已初步建成中國(guó)自主衛(wèi)星大氣成分地面數(shù)據(jù)反演處理體系，正推動(dòng)國(guó)內(nèi)自主衛(wèi)星大氣成分遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)體系蓬勃發(fā)展。
衛(wèi)星能不能直接探測(cè)到顆粒物？張興贏說(shuō)，全球關(guān)于這方面的研究還很有限，目前都是基于衛(wèi)星可見(jiàn)光獲得的氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品，然后結(jié)合大氣化學(xué)模式和訂正的方法，計(jì)算出顆粒物的含量。
由于目前傳統(tǒng)的衛(wèi)星觀測(cè)氣溶膠是利用可見(jiàn)光波段，必須在晴空無(wú)云的條件下才可以獲得產(chǎn)品。在霧霾遮天蔽日時(shí)，目前技術(shù)無(wú)法獲得準(zhǔn)確的氣溶膠光學(xué)厚度，自然也無(wú)法得到顆粒物的濃度。
從國(guó)際科學(xué)家以及中國(guó)科研人員的研究結(jié)論來(lái)看，即便是晴空無(wú)云條件下從衛(wèi)星探測(cè)的角度來(lái)獲取顆粒物的濃度，精度誤差也在正負(fù)100%范圍間，平均誤差在40%-50%。“這樣的顆粒物探測(cè)精度顯然無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)大氣污染探測(cè)的要求。”張興贏說(shuō)。
紫外波段遙感有效監(jiān)測(cè)霧霾
去年大范圍霧霾發(fā)生后，為了突破上述難題，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心開(kāi)展了一項(xiàng)創(chuàng)新的工作，利用風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的紫外波段儀器，開(kāi)發(fā)出了一種可以不受云影響、全天候監(jiān)測(cè)霧霾污染影響范圍和嚴(yán)重程度的產(chǎn)品。
“紫外波段對(duì)云和水汽不敏感,但是對(duì)大氣中的吸收性氣溶膠非常敏感。”張興贏說(shuō)。
吸收性氣溶膠，主要就是在紫外波段有強(qiáng)烈吸收信號(hào)的大氣化學(xué)物質(zhì)，通常是指沙塵氣溶膠和碳質(zhì)氣溶膠。而碳質(zhì)氣溶膠正好是霾中很重要的化學(xué)組成成分。
張興贏分析研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)區(qū)域的大氣污染顆粒物中的化學(xué)組成主要包含三種成分：硫酸鹽、硝酸鹽和含碳的成分，霧霾顆粒物中含有較高的碳質(zhì)成分，且含量大小與硫酸鹽和硝酸鹽成正比。
“一旦衛(wèi)星能夠捕捉到這些顆粒物中含碳成分的高低，也就間接可以捕捉到霧霾污染的嚴(yán)重程度。”張興贏認(rèn)為，利用紫外光遙感監(jiān)測(cè)大氣中碳質(zhì)成分的變化，可以較為準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)霧霾的污染情況，對(duì)于霾的防治有很重要的意義。”
從去年一月起,國(guó)家衛(wèi)星氣象中心經(jīng)過(guò)多次霧霾天氣的衛(wèi)星探測(cè)實(shí)驗(yàn)，比對(duì)分析紫外波段衛(wèi)星產(chǎn)品與地面顆粒物的觀測(cè)結(jié)果以及氣象臺(tái)站對(duì)霧霾的記錄，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星紫外產(chǎn)品確實(shí)可以比較客觀和準(zhǔn)確地捕捉到霧霾影響和覆蓋的區(qū)域，并且可以定量地區(qū)分霧霾污染程度的大小。
一年多來(lái)，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和提高，把紫外波段衛(wèi)星產(chǎn)品從科研轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)，“現(xiàn)在每天都利用中國(guó)氣象衛(wèi)星的紫外波段產(chǎn)品監(jiān)測(cè)我們的霧霾污染情況。”張興贏說(shuō)。
未來(lái)多顆衛(wèi)星太空組網(wǎng) 三維探測(cè)大氣污染
大氣污染需要綜合的探測(cè)和治理，霧霾探測(cè)只是其中的一部分。要想更好地治理中國(guó)的大氣環(huán)境，還需要對(duì)污染氣體和溫室氣體等多種大氣化學(xué)成分開(kāi)展綜合探測(cè)。中國(guó)氣象局正在考慮充分利用風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星遙感的監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)霾以及大氣其他主要化學(xué)成分的含量、影響區(qū)域以及區(qū)域之間的輸送等開(kāi)展監(jiān)測(cè)和分析。
據(jù)悉，中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心將在2016年發(fā)射風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星D星，這顆衛(wèi)星上除了原有的紫外探測(cè)儀器等11個(gè)儀器，還將新增加溫室氣體探測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球溫室氣體的探測(cè)。
此外，由科技部立項(xiàng)研制，中國(guó)氣象局作為唯一用戶(hù)的二氧化碳監(jiān)測(cè)小衛(wèi)星已于去年7月轉(zhuǎn)入初樣研制階段，也將于2016年發(fā)射，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球熱點(diǎn)區(qū)域大氣二氧化碳的精確探測(cè)，同時(shí)衛(wèi)星上的另外一個(gè)新型氣溶膠探測(cè)儀器，將可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠更加精確的監(jiān)測(cè)。
“未來(lái)三到五年，中國(guó)將有多顆衛(wèi)星在太空組網(wǎng)開(kāi)展對(duì)污染氣體和溫室氣體等多種大氣化學(xué)成分的綜合三維探測(cè)。”張興贏說(shuō)，這些新的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)不僅可以很大程度上幫助提升霾的預(yù)報(bào)、預(yù)警質(zhì)量，對(duì)中國(guó)大氣污染治理也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
