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追踪污染过程,高精度筛查网格,识别重点行业无组织排放

天眼遥测“盯紧”地面污染物

2020年06月22日作者:吕望舒来源:中国环境报第5版

  大气颗粒物遥感监测、“散乱污”企业排查、重点行业企业监管、识别秸秆着火点……这些都是生态环境部卫星环境应用中心大气环境遥感部(以下简称“卫星中心大气部”)运用遥感监测和数据应用研究,为打赢蓝天保卫战助力的方方面面。

  截至目前,卫星中心大气部累计向生态环境部相关司局和地方合作单位提交报告120多期,在区域大气污染防治、重污染应急监测等方面发挥着重要作用。

  污染物卫星遥感监测:大气污染防治的智囊团

  遥感即“遥远的感知”,是应用探测仪器不与探测目标相接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的科学及综合性探测技术。

  让卫星在大气治理中发挥最大作用,成为这些年来卫星中心大气部工作人员一直努力的目标。经过不懈探索,已经初步实现对全国秸秆焚烧火点、沙尘、颗粒物、气态污染物等大气环境指标的日常遥感监测以及数据分析应用。

  在大气污染物监测方面,卫星中心连续多年针对我国特别是重点区域大气颗粒物浓度进行遥感监测,使追踪污染过程、发现污染长时间变化规律等成为可能。

  卫星中心大气部高级工程师张丽娟介绍,地面空气质量监测站呈点状分布,卫星则可以“片”状扫描地面大气环境,科研人员利用大气遥感技术,结合地面站点数据和空气质量模式系统,可以做到点面结合、时空连续地对空气质量进行立体监测和分析。

  2013年以来,卫星中心针对我国及重点区域大气颗粒物浓度进行日常遥感观测。数据显示,近年来全国PM2.5浓度整体上呈逐年下降的趋势,从空间分布上看,2013年-2019年,全国PM2.5浓度空间分布格局变化不大,相对高值区仍然主要分布在四大典型城市群、成渝、长江中游城市群等地,高值区范围逐年缩小。

  目前,卫星中心建成了直收国外TERRA、AQUA、NOAA、S-NPP、HIMAWARI-8及国内风云三号等多颗常用卫星数据的接收系统,可以在卫星过境时接收其下传的遥感数据。

  随着卫星载荷研制技术的发展,大气颗粒物遥感监测将朝着极轨与静止卫星一体化、多传感器综合、主被动相结合的卫星监测技术体系发展,可以实现对大范围区域PM2.5的高时空分辨率(小时百米级)、多元化(粒径大小、重要组分)、立体化(垂直分布)遥感综合监测,在多种尺度上反映PM2.5的宏观分布趋势、源汇分布和传输路径等。

  卫星遥感高精度筛查:环境执法的助力器

  去年,生态环境部启动“千里眼”计划,通过卫星遥感等技术手段,找出京津冀及周边“2+26”城市、汾渭平原、长三角地区等重点区域PM2.5浓度较高的地方,进行重点监管。远在千里之外,监管部门便可以第一时间发现哪些地方有大气环境问题,从而提高监管效能。在“千里眼”计划中,卫星的作用非常关键。

  “利用卫星遥感资料,开展重污染区域分析,可以精细化提取并筛选出1km×1km的重点督查网格。同时,结合高分辨率卫星图像,识别疑似‘散乱污’企业。”卫星中心大气部工程师陈辉告诉记者。

  在这项工作中应用到的热点网格,也是卫星中心大气部的重点工作之一。

  “我们利用多光谱卫星数据实现大区域范围内多种大气污染物浓度的空间分布监测,在此基础上,构建大气环境污染高发指数,根据时间序列的区域大气环境污染高发指数分布结果,筛选出热点网格。然后,基于高分辨率卫星数据,剔除了工业企业用地面积占比较低的网格。最后,根据最新高清卫星遥感影像对重点关注网格内的中小型污染企业进行解译判别。”陈辉说。

  据了解,为配合生态环境部2018年-2019年蓝天保卫战重点区域强化督查第二阶段在汾渭平原的强化督查,大气部对汾渭平原的热点网格及疑似“散乱污”企业进行了筛选分析,从汾渭平原11座城市中共获取热点网格2032个,疑似“散乱污”企业554处,有力地支持了大气污染防治强化督查工作。

  2018年3月,京津冀及周边地区出现的一次重污染天气过程中,卫星中心大气部根据3月12日的卫星监测结果,选取污染较重的北京市、石家庄市等14个城市,每个城市选取污染物浓度较高的网格,结合高分辨率卫星影像进行筛选,共筛选出600个污染浓度异常的热点网格,提交给生态环境部环监局,为环境执法提供技术支撑。

  重点行业无组织排放遥感识别:企业监督的侦察兵

  为促进钢铁行业高质量发展,生态环境部去年4月发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(以下简称《意见》),对钢铁企业在存储、输送和生产过程的污染物排放(包括无组织排放和有组织排放)做出相关规定。卫星中心大气部根据《意见》要求,对全国钢铁行业进行了卫星遥感排查。

  “我们基于高分一号、高分二号卫星遥感,结合钢铁企业周边区域所需基础地理数据、钢铁企业内部设施图片及其他资料,围绕钢铁行业超低排放措施中钢铁企业物料储存、物料输送、焦炉实施炉体加罩封闭收集、清洁运输等内容,进行影像解译、监督分类。”卫星中心大气部正高级工程师毛慧琴一边说一边给记者展示了钢铁厂监管的图片。

  在某钢铁厂去年1月的卫星图上,可以清晰地看到物料堆放区并未密闭,而在去年12月的卫星图中,已经可以看到密闭的存放区。这样一来,不仅可以看到企业是否完成整改,还可以监督企业整改进度。

  “目前已经可以实现对钢铁企业物料区密闭存储设施遥感识别、物料输送密闭输送通道遥感识别、专用铁路建设进展遥感识别等。”毛慧琴说。

  “基于多源卫星数据可以获取各污染物浓度的时间变化趋势,但是为了更好地支撑污染物减排政策的制定及有效评估,还需要结合大气模型,实现浓度监测向排放的定量核算的转变。”毛慧琴补充道。

  “我们目前仅对钢铁这一重点行业进行遥感监测及分析。”谈及未来的工作方向时,毛慧琴告诉记者:“基于卫星遥感数据的分辨率以及卫星遥感反演技术的发展程度,并加强卫星资料在数值模式中的同化应用研究,未来不仅可以面向水泥、火电等重点行业应用,还可以应用于造成臭氧污染的石化等特征行业。”


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编辑:lianwei