時近秋冬。這幾日,京城又開始鎖“霾”。

對于中國人而言，霧霾是“夢魘”。中國衛(wèi)生計生委稱，2013年年初的霧霾危機，輻射范圍達140萬平方公里，影響6億多人。

如何探測霧霾以尋找應(yīng)對之策，不僅為老百姓關(guān)切，也是中國科學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)，正成為中國治理大氣污染的新興手段。

傳統(tǒng)衛(wèi)星觀測氣溶膠受限多

對于大氣污染監(jiān)測，目前國內(nèi)主要是基于地面站點的觀測儀器獲取大氣污染物的濃度，但是站點的觀測結(jié)果只能代表站點所在區(qū)域一定范圍內(nèi)的大氣污染情況，且觀測站點的數(shù)量在空間覆蓋上有限，如何更加客觀和準確地來評價大氣污染狀況成為科學家們關(guān)注的熱點問題。

國家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星氣象研究所副所長張興贏研究員，是國內(nèi)較早開展衛(wèi)星大氣成分遙感監(jiān)測應(yīng)用研究的學者。他所帶領(lǐng)的衛(wèi)星大氣成分遙感應(yīng)用研究團隊在衛(wèi)星大氣成分遙感應(yīng)用研究領(lǐng)域開展了深入探索，已初步建成中國自主衛(wèi)星大氣成分地面數(shù)據(jù)反演處理體系，正推動國內(nèi)自主衛(wèi)星大氣成分遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)體系蓬勃發(fā)展。

衛(wèi)星能不能直接探測到顆粒物?張興贏說，全球關(guān)于這方面的研究還很有限，目前都是基于衛(wèi)星可見光獲得的氣溶膠光學厚度產(chǎn)品，然后結(jié)合大氣化學模式和訂正的方法，計算出顆粒物的含量。

由于目前傳統(tǒng)的衛(wèi)星觀測氣溶膠是利用可見光波段，必須在晴空無云的條件下才可以獲得產(chǎn)品。在霧霾遮天蔽日時，目前技術(shù)無法獲得準確的氣溶膠光學厚度，自然也無法得到顆粒物的濃度。

從國際科學家以及中國科研人員的研究結(jié)論來看，即便是晴空無云條件下從衛(wèi)星探測的角度來獲取顆粒物的濃度，精度誤差也在正負100%范圍間，平均誤差在40%-50%。“這樣的顆粒物探測精度顯然無法滿足對大氣污染探測的要求。”張興贏說。

紫外波段遙感有效監(jiān)測霧霾

去年大范圍霧霾發(fā)生后，為了突破上述難題，國家衛(wèi)星氣象中心開展了一項創(chuàng)新的工作，利用風云三號氣象衛(wèi)星的紫外波段儀器，開發(fā)出了一種可以不受云影響、全天候監(jiān)測霧霾污染影響范圍和嚴重程度的產(chǎn)品。

“紫外波段對云和水汽不敏感,但是對大氣中的吸收性氣溶膠非常敏感。”張興贏說。

吸收性氣溶膠，主要就是在紫外波段有強烈吸收信號的大氣化學物質(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組成成分。

張興贏分析研究發(fā)現(xiàn)，中國區(qū)域的大氣污染顆粒物中的化學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重程度。”張興贏認為，利用紫外光遙感監(jiān)測大氣中碳質(zhì)成分的變化，可以較為準確地監(jiān)測霧霾的污染情況，對于霾的防治有很重要的意義。”

從去年一月起,國家衛(wèi)星氣象中心經(jīng)過多次霧霾天氣的衛(wèi)星探測實驗，比對分析紫外波段衛(wèi)星產(chǎn)品與地面顆粒物的觀測結(jié)果以及氣象臺站對霧霾的記錄，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星紫外產(chǎn)品確實可以比較客觀和準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，科學家們經(jīng)過不斷改進和提高，把紫外波段衛(wèi)星產(chǎn)品從科研轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)，“現(xiàn)在每天都利用中國氣象衛(wèi)星的紫外波段產(chǎn)品監(jiān)測我們的霧霾污染情況。”張興贏說。

未來多顆衛(wèi)星太空組網(wǎng) 三維探測大氣污染

大氣污染需要綜合的探測和治理，霧霾探測只是其中的一部分。要想更好地治理中國的大氣環(huán)境，還需要對污染氣體和溫室氣體等多種大氣化學成分開展綜合探測。中國氣象局正在考慮充分利用風云系列氣象衛(wèi)星遙感的監(jiān)測優(yōu)勢，加強對霾以及大氣其他主要化學成分的含量、影響區(qū)域以及區(qū)域之間的輸送等開展監(jiān)測和分析。

據(jù)悉，中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心將在2016年發(fā)射風云三號氣象衛(wèi)星D星，這顆衛(wèi)星上除了原有的紫外探測儀器等11個儀器，還將新增加溫室氣體探測儀器，實現(xiàn)對全球溫室氣體的探測。

此外，由科技部立項研制，中國氣象局作為唯一用戶的二氧化碳監(jiān)測小衛(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，不僅可以實現(xiàn)對全球熱點區(qū)域大氣二氧化碳的精確探測，同時衛(wèi)星上的另外一個新型氣溶膠探測儀器，將可實現(xiàn)對氣溶膠更加精確的監(jiān)測。

“未來三到五年，中國將有多顆衛(wèi)星在太空組網(wǎng)開展對污染氣體和溫室氣體等多種大氣化學成分的綜合三維探測。”張興贏說，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報、預警質(zhì)量，對中國大氣污染治理也將產(chǎn)生深遠的影響

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