《地面二氧化氮浓度与氮氧化物排放遥感反演》
作者:秦凯,何秦,王轶
本文作者
吴立新,中南大学教授、博导,教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国际欧亚科学院院士、中国测绘学会会士。
打开“天眼”的钥匙
当前,我国正大力推进“减污降碳协同增效”与空气质量持续改善行动,对氮氧化物等关键大气污染物的精准监测和溯源提出了迫切需求。传统的大气污染地面监测虽然精准,但站点稀疏,难以实现全域覆盖;卫星看得广,却只能测大气柱浓度,无法直接给出管理部门所需的地面浓度与污染排放量。遥感交叉学科快速发展,有效促进了卫星遥感从传统的“看得到”向“定量反演”与“业务化应用”纵深发展。基于卫星遥感观测,通过电磁辐射传输建模、大气质量因子校正、多源数据融合等手段,有望将宏观、连续的天基信号转化为可定量、可验证的环境参数。
作为一本融合遥感技术、大气科学和环境监测的交叉学科学术专著,该书以问题为导向、以应用为目标,兼顾了科研深度与应用实操,落地性很强。该书既适合遥感、大气、环境领域的教师与科研人员研究参阅,也可为生态环境部门、大气污染监测机构的业务人员提供技术指南。
在结构层面,该书以紫外-可见光高光谱卫星数据为主线,系统讲解如何从卫星遥感所得大气成分柱浓度,一步步反演地面二氧化氮(NO₂)浓度、反推氮氧化物(NOₓ)排放量,进而把“天上的数据”变成“地上能用的信息”;从辐射传输模型、斜柱浓度反演,到对流层垂直柱浓度估算,再到地面浓度换算与排放通量推算,形成了一个相对完整的技术闭环。
在数据层面,该书从GOME、OMI到TROPOMI、GEMS,系统性梳理了全球主流NO₂监测卫星传感器的发展与性能,展示了遥感载荷在光谱分辨率、空间分辨率与时效性的代际跃升;从比尔-朗伯定律、DOAS算法,到化学传输模型、机器学习、资料同化,把经典物理方法与最新AI技术一并纳入,构建了“物理机理+数据驱动”的双轮驱动范式。更难得的是,书中融入了作者团队自主研发的轻量化排放反演方法与不确定性量化框架,不依赖复杂的化学传输模型,显著降低了业务化应用的门槛,让遥感技术真正从科研走向落地。
在应用层面,该书紧贴国家重大需求,将遥感创新成果直接服务于政策治理与公众健康。无论是区域空气质量管控、污染源溯源,还是环境健康风险评价、减排成效评估,书中的方法都能提供独立、客观、时空连续的数据支撑。尤其是针对我国东部城市群、工业集中区等高污染区域的案例制图与时空分析,直观展现了遥感技术在精准治污、科学治污中的强大能力。这不仅是遥感科学与技术的生动展示,也是遥感可为大气环境管理提供新范式、新工具的有力证明。
在大气环境治理越来越依赖“空天地一体化”监测的今天,该书不仅是理论方法与技术手册,更是一把打开“天眼”的钥匙——用遥感看清污染分布、算清排放总量,可为减污降碳、守护蓝天提供扎实的科技支撑,并推动我国大气环境监测从“站点时代”迈向“全域感知时代”,应用前景广阔。
本书介绍
《地面二氧化氮浓度与氮氧化物排放遥感反演》由中国矿业大学秦凯等编写,由测绘出版社出版,系《减污降碳大气环境遥感技术丛书》的分册。该丛书由国际大气环境遥感学会组织,中国科学院、中国矿业大学牵头,汇聚业内权威专家联合编写,已列入“十四五”国家重点出版物出版规划项目,并获2025年度国家出版基金资助,是响应国家积极应对气候变化战略、服务“双碳”目标与“美丽中国”建设的专业著作。本书系统地介绍了利用卫星遥感技术估算地面二氧化氮(NO₂)浓度与反演氮氧化物(NOₓ)排放的最新研究进展与关键技术。读者可全面掌握从卫星传感器机理、遥感数据产品解读到应用算法研发的全链条技术体系,学习运用化学传输模型、机器学习、资料同化等前沿方法,实现高时空分辨率的污染浓度制图与排放量精准估算。书中的核心算法与不确定性分析框架,可精准评估污染物时空分布与排放源强度,为区域空气质量管理、环境健康风险评价提供有力技术支撑。本书可供从事大气科学、环境遥感、地理信息科学、公共健康等领域的科研人员及政策制定者参考使用。
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