2016 年 5 月 12 日世界卫生组织（WHO）发布了全球主要城市大气环境的 最新监测数据，数据显示全球一些城市（尤其是经济发展较快的中低收入国家和 地区）的大气污染正快速恶化，达到了“灾难”的水平。中国改革开放近 40 年， 经济飞速发展，但是在加速工业化和城市化的过程中却带来了严峻的环境污染问 题。近年来，雾霾、酸雨频发，大气环境恶化，严重危害人们的身体健康和安全。 图 1-1 为全球对流层大气二氧化氮(NO2)含量分布，中国的华北华东为全球 NO2 污染最为严重的地区之一。

 全球对流层 NO2 柱浓度(2014 年 3 月)

其中 NO2 是地球大气成分中一种重要的微量气体。在平流层，NO2 作为催化 剂能使臭氧(O3)分解，也能形成诸如硝酸氯等卤素。在对流层，NO2 和挥发性有 机化合物是臭氧形成的关键元素。NO2 和羟基（OH）反应会生成硝酸（HNO3），

导致酸化阳离子沉淀，形成酸雨，酸化土壤和水体，引起环境污染[1]。NO2 是生 成对流层臭氧及光化学产物的重要前体物，能形成硝酸性酸雾、酸雨和其他光化 学污染物[2,3]。

中国 NO2 排放区域主要集中在京津冀、长三角和珠三角等工农业发达、人口 数量众多的地区，这些区域的空气污染相当严重。尤其是地处华北平原的京津冀 及其周边地区的污染最为严重，冬季污染物峰值甚至覆盖京津冀到长三角之间的 全部区域。图 1-2 为 2013 年 9 月中国区域对流层 NO2 柱浓度分布图。

中国对流层 NO2 柱浓度

京津冀城市群作为全国乃至全球主要的重化工业基地，大气污染问题越来越 引起人们的关注。了解其分布特征以及进一步在时空尺度上分析污染物的变化趋 势，对于保护公众健康及大气污染综合治理具有重要意义。

对大气成分的探测有两种基本方法，即地基遥感探测和卫星遥感探测。这两 种观测手段各有其特点，基于地面监测站的探测方法能够获得可靠性较高的大气 组分分布数据，获得长期连续可靠的总量观测数据，而卫星遥感可以获得全球范 围的垂直和总量分布观测数据。随着探测技术的发展和研究工作的深入，往往需 要采用多种手段来对某一种大气成分进行探测研究。

传统的监测方法主要是基于地面监测站的近地面 NO2 浓度观测。该方法可 以 24 小时昼夜不间断工作，获取数据的时间间隔可以以小时，甚至分钟记，既 时间分辨率相当高。监测站可以直接测量污染物的浓度数据，实时联网发送至数 据库，而不需要后期复杂的计算，获取数据便捷。但是，环境监测站数量有限， 且一般集中分布于城市，覆盖面小，不能反映大范围的整体的环境状况。对于大 面积的宏观性环境监测问题，很难做到同步观测，所以得到的信息不全面，难以 对比，存在明显不足。论文网

 遥感辐射传输过程

与传统的基于地面监测站的大气环境 NO2 含量监测相比，卫星遥感具有覆 盖面积大、长时间序列在全球范围内测量 NO2 的垂直柱浓度分布的特点，如图 1-3 为遥感辐射传输过程原理。在这方面，卫星遥感有着其它监测手段无法比拟 的优点，尤其对于受地面苛刻的条件制约，不具备或者勉强具备监测 NO2 浓度 的广大远离城市地区有效[4,5]，所以卫星遥感越来越受到重视，成为空气质量监 测的工具[6]。随着国内外大气探测仪器发展，大气遥感领域在国内外已经得到了 广泛的研究。目前用于大气环境监测的传感器很多，国外主要有全球臭氧监测试 验仪（Global Ozone Monitoring Experiment，GOME）、大气制图扫描成像吸收光 谱仪(SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY， SCIAMACHY)、臭氧监测仪 (Ozone Monitoring Instrument，OMI)和第二代全球 臭氧监测试验仪（Global Ozone Monitoring Experiment-2，GOME-2）等，国内主 要有臭氧总量探测仪(Total Ozone Unit，TOU)[7]。表 1-1 显示国内外已经发射的