“天空地”一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是綜合運用衛(wèi)星遙感監(jiān)測、航空遙感監(jiān)測和地面站點監(jiān)測等環(huán)境監(jiān)測手段，基于數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)協(xié)同和數(shù)據(jù)同化等關鍵技術，獲得更加準確數(shù)據(jù)支持的立體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測感知體系。“天空地”一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系能更為全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學依據(jù)。

衛(wèi)星遙感環(huán)境監(jiān)測

“天”指利用衛(wèi)星遙感技術對生態(tài)環(huán)境狀況及變化趨勢進行大尺度環(huán)境監(jiān)測。衛(wèi)星遙感環(huán)境監(jiān)測是以中巴資源衛(wèi)星、“環(huán)境一號”衛(wèi)星等人造衛(wèi)星為平臺，利用可見光、紅外、微波等探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，對大范圍宏觀環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)狀況實施的遙感監(jiān)測。2014年4月，環(huán)境保護部和中國科學院聯(lián)合攻關完成“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估項目”，科學調(diào)查和評估了我國生態(tài)環(huán)境10年變化的基本狀況、時空特征與問題原因，該項目是“天地一體化”技術在生態(tài)調(diào)查與評估領域的具體實踐。

航空遙感環(huán)境監(jiān)測

“空”指利用航空遙感技術對重點關注區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量進行中小尺度環(huán)境監(jiān)測。航空遙感環(huán)境監(jiān)測是利用各種飛機、飛艇、高空氣球等作為傳感器運載工具，搭載特定的傳感器對單體環(huán)境事件和地方層面、局部區(qū)域?qū)嵤┑倪b感監(jiān)測，比如發(fā)生重大水體污染或者環(huán)境災害事故時，在空中實施的遙感監(jiān)測。2010 年7 月，遼寧省大連新港輸油管線爆炸引發(fā)大火和原油入海，約50 千米2海域受到污染。環(huán)境保護部第一時間調(diào)配無人機趕赴現(xiàn)場，配合衛(wèi)星遙感監(jiān)測和現(xiàn)場采樣監(jiān)測開展了“天空地”同步監(jiān)測，這是環(huán)境保護部首次利用無人機開展重大環(huán)境事故的應急監(jiān)測。無人機在惡劣條件下多次成功完成低空飛行作業(yè)，提供了海面油污監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)反映溢油發(fā)生發(fā)展情況，為環(huán)境應急管理提供了重要技術支持。

地面環(huán)境監(jiān)測

“地”指利用實驗室手工監(jiān)測或在線自動監(jiān)測對既定區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量、水質(zhì)、企業(yè)排污狀況等特定的監(jiān)測項目進行精準監(jiān)測。按監(jiān)測介質(zhì)或?qū)ο螅孛姝h(huán)境監(jiān)測可分為水和污水監(jiān)測、空氣監(jiān)測、噪聲和振動監(jiān)測、固體廢物監(jiān)測、土壤監(jiān)測等。目前，我國已建成國家、省、市、縣四個層級2700余個環(huán)境監(jiān)測站，擁有一支近60000人的環(huán)境監(jiān)測隊伍，國家環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)已發(fā)展成為覆蓋全國各省區(qū)，涵蓋空氣、水、生態(tài)、土壤、近岸海域、噪聲、污染源等多領域、多要素的綜合性監(jiān)測網(wǎng)絡，為環(huán)境管理提供技術支撐。

以大氣質(zhì)量“天空地”一體化監(jiān)測模式為例：在“天”上利用衛(wèi)星對大氣質(zhì)量(二氧化硫、氮氧化物、大氣透明度等指標)進行宏觀監(jiān)測，掌握大范圍區(qū)域內(nèi)大氣污染的空間分布狀況。在“空”中針對重點大氣污染區(qū)域利用無人機進行精細化監(jiān)測，比如，機載紅外光譜探測系統(tǒng)對VOC(易揮發(fā)有機物質(zhì))的監(jiān)測，以機載差分吸收探測系統(tǒng)對主要污染成分的柱濃度進行監(jiān)測以獲得其空間分布和輸送轉(zhuǎn)移路徑等。在“地”面上主要利用車載差分吸收被動探測系統(tǒng)對特定的大氣污染成分進行全方位的走航式探測。比如，對大氣中二氧化硫、氮氧化物等多種污染成分同時進行流動監(jiān)測，掌握區(qū)域內(nèi)主要大氣污染物的時空分布情況。未來還可采用紫外和紅外雙波段可調(diào)諧激光雷達，對重點區(qū)域的VOC 無組織排放進行全覆蓋監(jiān)測，采用臭氧和散射雷達分別對臭氧和顆粒物進行流動監(jiān)測等。同時，結合現(xiàn)有的大氣自動監(jiān)測站點對PM10、PM2.5、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、臭氧等進行全天時固定監(jiān)測。這樣的綜合監(jiān)測體系對大氣污染防治將發(fā)揮重要的技術支持作用。

歐美發(fā)達國家在使用“天空地”一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方面取得了顯著進展，在大氣環(huán)境監(jiān)測應用方面已經(jīng)基本達到業(yè)務化應用程度，在水環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)監(jiān)測應用方面正在進行科學研究和應用示范。目前，我國在“天空地”一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)建設上仍處于起步階段，還存在建設費用高、數(shù)據(jù)融合標準不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享機制亟待建立等問題。“天空地”一體化建設是一個需要各部門共同推動的工程，只有協(xié)調(diào)好衛(wèi)星遙感、地面站點以及航空獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，才可能使其在一個平臺上實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)共享，真正構建起地面、衛(wèi)星和航空監(jiān)測三位一體的立體化監(jiān)測系統(tǒng)。

國務院辦公廳2015年8月12日印發(fā)《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設方案》，提出到2020年，初步建成陸海統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設要求相適應，為當前和今后一個時期尤其是“十三五”期間生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作提供了行動指南和路線圖。“天空地”一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作提供強大的技術支撐，成為環(huán)境監(jiān)測未來發(fā)展的新方向。