“天空地”一體化生態環境監測是綜合運用衛星遙感監測、航空遙感監測和地面站點監測等環境監測手段，基于數據挖掘、數據融合、數據協同和數據同化等關鍵技術，獲得更加準確數據支持的立體生態環境監測感知體系。“天空地”一體化生態環境監測體系能更為全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境管理、污染源控制、環境規劃等提供科學依據。 
  衛星遙感環境監測 
  “天”指利用衛星遙感技術對生態環境狀況及變化趨勢進行大尺度環境監測。衛星遙感環境監測是以中巴資源衛星、“環境一號”衛星等人造衛星為平臺，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，對大范圍宏觀環境質量和生態狀況實施的遙感監測。2014年4月，環境保護部和中國科學院聯合攻關完成“全國生態環境十年變化(2000—2010年)遙感調查與評估項目”，科學調查和評估了我國生態環境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”技術在生態調查與評估領域的具體實踐。 
  航空遙感環境監測 
  “空”指利用航空遙感技術對重點關注區域的環境質量進行中小尺度環境監測。航空遙感環境監測是利用各種飛機、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境事件和地方層面、局部區域實施的遙感監測，比如發生重大水體污染或者環境災害事故時，在空中實施的遙感監測。2010 年7 月，遼寧省大連新港輸油管線爆炸引發大火和原油入海，約50 千米2海域受到污染。環境保護部第一時間調配無人機趕赴現場，配合衛星遙感監測和現場采樣監測開展了“天空地”同步監測，這是環境保護部首次利用無人機開展重大環境事故的應急監測。無人機在惡劣條件下多次成功完成低空飛行作業，提供了海面油污監測數據，動態反映溢油發生發展情況，為環境應急管理提供了重要技術支持。 
  地面環境監測
  “地”指利用實驗室手工監測或在線自動監測對既定區域內空氣質量、水質、企業排污狀況等特定的監測項目進行精準監測。按監測介質或對象，地面環境監測可分為水和污水監測、空氣監測、噪聲和振動監測、固體廢物監測、土壤監測等。目前，我國已建成國家、省、市、縣四個層級2700余個環境監測站，擁有一支近60000人的環境監測隊伍，國家環境監測網已發展成為覆蓋全國各省區，涵蓋空氣、水、生態、土壤、近岸海域、噪聲、污染源等多領域、多要素的綜合性監測網絡，為環境管理提供技術支撐。
  以大氣質量“天空地”一體化監測模式為例：在“天”上利用衛星對大氣質量(二氧化硫、氮氧化物、大氣透明度等指標)進行宏觀監測，掌握大范圍區域內大氣污染的空間分布狀況。在“空”中針對重點大氣污染區域利用無人機進行精細化監測，比如，機載紅外光譜探測系統對VOC(易揮發有機物質)的監測，以機載差分吸收探測系統對主要污染成分的柱濃度進行監測以獲得其空間分布和輸送轉移路徑等。在“地”面上主要利用車載差分吸收被動探測系統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測，掌握區域內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諧激光雷達，對重點區域的VOC 無組織排放進行全覆蓋監測，采用臭氧和散射雷達分別對臭氧和顆粒物進行流動監測等。同時，結合現有的大氣自動監測站點對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測。這樣的綜合監測體系對大氣污染防治將發揮重要的技術支持作用。
  歐美發達國家在使用“天空地”一體化生態環境監測系統方面取得了顯著進展，在大氣環境監測應用方面已經基本達到業務化應用程度，在水環境監測和生態監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”一體化生態環境監測系統建設上仍處于起步階段，還存在建設費用高、數據融合標準不統一、數據共享機制亟待建立等問題�！疤炜盏亍币惑w化建設是一個需要各部門共同推動的工程，只有協調好衛星遙感、地面站點以及航空獲取的監測數據，才可能使其在一個平臺上實現數據融合、數據共享，真正構建起地面、衛星和航空監測三位一體的立體化監測系統。
  國務院辦公廳2015年8月12日印發《生態環境監測網絡建設方案》，提出到2020年，初步建成陸海統籌、天地一體、上下協同、信息共享的生態環境監測網絡，使生態環境監測能力與生態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”期間生態環境監測工作提供了行動指南和路線圖�！疤炜盏亍币惑w化生態環境監測系統將為生態環境監測工作提供強大的技術支撐，成為環境監測未來發展的新方向。