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海洋溢油光學(xué)遙感原理與應(yīng)用實(shí)踐 版權(quán)信息
- ISBN：9787030677136
- 條形碼：9787030677136 ; 978-7-03-067713-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
海洋溢油光學(xué)遙感原理與應(yīng)用實(shí)踐 內(nèi)容簡介
溢油是海洋環(huán)境監(jiān)測的重要對象。遙感技術(shù)因其大范圍同步觀測、時(shí)效性、綜合性與可比性等特點(diǎn)，是海洋溢油監(jiān)測的重要技術(shù)支撐；光學(xué)遙感技術(shù)對海洋溢油具備識別分類、定量估算與動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢。本書系統(tǒng)介紹了海洋溢油光學(xué)遙感原理與方法、多源光學(xué)遙感資料的海洋溢油監(jiān)測應(yīng)用案例及中國首顆海洋水色業(yè)務(wù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對海面溢油的監(jiān)測效能。 本書可為開展海洋環(huán)境監(jiān)測與應(yīng)用研究的業(yè)務(wù)部門、科研機(jī)構(gòu)、涉海大專院校師生等提供參考。
海洋溢油光學(xué)遙感原理與應(yīng)用實(shí)踐 目錄
目錄
序
前言
第1章 海洋石油的來源與特征 1
1.1 海洋石油的來源 1
1.2 溢油的風(fēng)化過程 4
1.3 溢油的目視特征 4
1.3.1 海洋溢油的常見目視特征 4
1.3.2 海面溢油量的目視估算 7
參考文獻(xiàn) 8
第2章 海洋溢油多源遙感研究進(jìn)展 12
2.1 海洋溢油的微波雷達(dá)遙感應(yīng)用 12
2.2 海洋溢油的光學(xué)遙感研究進(jìn)展 14
2.2.1 海洋溢油光譜響應(yīng)特征與機(jī)理 14
2.2.2 溢油海面耀光反射差異與計(jì)算 15
2.2.3 不同海面溢油的光學(xué)定量遙感 16
2.3 海洋溢油的熱紅外遙感響應(yīng)特征 18
2.3.1 海洋溢油的衛(wèi)星熱紅外影像特征 18
2.3.2 不同溢油類型的熱紅外實(shí)驗(yàn)觀測 19
2.4 海洋溢油的激光熒光遙感 22
2.4.1 海洋溢油的激光信號特征與觀測 23
2.4.2 溢油的激光誘導(dǎo)熒光特征與應(yīng)用 26
2.5 海洋溢油的紫外遙感探索 28
2.5.1 不同溢油類型的紫外反射差異 28
2.5.2 海洋溢油的機(jī)載紫外圖像特征 29
2.5.3 海洋溢油的衛(wèi)星紫外圖像特征 30
參考文獻(xiàn) 31
第3章 海洋溢油的光學(xué)輻射傳輸過程 35
3.1 海洋溢油的光學(xué)遙感目標(biāo)類型 35
3.2 溢油海面的光輻射傳輸 39
3.3 光學(xué)遙感的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢 41
參考文獻(xiàn) 43
第4章 油膜的光譜特征與響應(yīng)機(jī)理 45
4.1 海面油膜的光學(xué)遙感監(jiān)測重點(diǎn) 45
4.2 油膜反射光譜實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析 48
4.2.1 甚薄油膜光譜反射比 48
4.2.2 不同厚度油膜光譜反射率 48
4.3 不同厚度油膜的光學(xué)作用過程 53
4.3.1 不同厚度油膜對入射光的光干涉作用 53
4.3.2 基于雙光束干涉原理的油膜反射光學(xué)模型 55
4.4 油膜厚度的光學(xué)遙感估算建模 56
4.4.1 基于統(tǒng)計(jì)關(guān)系的油膜厚度估算 56
4.4.2 基于雙光束干涉原理的理論建模 57
4.4.3 基于比爾-朗伯定律的油膜厚度估算 62
參考文獻(xiàn) 62
第5章 溢油乳化物的光譜響應(yīng)機(jī)理與特征 64
5.1 海洋溢油乳化物的類型與差異 64
5.2 溢油乳化物的高光譜觀測實(shí)驗(yàn) 66
5.2.1 設(shè)備與材料 66
5.2.2 溢油乳化物實(shí)驗(yàn)室制備 68
5.2.3 光譜反射率測量 71
5.3 溢油乳化物固有光學(xué)特性測量與分析 73
5.3.1 測量原理 73
5.3.2 溢油乳化物吸收系數(shù)測量 74
5.3.3 溢油乳化物光吸收特征分析 75
5.4 溢油乳化物的光譜響應(yīng)特征分析 77
5.4.1 烴物質(zhì)的特征光譜 77
5.4.2 油包水狀乳化物 77
5.4.3 水包油狀乳化物 81
5.5 不同類型溢油乳化物的高光譜觀測驗(yàn)證 83
5.6 不同溢油乳化物濃度的光學(xué)統(tǒng)計(jì)建模 85
5.6.1 油包水狀乳化物濃度定量估算 85
5.6.2 水包油狀乳化物濃度定量估算 88
參考文獻(xiàn) 90
第6章 溢油海面耀光反射的計(jì)算與利用 93
6.1 溢油海面耀光反射原理與特征 93
6.1.1 烴滲漏油膜耀光反射強(qiáng)度的對比反轉(zhuǎn)現(xiàn)象 93
6.1.2 臨界角概念 94
6.2 溢油海面耀光反射率的計(jì)算 95
6.2.1 基于Cox-Munk模型的溢油海面耀光反射率計(jì)算 95
6.2.2 基于臨界角約束的烴滲漏油膜表面粗糙度反演 101
6.3 不同溢油類型的耀光反射差異 105
6.3.1 耀光反射與溢油可探測性 105
6.3.2 不同類型溢油的耀光光譜 108
6.4 耀光反射的偏振遙感應(yīng)用 110
6.4.1 溢油海面耀光反射的偏振遙感原理 110
6.4.2 溢油海面耀光反射偏振度模擬與驗(yàn)證 114
6.4.3 基于耀光偏振反射的溢油海面等效折射率反演 123
參考文獻(xiàn) 131
第7章 海面溢油的多源光學(xué)遙感特征解析 133
7.1 海面溢油的光譜特征響應(yīng)與模擬 133
7.1.1 基于實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)的衛(wèi)星多光譜模擬 133
7.1.2 典型多光譜衛(wèi)星影像光譜特征 134
7.2 海面溢油的形態(tài)特征與可探測性 144
7.2.1 不同厚度溢油圖像條帶的形態(tài)特征 146
7.2.2 溢油探測的空間分辨率需求 150
7.3 海洋溢油的光譜混合與統(tǒng)計(jì)分析 151
7.3.1 海洋溢油的高異質(zhì)性混合特征 151
7.3.2 海洋溢油的三維混合現(xiàn)象 153
7.3.3 不同空間分辨率影像光譜間的線性混合效應(yīng) 155
參考文獻(xiàn) 157
第8章 海洋溢油的光學(xué)遙感研究案例 159
8.1 海面溢油的機(jī)載AVIRIS高光譜遙感識別估算 159
8.1.1 基于診斷性光譜特征的海洋溢油識別 159
8.1.2 海面溢油乳化物的高光譜遙感估算 164
8.2 基于MODIS數(shù)據(jù)的海面溢油量光學(xué)遙感估算 167
8.3 中國東！吧＜陛喴缬偷亩嘣催b感集成監(jiān)測 170
8.3.1 夜間數(shù)據(jù)追蹤“桑吉”輪漂浮軌跡 170
8.3.2 “桑吉”輪溢油污染的多源遙感監(jiān)測 172
8.4 美國墨西哥灣MC-20溢油的遙感監(jiān)測 176
8.5 美國墨西哥灣Ixtoc-Ⅰ溢油的遙感監(jiān)測 185
8.5.1 Ixtoc溢油范圍的遙感探測 186
8.5.2 Ixtoc溢油的漂移軌跡分析 186
8.5.3 結(jié)果驗(yàn)證 190
參考文獻(xiàn) 190
第9章 中國海洋一號C衛(wèi)星的溢油光學(xué)遙感應(yīng)用 194
9.1 中國海洋一號C衛(wèi)星簡介 194
9.1.1 衛(wèi)星主要載荷 194
9.1.2 主要數(shù)據(jù)產(chǎn)品 196
9.2 中國海洋一號C衛(wèi)星的溢油探測能力分析 196
9.2.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)獲取 196
9.2.2 耀光反射差異的影響 198
9.2.3 光譜響應(yīng)特征差異 200
9.2.4 COCTS與CZI對溢油識別能力的評估 201
9.3 基于耀光反射的溢油識別方法 202
9.3.1 CZI溢油圖像特征及干擾因素 203
9.3.2 基于耀光反射差異的疑似溢油提取方法 207
9.3.3 誤判信息的剔除策略 209
9.3.4 典型溢油的算法應(yīng)用與評價(jià) 212
9.4 AIS輔助的疑似溢油船只追蹤 212
參考文獻(xiàn) 216
第10章 海洋溢油光學(xué)遙感研究趨勢與挑戰(zhàn) 218
10.1 溢油海面耀光反射的精確計(jì)算 218
10.2 溢油量光學(xué)估算與真實(shí)性檢驗(yàn) 219
10.3 多源遙感集成應(yīng)用與算法發(fā)展 220
附錄 HY-1C星的溢油遙感影像圖 222
序
前言
第1章 海洋石油的來源與特征 1
1.1 海洋石油的來源 1
1.2 溢油的風(fēng)化過程 4
1.3 溢油的目視特征 4
1.3.1 海洋溢油的常見目視特征 4
1.3.2 海面溢油量的目視估算 7
參考文獻(xiàn) 8
第2章 海洋溢油多源遙感研究進(jìn)展 12
2.1 海洋溢油的微波雷達(dá)遙感應(yīng)用 12
2.2 海洋溢油的光學(xué)遙感研究進(jìn)展 14
2.2.1 海洋溢油光譜響應(yīng)特征與機(jī)理 14
2.2.2 溢油海面耀光反射差異與計(jì)算 15
2.2.3 不同海面溢油的光學(xué)定量遙感 16
2.3 海洋溢油的熱紅外遙感響應(yīng)特征 18
2.3.1 海洋溢油的衛(wèi)星熱紅外影像特征 18
2.3.2 不同溢油類型的熱紅外實(shí)驗(yàn)觀測 19
2.4 海洋溢油的激光熒光遙感 22
2.4.1 海洋溢油的激光信號特征與觀測 23
2.4.2 溢油的激光誘導(dǎo)熒光特征與應(yīng)用 26
2.5 海洋溢油的紫外遙感探索 28
2.5.1 不同溢油類型的紫外反射差異 28
2.5.2 海洋溢油的機(jī)載紫外圖像特征 29
2.5.3 海洋溢油的衛(wèi)星紫外圖像特征 30
參考文獻(xiàn) 31
第3章 海洋溢油的光學(xué)輻射傳輸過程 35
3.1 海洋溢油的光學(xué)遙感目標(biāo)類型 35
3.2 溢油海面的光輻射傳輸 39
3.3 光學(xué)遙感的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢 41
參考文獻(xiàn) 43
第4章 油膜的光譜特征與響應(yīng)機(jī)理 45
4.1 海面油膜的光學(xué)遙感監(jiān)測重點(diǎn) 45
4.2 油膜反射光譜實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析 48
4.2.1 甚薄油膜光譜反射比 48
4.2.2 不同厚度油膜光譜反射率 48
4.3 不同厚度油膜的光學(xué)作用過程 53
4.3.1 不同厚度油膜對入射光的光干涉作用 53
4.3.2 基于雙光束干涉原理的油膜反射光學(xué)模型 55
4.4 油膜厚度的光學(xué)遙感估算建模 56
4.4.1 基于統(tǒng)計(jì)關(guān)系的油膜厚度估算 56
4.4.2 基于雙光束干涉原理的理論建模 57
4.4.3 基于比爾-朗伯定律的油膜厚度估算 62
參考文獻(xiàn) 62
第5章 溢油乳化物的光譜響應(yīng)機(jī)理與特征 64
5.1 海洋溢油乳化物的類型與差異 64
5.2 溢油乳化物的高光譜觀測實(shí)驗(yàn) 66
5.2.1 設(shè)備與材料 66
5.2.2 溢油乳化物實(shí)驗(yàn)室制備 68
5.2.3 光譜反射率測量 71
5.3 溢油乳化物固有光學(xué)特性測量與分析 73
5.3.1 測量原理 73
5.3.2 溢油乳化物吸收系數(shù)測量 74
5.3.3 溢油乳化物光吸收特征分析 75
5.4 溢油乳化物的光譜響應(yīng)特征分析 77
5.4.1 烴物質(zhì)的特征光譜 77
5.4.2 油包水狀乳化物 77
5.4.3 水包油狀乳化物 81
5.5 不同類型溢油乳化物的高光譜觀測驗(yàn)證 83
5.6 不同溢油乳化物濃度的光學(xué)統(tǒng)計(jì)建模 85
5.6.1 油包水狀乳化物濃度定量估算 85
5.6.2 水包油狀乳化物濃度定量估算 88
參考文獻(xiàn) 90
第6章 溢油海面耀光反射的計(jì)算與利用 93
6.1 溢油海面耀光反射原理與特征 93
6.1.1 烴滲漏油膜耀光反射強(qiáng)度的對比反轉(zhuǎn)現(xiàn)象 93
6.1.2 臨界角概念 94
6.2 溢油海面耀光反射率的計(jì)算 95
6.2.1 基于Cox-Munk模型的溢油海面耀光反射率計(jì)算 95
6.2.2 基于臨界角約束的烴滲漏油膜表面粗糙度反演 101
6.3 不同溢油類型的耀光反射差異 105
6.3.1 耀光反射與溢油可探測性 105
6.3.2 不同類型溢油的耀光光譜 108
6.4 耀光反射的偏振遙感應(yīng)用 110
6.4.1 溢油海面耀光反射的偏振遙感原理 110
6.4.2 溢油海面耀光反射偏振度模擬與驗(yàn)證 114
6.4.3 基于耀光偏振反射的溢油海面等效折射率反演 123
參考文獻(xiàn) 131
第7章 海面溢油的多源光學(xué)遙感特征解析 133
7.1 海面溢油的光譜特征響應(yīng)與模擬 133
7.1.1 基于實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)的衛(wèi)星多光譜模擬 133
7.1.2 典型多光譜衛(wèi)星影像光譜特征 134
7.2 海面溢油的形態(tài)特征與可探測性 144
7.2.1 不同厚度溢油圖像條帶的形態(tài)特征 146
7.2.2 溢油探測的空間分辨率需求 150
7.3 海洋溢油的光譜混合與統(tǒng)計(jì)分析 151
7.3.1 海洋溢油的高異質(zhì)性混合特征 151
7.3.2 海洋溢油的三維混合現(xiàn)象 153
7.3.3 不同空間分辨率影像光譜間的線性混合效應(yīng) 155
參考文獻(xiàn) 157
第8章 海洋溢油的光學(xué)遙感研究案例 159
8.1 海面溢油的機(jī)載AVIRIS高光譜遙感識別估算 159
8.1.1 基于診斷性光譜特征的海洋溢油識別 159
8.1.2 海面溢油乳化物的高光譜遙感估算 164
8.2 基于MODIS數(shù)據(jù)的海面溢油量光學(xué)遙感估算 167
8.3 中國東！吧＜陛喴缬偷亩嘣催b感集成監(jiān)測 170
8.3.1 夜間數(shù)據(jù)追蹤“桑吉”輪漂浮軌跡 170
8.3.2 “桑吉”輪溢油污染的多源遙感監(jiān)測 172
8.4 美國墨西哥灣MC-20溢油的遙感監(jiān)測 176
8.5 美國墨西哥灣Ixtoc-Ⅰ溢油的遙感監(jiān)測 185
8.5.1 Ixtoc溢油范圍的遙感探測 186
8.5.2 Ixtoc溢油的漂移軌跡分析 186
8.5.3 結(jié)果驗(yàn)證 190
參考文獻(xiàn) 190
第9章 中國海洋一號C衛(wèi)星的溢油光學(xué)遙感應(yīng)用 194
9.1 中國海洋一號C衛(wèi)星簡介 194
9.1.1 衛(wèi)星主要載荷 194
9.1.2 主要數(shù)據(jù)產(chǎn)品 196
9.2 中國海洋一號C衛(wèi)星的溢油探測能力分析 196
9.2.1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)獲取 196
9.2.2 耀光反射差異的影響 198
9.2.3 光譜響應(yīng)特征差異 200
9.2.4 COCTS與CZI對溢油識別能力的評估 201
9.3 基于耀光反射的溢油識別方法 202
9.3.1 CZI溢油圖像特征及干擾因素 203
9.3.2 基于耀光反射差異的疑似溢油提取方法 207
9.3.3 誤判信息的剔除策略 209
9.3.4 典型溢油的算法應(yīng)用與評價(jià) 212
9.4 AIS輔助的疑似溢油船只追蹤 212
參考文獻(xiàn) 216
第10章 海洋溢油光學(xué)遙感研究趨勢與挑戰(zhàn) 218
10.1 溢油海面耀光反射的精確計(jì)算 218
10.2 溢油量光學(xué)估算與真實(shí)性檢驗(yàn) 219
10.3 多源遙感集成應(yīng)用與算法發(fā)展 220
附錄 HY-1C星的溢油遙感影像圖 222
展開全部
海洋溢油光學(xué)遙感原理與應(yīng)用實(shí)踐 節(jié)選
第1章 海洋石油的來源與特征 海洋石油具有復(fù)雜的來源，在海洋環(huán)境動力等作用下，會有一系列的風(fēng)化、擴(kuò)散、漂移過程，形成復(fù)雜多樣的溢油污染類型，對海洋與海岸帶生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同的危害。復(fù)雜多樣的溢油污染類型具有豐富的目視特征，可被識別與估算，并需采用不同的應(yīng)急處理對策。本章簡要介紹海洋石油的來源、風(fēng)化擴(kuò)散過程和典型目視特征。 1.1 海洋石油的來源 進(jìn)入海洋的石油烴物質(zhì)主要有人為和天然兩種來源，如圖1.1所示。人為來源主要是人類在石油開采、加工、運(yùn)輸?shù)戎T多過程中的各類溢油污染(Zhong and You，2011；Wang and Shen，2010；Leifer et al.，2012；Lu et al.，2013)；天然來源包括天然烴滲漏、微生物合成等，海洋烴滲漏油膜主要由海底具有工業(yè)開采價(jià)值的油氣藏天然滲漏形成(O’Brien et al.，2005；MacDonald et al.，1993，2002；Howari，2004)。據(jù)不完全估算，全球進(jìn)入海洋中的石油烴物質(zhì)約有47%來源于自然界(估計(jì)可以達(dá)到600000t/a)，53%來源于各類型溢油污染事件(Kvenvolden and Cooper，2003)；特大型的海洋溢油污染事件顯著增加了人為來源(如美國墨西哥灣2010年“深水地平線”鉆井平臺溢油、中國蓬萊19-3油田溢油等事件)，會改變上述比例。 圖1.1 海洋石油來源 烴滲漏是海底油氣藏存在的自然現(xiàn)象。埋藏于海底深部的具有工業(yè)開采價(jià)值的油氣藏，內(nèi)部存在著巨大的壓力，油氣藏與地表(或其上部海洋)之間存在著壓力差。在這種壓力差下，油氣藏中的烴類物質(zhì)會通過運(yùn)移通道，沿著壓力梯度方向持續(xù)地向地表(或其上部海洋)滲漏運(yùn)移(Tedesco，1995；Donovan，1974；Hubbard and Crowley，2005)，會改變其上方地表的特征，形成不同的海底地表形態(tài)(Klusman，1993；Saunders et al.，1999；Philp and Crisp，1982)。油氣藏的烴滲漏會引起海底某些區(qū)域表面特征的變化，進(jìn)一步影響海底地質(zhì)地貌與海洋底棲生物，如使海底松散沉積物形成“貝丘”狀凸起，四周發(fā)育各種喜烴生物群落；烴滲漏也可以形成海底“冷泉”，甚至以氣泡、油珠的形態(tài)噴發(fā)，進(jìn)一步影響其上部海水的特性。有些地質(zhì)特征表明，海底油氣藏的烴類滲漏可穩(wěn)定持續(xù)幾百年，因此海底烴滲漏可以指示沉積層中的烴類聚集帶。當(dāng)海底烴類物質(zhì)達(dá)到相對飽和狀態(tài)時(shí)，會在浮力的作用下繼續(xù)垂直向上運(yùn)移，形成富烴的海水柱；烴類物質(zhì)進(jìn)一步改變海水柱中各種理化特性，如喜烴浮游生物的富集、海水柱中葉綠素異常等。一些烴類物質(zhì)以連續(xù)不斷的小油珠或氣泡(其直徑一般小于1mm)浮向海面，會在海表面形成彩色浮油膜；不同厚度的薄油膜具有不同的色澤，經(jīng)幾秒鐘后即變成銀灰色的浮油膜，通常為單分子膜(厚度小于0.01μm)(Philp，1987；Plummer，1992)；此外，一部分氣態(tài)烴會進(jìn)入海表低層大氣(Solomon et al.，2009；Whelan et al.，1994；Bradley et al.，2011)。天然烴滲漏形成海面薄油膜和近海表富集的碳?xì)浠衔餁怏w，可被光學(xué)遙感所探測(Hu et al.，2009；Bradley et al.，2011；Jackson and Alpers，2010；Lu et al.，2016)。 人類在石油開采、加工、運(yùn)輸?shù)冗^程中，各類型事故會導(dǎo)致不同程度的海洋溢油污染。特大型溢油污染事件會對海洋與海岸帶環(huán)境造成巨大危害，如2010年4月位于美國墨西哥灣的英國石油公司(British Petroleum，BP)“深水地平線”(Deepwater Horizon，DWH)鉆井平臺爆炸事故，是近些年來*大的環(huán)境災(zāi)難性事件(Jernel?v，2010；Kessler et al.，2011；Mariano et al.，2011；Leifer et al.，2012；Murawski et al.，2018)。該溢油事故共持續(xù)了約87天，造成大約4400000桶/ 700000m3(±20%)原油泄漏到美國墨西哥灣海域(Crone and Tolstoy，2010)。2010年7月，大連新港的輸油管道起火爆炸并引起原油泄漏，事故溢油量超萬噸，受污染海域約430km2(Guo et al.，2016)，對海洋漁業(yè)、濱海旅游業(yè)等沿海產(chǎn)業(yè)造成了直接經(jīng)濟(jì)損失，也對海洋生態(tài)環(huán)境造成持久的損害。2011年6月4日和17日，中國渤海19-3B、C石油鉆井平臺分別發(fā)生溢油事故，造成700桶原油和2500桶礦物油基泥漿溢出(Xu et al.，2013)，導(dǎo)致鉆井平臺周圍840km2海域的海水由Ⅰ類水體下降至劣Ⅳ類水體，周邊3400km2海域的海水由Ⅰ類水體下降為Ⅲ、Ⅳ類水體(馬軍，2011)；6月4日至8月23日累計(jì)污染水域5500km2，水產(chǎn)養(yǎng)殖損失超過10億元，海洋生態(tài)遭到損害的價(jià)值約16.83億元(曹陽，2014)。 根據(jù)國際油輪船東防污聯(lián)盟(International Tanker Owners Pollution Federation，ITOPF)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1967～2016年，海上石油運(yùn)輸事故造成的石油泄漏次數(shù)和總量呈逐年下降趨勢，小型溢油事故(溢油量700t)卻占了絕大比例。2010～2016年，共發(fā)生47起中型和大型溢油事故(溢油量>7t)，導(dǎo)致39000t石油泄漏，其中85%的溢油來自10起大型溢油事故。大型油輪溢油事故與石油鉆井平臺事故一樣，雖具有偶然性，一旦發(fā)生，卻會在短時(shí)間內(nèi)對海洋生態(tài)環(huán)境造成極大危害。泄漏的原油在海洋風(fēng)、浪、流等環(huán)境動力作用下，可形成多種類型的污染，有黑色浮油、非乳化油膜和油水混合物等(Lu et al.，2013)。這些污染物不僅會破壞底棲生物環(huán)境(馬媛等，2005)，還會影響海洋浮游植物的生長狀況，進(jìn)而可能引發(fā)藻類異常暴發(fā)(沈南南等，2006)；石油中的烷烴、芳香烴及含硫化合物等物質(zhì)，對海洋生物及人類健康具有一定的危害；高黏度的乳化油附著在海洋生物上，還會使其喪失生存能力甚至窒息死亡(曹陽，2014)。復(fù)雜多樣的溢油污染，不僅給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了不同的負(fù)面影響，也給海洋溢油的應(yīng)急處理與災(zāi)損評估帶來更多的挑戰(zhàn)。 海面油膜會降低海水與大氣的氧氣交換速度，從而降低海洋生產(chǎn)力，破壞海洋的生態(tài)平衡。大規(guī)模的溢油污染事故能引起大面積海域嚴(yán)重缺氧，使大量魚蝦死亡；浮油被海浪沖到海岸，會造成海灘荒蕪、破壞海產(chǎn)養(yǎng)殖和鹽田生產(chǎn)，并毀壞濱海旅游區(qū)。由于海上情況復(fù)雜，一旦發(fā)生溢油污染，消除其危害及影響的成本巨大，風(fēng)險(xiǎn)極高(Kessler et al.，2011；Mariano et al.，2011；Zhong and You，2011)。因此，高效的海洋溢油污染監(jiān)測，對于海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)、災(zāi)后溢油清理和評估至關(guān)重要。 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求增長旺盛，海洋石油勘探與開發(fā)、海底輸油管線鋪設(shè)、海洋石油運(yùn)輸?shù)群Ｑ蠼?jīng)濟(jì)活動規(guī)模不斷擴(kuò)大；會增加海洋溢油污染事件發(fā)生的概率，海洋溢油污染風(fēng)險(xiǎn)與日俱增。如何防止并減少海洋溢油污染導(dǎo)致的災(zāi)害損失，已成為我國海洋環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一？茖W(xué)開展海洋溢油的應(yīng)急響應(yīng)輔助決策和生態(tài)恢復(fù)評估，是貫穿海洋溢油防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。面對海洋溢油污染對生態(tài)、經(jīng)濟(jì)所構(gòu)成的諸多威脅，《國家重大海上溢油應(yīng)急處置預(yù)案》明確了溢油應(yīng)急處理中的指揮體系、預(yù)警監(jiān)測以及應(yīng)急響應(yīng)和處置等工作內(nèi)容。《國家重大海上溢油應(yīng)急能力建設(shè)規(guī)劃（2015—2020年）》也明確指出了通過加強(qiáng)航空航天遙感等監(jiān)視手段為主體的海上溢油監(jiān)視系統(tǒng)和覆蓋度，提升我國沿海的海上溢油監(jiān)視監(jiān)測能力。目前，海洋溢油污染的光學(xué)遙感機(jī)理研究取得了突破，其目標(biāo)體系、理論方法、應(yīng)用實(shí)踐均有較為豐富的研究成果，光學(xué)遙感技術(shù)將為海洋溢油污染的識別、分類與定量估算提供重要的技術(shù)支持。 1.2 溢油的風(fēng)化過程 溢油事故發(fā)生后，在海洋環(huán)境動力作用下，溢油的物理化學(xué)性質(zhì)會隨時(shí)間發(fā)生一系列變化，這一過程稱為“風(fēng)化”(Zhong and You，2011)。石油風(fēng)化過程包括短期和長期風(fēng)化過程。其中，短期風(fēng)化過程包括蒸發(fā)、乳化、溶解和擴(kuò)散等，長期風(fēng)化過程包括光氧化、生物降解和沉淀等(Zhong and You，2011；Mendelssohn et al.，2012)。 溢油進(jìn)入海洋后，在原油自身重力作用與海洋風(fēng)、浪、流等環(huán)境動力作用下，浮油水平擴(kuò)散，可形成厚度0.1mm，甚至更薄的油膜(Zhong and You，2011)，溢油擴(kuò)散程度主要受原油黏度、表面張力等因素影響。在溢油事故初期，輕質(zhì)原油蒸發(fā)量可達(dá)70%，中等分子質(zhì)量的原油蒸發(fā)量可達(dá)40%，而重質(zhì)油蒸發(fā)量不超過10% (National Research Council，2003)。在海洋環(huán)境動力作用下，原油中部分油滴會被裹挾擴(kuò)散入水體，部分石油烴組分也能溶解于水并能穩(wěn)定存在其中。擴(kuò)散和溶解在石油損失中所占比例較小，但其影響不容忽視，因?yàn)樵椭械目扇芙馕镔|(zhì)，尤其是多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)對水生生物危害極大(Mendelssohn et al.，2012；Khursigara et al.，2016)。溢油與海水混合還會形成不同濃度的油包水狀、水包油狀的溢油乳化物(Shi et al.，2018；Lu et al.，2019)。若海水以小液滴的形式分散存在于連續(xù)的原油中，稱之為油包水狀溢油乳化物；若連續(xù)的海水中存在分散的原油小液滴，則稱之為水包油狀溢油乳化物(Lu et al.，2013；過杰等，2016；張欣欣等，2016)。油包水狀溢油乳化物的目視特征常被描述為“巧克力色慕斯?fàn)睢被颉澳剿範(fàn)睢，油包水狀溢油乳化物的穩(wěn)定狀態(tài)取決于其含水量，穩(wěn)定乳化物含水量約為60%～85%，乳化過程會導(dǎo)致溢油的理化性質(zhì)改變(如密度與黏度)(National Research Council，2003)。乳化作用顯著降低了原油蒸發(fā)速率，且對溢油回收方法的選擇有直接影響。海洋石油中高沸點(diǎn)、難溶物質(zhì)的聚集易形成瀝青球，輕質(zhì)烴會蒸發(fā)進(jìn)入近海表大氣中(Bradley et al.，2011；Salem，2003)。此外，其他的風(fēng)化過程還包括溢油的微生物降解、光氧化與沉積等。 1.3 溢油的目視特征 1.3.1 海洋溢油的常見目視特征 海洋溢油一旦發(fā)生，進(jìn)入海洋的石油就會立刻進(jìn)入風(fēng)化過程中，在風(fēng)、浪、流等因素的影響下，其物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)都隨著時(shí)間不斷地發(fā)生變化，形成復(fù)雜多樣的溢油污染類型。這些復(fù)雜海洋溢油污染類型具有不同的目視特征、存在狀態(tài)與形態(tài)特征。圖1.2展現(xiàn)了海洋溢油風(fēng)化過程中各種污染類型，如銀色亮油膜、彩虹亮油膜、條紋狀浮油、巧克力色慕斯?fàn)钜缬秃秃谏∮偷取?圖1.2 海洋溢油污染的復(fù)雜目視特征 美國國家海洋大氣局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)基于海洋溢油事故發(fā)生后海面污染類型存在的一系列目視特征、混合狀態(tài)與形態(tài)特征，將海洋溢油污染劃分為如表1.1所示的不同類型。有些是用來表述油膜目視特征的，如亮油膜、銀色亮油膜、彩虹亮油膜等，描述了海面薄油膜的光澤特征；有些是用來表述溢油與海水混合狀態(tài)的，如棕色浮油、慕斯?fàn)罡∮偷，是指溢油與海水混合形成的不同濃度溢油乳化物；條紋狀浮油描述了海面油膜以條帶狀的形式存在；還有些用來說明海面溢油風(fēng)化產(chǎn)物，如各類型的瀝青球是海面溢油物質(zhì)等形成的團(tuán)聚體類型(Salem，2003；Lu et al.，2009，2013)。 表1.1 海面溢油不同
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