《海面薄油膜的高光譜回響機理研究》是依託南京大學，由陸應誠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：海面薄油膜的高光譜回響機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陸應誠
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海洋溢油事故或海底油氣藏烴微滲漏形成的海面浮油膜，隨著油膜厚度變薄、海水背景影響也逐漸增大，致使海面薄油膜遙感探測的難度隨之增加，成為海洋石油污染遙感監測研究的難點之一，也是海洋油氣資源遙感探測研究的一個熱點。相對海面厚油膜與海水而言，海面薄油膜反射光譜產生明顯的變化，高光譜遙感技術具有識別地物精細光譜的優勢，已在海面薄油膜遙感研究中發揮了重要作用，但海面薄油膜的光譜回響機理尚不明確。本項目選取典型油種，設計室內外薄油膜高光譜遙感實驗、測定相關理化參數與光學特性參數，著重分析典型油種海面薄油膜的精細反射光譜特徵及其變異規律，並研究不同油種海面薄油膜的反射光譜回響機理，為海面薄油膜的高光譜遙感精確識別和有效監測奠定理論與方法基礎。
結題摘要
海洋溢油事故會在海面形成不同厚度的油膜，其中海面薄油膜對環境產生重要的負面影響，在海洋溢油的監測與評估中不容忽視，其厚度的遙感定量反演是海洋溢油研究難點之一。均勻分布的海面薄油膜可視為一個光學平板，本項目探討入射光在其中的輻射與傳輸過程，構建了油膜反射光的雙光束干涉模型，並揭示了油膜厚度遙感定量反演的關鍵在於油膜的消光特性。基於理論與數值的逼近分析，推導了可適用一定厚度範圍內的油膜厚度光學定量遙感模型。利用Hyperion高光譜數據，針對一次小型溢油事件產生的海面油膜開展研究，成功提取並定量反演了海面油膜相對厚度。同時也指出，海洋背景光譜回響特徵的差異決定了遙感最優波段的選取，此外構建不同油種消光係數查找表，對準確評估油膜厚度具有重要的作用。針對美國墨西哥灣深海油井溢油過程的分析，指出深海油井溢油在上浮到海面的過程中，形成的油水混合物是該次溢油污染的主要類型之一。HJ-1星CCD數據的光譜回響特徵分析表明，油水混合物顯著地改變了海水對入射光的後向散射特性，使溢油污染海域海水光譜反射率高於清潔海水。決策樹分類方法能有效地提取墨西哥灣溢油污染形成的油水混合物，具有較高的信息提取精度，研究也反映了國產HJ-1星CCD數據用於油水混合物污染類型的遙感監測能力。基於海洋溢油的遷移轉化過程，結合光學遙感原理，進一步指出溢油污染光學遙感探測未來研究的主要目標為黑色浮油、海面油膜與油水混合物，並初步闡述了各主要目標的反射光譜特性、光學遙感回響原理與最佳監測波段。課題組也進一步開展了背景水體的相關研究，針對不同粒徑懸浮物水體光譜反射特徵開展研究，結果表明不同高濃度懸浮物水體中粒徑的後向散射係數可以看成不同粒徑組分的線性加權和，同等濃度條件下，不同粒徑的光譜相似性差異明顯，主要是有粒徑差異在不同波段上後向散射性能所影響。基於室內模擬實驗，結合三維表面模擬分析，給出了懸浮物濃度、波長和歸一化反射率三者之間的統計關係，表明隨著懸浮物濃度的增加，光譜反射率與光譜波長之間是線性關係。本項目研究進展表明，光學遙感技術具有識別不同海洋溢油污染類型和開展定量估算的能力，未來需要基於輻射傳輸理論，進一步構建典型溢油污染的定量遙感反演模型，為海洋溢油污染的光學遙感研究與套用奠定方法與理論基礎。
