中文摘要：

海洋溢油事故或海底油气藏烃微渗漏形成的海面浮油膜，随着油膜厚度变薄、海水背景影响也逐渐增大，致使海面薄油膜遥感探测的难度随之增加，成为海洋石油污染遥感监测研究的难点之一，也是海洋油气资源遥感探测研究的一个热点。相对海面厚油膜与海水而言，海面薄油膜反射光谱产生明显的变化，高光谱遥感技术具有识别地物精细光谱的优势，已在海面薄油膜遥感研究中发挥了重要作用，但海面薄油膜的光谱响应机理尚不明确。本项目选取典型油种，设计室内外薄油膜高光谱遥感实验、测定相关理化参数与光学特性参数，着重分析典型油种海面薄油膜的精细反射光谱特征及其变异规律，并研究不同油种海面薄油膜的反射光谱响应机理，为海面薄油膜的高光谱遥感精确识别和有效监测奠定理论与方法基础。

结论摘要：

海洋溢油事故会在海面形成不同厚度的油膜，其中海面薄油膜对环境产生重要的负面影响，在海洋溢油的监测与评估中不容忽视，其厚度的遥感定量反演是海洋溢油研究难点之一。均匀分布的海面薄油膜可视为一个光学平板，本项目探讨入射光在其中的辐射与传输过程，构建了油膜反射光的双光束干涉模型，并揭示了油膜厚度遥感定量反演的关键在于油膜的消光特性。基于理论与数值的逼近分析，推导了可适用一定厚度范围内的油膜厚度光学定量遥感模型。利用Hyperion高光谱数据，针对一次小型溢油事件产生的海面油膜开展研究，成功提取并定量反演了海面油膜相对厚度。同时也指出，海洋背景光谱响应特征的差异决定了遥感最优波段的选取，此外构建不同油种消光系数查找表，对准确评估油膜厚度具有重要的作用。针对美国墨西哥湾深海油井溢油过程的分析，指出深海油井溢油在上浮到海面的过程中，形成的油水混合物是该次溢油污染的主要类型之一。HJ-1星CCD数据的光谱响应特征分析表明，油水混合物显著地改变了海水对入射光的后向散射特性，使溢油污染海域海水光谱反射率高于清洁海水。决策树分类方法能有效地提取墨西哥湾溢油污染形成的油水混合物，具有较高的信息提取精度，研究也反映了国产HJ-1星CCD数据用于油水混合物污染类型的遥感监测能力。基于海洋溢油的迁移转化过程，结合光学遥感原理，进一步指出溢油污染光学遥感探测未来研究的主要目标为黑色浮油、海面油膜与油水混合物，并初步阐述了各主要目标的反射光谱特性、光学遥感响应原理与最佳监测波段。课题组也进一步开展了背景水体的相关研究，针对不同粒径悬浮物水体光谱反射特征开展研究，结果表明不同高浓度悬浮物水体中粒径的后向散射系数可以看成不同粒径组分的线性加权和，同等浓度条件下，不同粒径的光谱相似性差异明显，主要是有粒径差异在不同波段上后向散射性能所影响。基于室内模拟实验，结合三维表面模拟分析，给出了悬浮物浓度、波长和归一化反射率三者之间的统计关系，表明随着悬浮物浓度的增加，光谱反射率与光谱波长之间是线性关系。本项目研究进展表明，光学遥感技术具有识别不同海洋溢油污染类型和开展定量估算的能力，未来需要基于辐射传输理论，进一步构建典型溢油污染的定量遥感反演模型，为海洋溢油污染的光学遥感研究与应用奠定方法与理论基础。