過　杰，過　爽

(1.中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東省海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái)　264003;2.河南城建學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，河南平頂山　467000)

海面溢油及滸苔遙感監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展*

過杰1**，過爽2

(1.中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東省海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái)264003;2.河南城建學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，河南平頂山467000)

摘要：海面溢油和滸苔災(zāi)害已經(jīng)成為當(dāng)今主要的海洋生態(tài)環(huán)境問題,而基于衛(wèi)星遙感影像提取海面溢油和滸苔信息是監(jiān)測(cè)其動(dòng)態(tài)變化的一種有效手段,因此本文對(duì)國(guó)內(nèi)外海面溢油及滸苔遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行歸納整理。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)多波段比值法是最常用的海面溢油監(jiān)測(cè)方法。另外，合成孔徑雷達(dá)(SAR)不受雨云影響，在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用,而利用灰度值或后向散射系數(shù)變化來判斷溢油或滸苔是SAR常用的方法。從現(xiàn)有的研究可以看出：遙感監(jiān)測(cè)海上溢油及滸苔范圍發(fā)展最為成熟，已經(jīng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行；然而，遙感監(jiān)測(cè)溢油量、溢油類型及滸苔生物量仍然處于試驗(yàn)階段。遙感海洋災(zāi)害的監(jiān)測(cè)要由定性走向定量，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)、快速、準(zhǔn)確,仍需要多種平臺(tái)和多源遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，調(diào)整傳感器的空間分辨率，開發(fā)小型、新型傳感器。

關(guān)鍵詞：遙感監(jiān)測(cè)海面溢油滸苔生態(tài)環(huán)境

0引言

海洋是地球上最為穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，其面積遼闊，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境起著重要的調(diào)節(jié)作用[1]。伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沿海產(chǎn)業(yè)迅速崛起，所導(dǎo)致的海洋污染也日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有海洋污染災(zāi)害中，海面溢油的發(fā)生頻率、污染范圍以及影響程度均居于首位[2]。從生態(tài)環(huán)境來看,溢油在水面容易形成薄膜，阻止海氣交換，使海水中的溶解氧減少，研究發(fā)現(xiàn)1 kg石油完全氧化需要消耗40萬L海水中的溶解氧，所以溢油污染可引起大面積的缺氧[3]。溢油還使海水中產(chǎn)生致命的輕芳香烴物質(zhì)及其衍生物質(zhì)(PAN)。計(jì)算顯示，導(dǎo)致浮游小蝦死亡的PAN濃度，相當(dāng)于在滿滿的一盆水中滴進(jìn)兩滴石油的濃度。而且PAN在暴風(fēng)雨、大風(fēng)天氣過后能夠沉入深海，當(dāng)海面布滿油斑時(shí)其海底常常發(fā)現(xiàn)有致命的芳香烴有毒物質(zhì)聚集，而且這些有毒物質(zhì)還常常隨海流擴(kuò)散[3]。其中多環(huán)芳香烴碳?xì)浠衔锬軌蛟诤Ｑ笊铮貏e是底棲生物組織和器官中聚集起來，長(zhǎng)期釋放毒性。實(shí)驗(yàn)表明，石油污染物對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的損壞程度與石油污染濃度密切相關(guān)，濃度越大，毒性越大，危害也越重[4]。溢油對(duì)海洋生物的危害，一方面是危害魚類、近海網(wǎng)箱養(yǎng)殖，近岸扇貝、海帶養(yǎng)殖等；溢油產(chǎn)生的油膜、油塊能粘住大量魚卵和幼魚，使其窒息死亡;所產(chǎn)生的芳香烴類物質(zhì)使卵化的幼魚畸形，導(dǎo)致魚、貝蓄積致癌物質(zhì),污染海域的魚、蝦等生物體內(nèi)致癌物濃度明顯增高。另一方面是危害海鳥，研究表明，長(zhǎng)期的石油污染給海鳥帶來的損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過海洋石油污染事件的直接經(jīng)濟(jì)損失，僅北海和北大西洋因石油污染而喪生的鳥類，每年達(dá)10萬只以上[4]。溢油還容易導(dǎo)致大范圍火災(zāi)，對(duì)來往船舶、海上設(shè)施也具有潛在威脅[5]。 因此，開展快速有效的海上溢油識(shí)別和監(jiān)測(cè)，如光學(xué)、主動(dòng)微波傳感器監(jiān)測(cè)以及船載、岸基、機(jī)載和航空等監(jiān)測(cè)，對(duì)海洋污染事件處理以及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)都具有重要的意義。

滸苔是生存在咸水與半咸水中的石莼科綠藻，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6-10]和藥用價(jià)值[11-16]。盡管滸苔本身無毒,但在一定的環(huán)境下會(huì)大量繁殖，不僅遮蔽光線,還消耗海水中的氧氣,導(dǎo)致其它海洋生物不能正常生長(zhǎng),從而產(chǎn)生一系列的生態(tài)環(huán)境問題[17]。隨著我國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，海水富營(yíng)養(yǎng)化正在加劇。2008年至今，我國(guó)近海海域滸苔災(zāi)害頻發(fā)，不僅破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡[18-19]， 還對(duì)沿岸漁業(yè)、旅游業(yè)及海港工程[20]等行業(yè)的發(fā)展造成嚴(yán)重影響。目前滸苔災(zāi)害監(jiān)控已成為管理群體和學(xué)術(shù)研究群體關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。滸苔監(jiān)測(cè)常用的地面調(diào)查方法雖然能夠比較全面地了解滸苔災(zāi)害暴發(fā)的原因、過程以及滸苔在海水中的狀態(tài)和生物量的變化，但需要投入較大的人力和物力，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，尤其時(shí)空因素限制其應(yīng)用。而遙感技術(shù)具有大范圍、全天時(shí)、全天候、多頻次、多角度的優(yōu)點(diǎn)[21-26]，利用該技術(shù)監(jiān)測(cè)滸苔的動(dòng)態(tài)變化，可迅速確定滸苔的暴發(fā)區(qū)域、時(shí)間和聚集度，還能繪制滸苔分布示意圖，從而能大范圍對(duì)滸苔災(zāi)害進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)分析并及時(shí)做出預(yù)警、預(yù)報(bào)，使海上打撈和后期處理工作更有針對(duì)性，并在最短時(shí)間內(nèi)控制滸苔災(zāi)害的發(fā)展態(tài)勢(shì)[27]。

1海面溢油的遙感監(jiān)測(cè)

在海上溢油污染監(jiān)測(cè)過程中，準(zhǔn)確掌握污染物自身信息十分重要。根據(jù)不同階段海面溢油的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，油污監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系可分為3大類：溢油范圍、溢油量和溢油類型。溢油范圍是海上溢油監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)，是指油膜受風(fēng)、浪、流的影響后快速擴(kuò)散的面積。溢油災(zāi)害發(fā)生后應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確地確定油膜已發(fā)生擴(kuò)散的范圍，進(jìn)而通過溢油擴(kuò)散方向和范圍估算發(fā)生溢油事故的位置。溢油量以油膜厚度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，既是衡量災(zāi)害區(qū)域污染程度的重要指標(biāo)，也是監(jiān)測(cè)控制效果的重要指標(biāo)。溢油類型是指通過遙感反演得知的油種。由于不同油種的波譜特征和擴(kuò)散方式不同，故針對(duì)不同油種污染的控制方式也不同，所以溢油種類也是溢油監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)[1]。事實(shí)上溢油監(jiān)測(cè)范圍的劃分，是遙感信息提取分類的過程。目前遙感分類的研究已經(jīng)趨于成熟，監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類以及面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǘ家延袌?bào)道。在溢油監(jiān)測(cè)研究中，研究者關(guān)注的重點(diǎn)并不是如何選取分類器，而是探討何種遙感數(shù)據(jù)可以快速、準(zhǔn)確提取溢油信息[1]。

遙感技術(shù)最早用于溢油監(jiān)測(cè)的是可見光和近紅外遙感技術(shù)。1969年美國(guó)已使用機(jī)載可見光掃描儀對(duì)井噴產(chǎn)生的溢油進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并取得較好的效果。隨著光學(xué)遙感技術(shù)的發(fā)展，多光譜和高光譜遙感技術(shù)也逐漸應(yīng)用于海面溢油監(jiān)測(cè)，主要是根據(jù)不同波段，不同光譜識(shí)別油膜范圍及種類。高光譜數(shù)據(jù)以其多波段性逐漸成為海面溢油監(jiān)測(cè)的手段之一。利用高光譜遙感數(shù)據(jù)對(duì)海面溢油進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，必須要進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，以降低各波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的冗余度，故使用高光譜數(shù)據(jù)反而提高了數(shù)據(jù)處理的難度，降低了分類算法的運(yùn)算效率[1]。由于溢油事故往往在天氣異常時(shí)發(fā)生，而光學(xué)傳感器監(jiān)測(cè)海面溢油時(shí)易受雨云影響，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)，但是微波雷達(dá)遙感技術(shù)可以彌補(bǔ)這些不足。主動(dòng)微波技術(shù)以其高分辨率、不受雨云及光線強(qiáng)弱的影響，在海面溢油監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。合成孔徑雷達(dá)(SAR，一種主動(dòng)式微波傳感器)單極化數(shù)據(jù)(ERS,ENVISAT 和 RADARSAT- 1)可用于監(jiān)測(cè)海面溢油，所常用的分析方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)和半自動(dòng)算法、多尺度圖像分割法和模糊邏輯法[28-31]。隨著全極化SAR的發(fā)展，其數(shù)據(jù)已可用于油膜與生物油膜的區(qū)別。全極化 SAR數(shù)據(jù)能夠提供像素的散射矩陣和完整的振幅及相位信息。Schuler 等[32]基于C-band AIRSAR數(shù)據(jù)，利用最大似然分類器并結(jié)合極化分解參數(shù)，用復(fù)合Wishart分布開發(fā)了生物油膜和油流產(chǎn)生的螺旋渦流特性映射。L-bandALOS PALSAR 和 C-band SIR-C/X-SAR 數(shù)據(jù)被用于Muller矩陣以區(qū)分海面油膜和油醇[32-34]。Zhang等[35]利用Radarsat-2全極化數(shù)據(jù)并采用陸地遙感的一致性系數(shù)成功從海面提取了溢油油膜?？傊?無論是光學(xué)遙感還是主動(dòng)微波技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)溢油范圍的探測(cè)。

由于輻射計(jì)的散射信號(hào)隨油膜厚度的變化而變化，研究者正致力于開發(fā)微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的新方法，通過對(duì)比兩個(gè)正交極化方向上的強(qiáng)度來測(cè)量油層厚度，但該技術(shù)需要大幅度提高輻射計(jì)的分辨率。當(dāng)薄油層小于0.05 μm時(shí)，其在紫外波段會(huì)有很高的反射，因此可以用紫外遙感技術(shù)對(duì)薄油層進(jìn)行探測(cè)，通過紫外與紅外圖像的疊加分析，即可得到油層的相對(duì)厚度。熱紅外遙感技術(shù)是通過獲取熱紅外波段包含的地物溫度信息(油膜在一定厚度下能將一部分吸收的太陽輻射能量以熱能的形式釋放)進(jìn)行油膜厚度探測(cè)。一般情況下，較厚油膜通常表現(xiàn)為“熱”特征，而中等厚度油膜通常表現(xiàn)為“冷” 特征?？傊?微波輻射計(jì)、紫外遙感技術(shù)和熱紅外遙感技術(shù)在研究油膜厚度方面各有利弊[1]。從理論上講激光聲學(xué)儀可以探測(cè)油膜厚度[5]，且吳頔等[36]基于垂直入射式差分激光三角法原理,研制了可機(jī)載投放的浮標(biāo)式油膜厚度測(cè)量傳感器,他們選用1.4～9.4 mm量塊對(duì)傳感器進(jìn)行精度測(cè)量，測(cè)量相對(duì)誤差小于1%。 20世紀(jì)70 年代， 美國(guó)NASA 和NOAA 聯(lián)合研制出機(jī)載海洋激光雷達(dá)(AOL)系統(tǒng)[37]，并用于薄油膜測(cè)量。目前此技術(shù)已成為探測(cè)油膜絕對(duì)厚度的遙感探測(cè)器之一，是一種可靠的并具有發(fā)展前景的油層厚度測(cè)量技術(shù)。在現(xiàn)有理論的支持下油膜厚度遙感探測(cè)器的研發(fā)已取得一定程度突破，新傳感器的誕生指日可待。

紅外偏振遙感技術(shù)相比傳統(tǒng)的熱紅外遙感，除了能夠獲取目標(biāo)的電磁波強(qiáng)度，還能獲取目標(biāo)表面狀態(tài)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等與目標(biāo)本身特性有關(guān)的偏振信息[1，38]，因此，該技術(shù)更利于油膜的識(shí)別。由于任何物質(zhì)均能發(fā)射特有的熒光譜，故激光熒光遙感技術(shù)也可用于溢油類型識(shí)別。20世紀(jì)90年代，德國(guó)Oldenburg成功研制了海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)(OLS)[39]，并應(yīng)用于溢油海域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，加拿大、法國(guó)、意大利等國(guó)家也相繼研制了用于溢油監(jiān)測(cè)的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)[40]。2001年，中國(guó)海洋大學(xué)海洋遙感研究所成功研制了多套海洋熒光激光雷達(dá)，并用于海洋環(huán)境參數(shù)的測(cè)量，其中趙朝方等通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室激光誘發(fā)油樣本的熒光數(shù)據(jù)分析,研究不同溢油種類的熒光光譜特征,并給出區(qū)分溢油程度的快速分析方法。2009年以來，趙朝方等研制的海洋熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)在青島近海進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明,該雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)海面溢油性能可靠,能夠準(zhǔn)確判別溢油種類,并可區(qū)分溢油污染程度[41]。

2滸苔災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)

漂浮或懸浮在海水中的滸苔,其不同遙感數(shù)據(jù)反演會(huì)存在差異，如光學(xué)遙感和微波遙感。目前的研究對(duì)象主要是漂浮滸苔，基于其在海水表面體現(xiàn)出的光譜特征差異，利用光學(xué)遙感進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)典植被的歸一化植被指數(shù)(NDVI)可以在衛(wèi)星影像上快速有效地解譯滸苔信息[42]，這也是光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)漂浮滸苔信息的理論基礎(chǔ)[27]。微波遙感監(jiān)測(cè)漂浮狀態(tài)下的滸苔，是通過微波遙感影像，綜合其紋理、形狀、大小、位置等識(shí)別特征，分析剖面區(qū)域的影像灰度值，并統(tǒng)計(jì)滸苔灰度值主要?jiǎng)討B(tài)范圍和水體灰度值主要?jiǎng)討B(tài)范圍，再由不同灰度值判讀出影像中滸苔分布的典型區(qū)域[43]。此外，還可以根據(jù)滸苔對(duì)SAR后向散射系數(shù)的響應(yīng)(體散射),在圖像上呈現(xiàn)的亮斑或暗斑(波段不同，滸苔在圖像上呈現(xiàn)不同)來判斷影像中滸苔分布的典型區(qū)域[22]。對(duì)于懸浮滸苔的研究目前涉及較少，趙文靜等[44]利用輻射傳輸模擬方法開展水下懸浮滸苔海面光譜響應(yīng)研究。

遙感監(jiān)測(cè)滸苔類型的主要方法有監(jiān)督分類法、單波段閾值法、多波段比值法、雙波段比值法、輻射傳輸模型法和對(duì)全極化SAR數(shù)據(jù)的非監(jiān)督分類檢索因子等方法[45-46]。監(jiān)督分類法是遙感影像計(jì)算機(jī)分類法中最基本的方法之一，它在進(jìn)行分類之前需選擇代表性像元作為訓(xùn)練樣本，對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類。單波段閾值法是利用地物光譜反射特性的差異來提取地物的信息。覆蓋滸苔的海水與未覆蓋滸苔的海水在近紅外波段其光譜反射特性的差異較大，該波段已成為單波段閾值法提取滸苔信息的最佳波段。相對(duì)于單波段閾值法,多波段比值法能擴(kuò)大滸苔覆蓋海水在可見光波段的吸收谷與近紅外波段的反射峰之間的差異，提高正常海水與滸苔覆蓋海水的區(qū)分度。此方法直觀判讀效果好、誤分率較低，能夠比較精確的解譯藻類信息。雙波段比值法是利用兩個(gè)不同波段進(jìn)行比值運(yùn)算，再通過反演滸苔葉綠素濃度達(dá)到解譯滸苔信息的目的。輻射傳輸模型法主要是通過分析目標(biāo)地物與其光譜輻射特征之間的相關(guān)性來建立模型，提取地物信息。全極化SAR數(shù)據(jù)的非監(jiān)督分類檢索因子方法通過散射矩陣在沒有先驗(yàn)類別作為樣本的條件下，根據(jù)像元間相似度大小進(jìn)行計(jì)算自動(dòng)判別歸類，無須人為干預(yù)。

3展望

從目前的研究可以看出，水色遙感技術(shù)具有中等分辨率，可以根據(jù)不同地物光譜特性差異識(shí)別地物，而且其數(shù)據(jù)可以免費(fèi)下載，故該技術(shù)最先應(yīng)用于海面溢油和滸苔的監(jiān)測(cè)；但由于海上天氣多變，而水色光學(xué)傳感器易受雨云影響，該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)災(zāi)害事件的連續(xù)觀測(cè)。主動(dòng)微波遙感技術(shù)具有高分辨率、不受雨云影響的特征，在海面溢油監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用,對(duì)滸苔爆發(fā)的監(jiān)測(cè)作用也很突出。全極化SAR 4個(gè)通道彌補(bǔ)了單一極化色彩通道信息的不足，盡管利用SAR研究滸苔爆發(fā)存在覆蓋面積小的不足，但是，緊致極化SAR的研究將有助于解決這一問題，因?yàn)樗删S持高分辨率，擴(kuò)大覆蓋面積。隨著SAR部分研究數(shù)據(jù)可以免費(fèi)獲取，這極大促進(jìn)了SAR數(shù)據(jù)在溢油和滸苔災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究方面的應(yīng)用。另一方面，由于SAR數(shù)據(jù)是搭載在極軌衛(wèi)星上，而該衛(wèi)星對(duì)某一區(qū)域?yàn)?zāi)害監(jiān)測(cè)不能完全實(shí)現(xiàn)連續(xù)、快速觀測(cè)，這為小型機(jī)載、岸基、船載SAR的研究提供了契機(jī)。

目前遙感技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)海面溢油和滸苔的分布區(qū)域、面積和漂移路徑等，對(duì)海面溢油量和滸苔生物量的監(jiān)測(cè)尚未深入展開，不能給海面溢油和滸苔災(zāi)害的等級(jí)劃分和災(zāi)害預(yù)警提供足夠的信息。但是激光、熒光雷達(dá)，聲學(xué)等技術(shù)與遙感技術(shù)的結(jié)合，為海洋溢油量和滸苔生物量的研究提供了新的方法，今后還會(huì)有更精確的定量監(jiān)測(cè)傳感器及方法應(yīng)用于海面溢油和滸苔災(zāi)害的研究。溢油和滸苔遙感技術(shù)的業(yè)務(wù)化實(shí)現(xiàn)不僅需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成以及遙感、觀測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)融合，還要結(jié)合地理信息技術(shù)與相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，并評(píng)估溢油、滸苔對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的影響。所以我國(guó)海面溢油和滸苔災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)的發(fā)展應(yīng)注重如下3個(gè)方面：

(1)實(shí)現(xiàn)多種平臺(tái)和多源遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合。現(xiàn)階段已經(jīng)利用衛(wèi)星遙感手段和地面船只(載人、無人)、機(jī)載(載人機(jī)、無人機(jī))光學(xué)傳感器對(duì)溢油和滸苔爆發(fā)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未來應(yīng)該廣泛結(jié)合航空、航天遙感(船、飛艇，載人機(jī)和無人機(jī)搭載的光學(xué)小型傳感器、小型SAR等)、海上平臺(tái)及船只、岸基平臺(tái)(近岸站點(diǎn)監(jiān)測(cè)、浮標(biāo)、岸基雷達(dá))，做到真正的全天時(shí)、全天候連續(xù)、快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。 此外，單一衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有一定局限性，要想全面、準(zhǔn)確的獲取海面溢油和滸苔災(zāi)害的信息需要多源衛(wèi)星聯(lián)合監(jiān)測(cè)，需加強(qiáng)機(jī)載(船載)光學(xué)、激光熒光雷達(dá)，激光聲學(xué)SAR等小型傳感器的研發(fā)，使災(zāi)害監(jiān)測(cè)做到機(jī)動(dòng)靈活、快速，并形成陸?？找惑w化觀測(cè)體系。

Markus Heldt表示，數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺(tái)是一個(gè)比較新的發(fā)展。涉及內(nèi)容包括氣候數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用和診斷，以及關(guān)于如何向種植戶推薦更為適宜的作物和作物種類的算法，這些都能支持我們?nèi)绾伟l(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的愿景，幫助種植戶提高他們的農(nóng)業(yè)運(yùn)作。

(2)提高及調(diào)整遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率。對(duì)溢油量和滸苔生物量的監(jiān)測(cè)需研發(fā)新的傳感器。雖然光學(xué)衛(wèi)星覆蓋面積大，但分辨率低，目前研究者所使用的數(shù)據(jù)信息存在大量的混合像元，例如美國(guó) MODIS衛(wèi)星影像空間分辨率從 250 m 到 1 000 m 不等，屬于中低分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。低分辨率的遙感影像降低了滸苔監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[27]。隨著我國(guó)HJ1A、1B衛(wèi)星和資源一號(hào)04衛(wèi)星、中巴衛(wèi)星以及高分1,2號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的投入使用，海面溢油污染和滸苔爆發(fā)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率有了很大程度地提高。按照全球衛(wèi)星發(fā)展態(tài)勢(shì)，衛(wèi)星將會(huì)以星座群的形式出現(xiàn)，它們時(shí)間銜接，交叉覆蓋，會(huì)極大提高海上災(zāi)害監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

(3)重點(diǎn)關(guān)注海面溢油量和滸苔生物量的監(jiān)測(cè)。目前已經(jīng)有學(xué)者結(jié)合激光掃描儀與主動(dòng)微波技術(shù)，建立海面溢油粗糙長(zhǎng)度與后向散射系數(shù)的關(guān)系，旨在實(shí)現(xiàn)SAR監(jiān)測(cè)海面油膜厚度。也有學(xué)者正通過溢油實(shí)驗(yàn)和模式模擬結(jié)合油膜散射特性來實(shí)現(xiàn)油膜厚度推算。也有的學(xué)者通過水下聲學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與海面遙感結(jié)合研究油膜和滸苔的厚度。只要海面溢油或滸苔厚度取得突破，那么在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)就易推算出溢油量和滸苔生物量。而目前借助單一一種傳感器，很難實(shí)現(xiàn)海面溢油量和滸苔生物量監(jiān)測(cè)技術(shù)的突破，需要融入其他傳感器或技術(shù)手段，更需要引入新的傳感器，如加入激光、聲學(xué)等技術(shù)的傳感器。

總之，已建立的遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警、預(yù)報(bào)系統(tǒng)，目前尚停留在監(jiān)測(cè)層面。要將溢油和滸苔災(zāi)害帶來的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)影響降至最低，在研究過程中則應(yīng)充分考慮溢油和滸苔引起的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)問題，以及海洋水色遙感、主動(dòng)微波、岸基、無人機(jī)、海洋氣象因素。

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(責(zé)任編輯：尹闖)

收稿日期：2015-11-10

作者簡(jiǎn)介：過杰(1965-)，女，博士，副研究員，主要從事海洋遙感及數(shù)值模擬研究。 **通訊作者:E-mail:jguo@yic.ac.cn。

中圖分類號(hào)：P736.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-7378(2016)02-0073-06

Status and Trends of Remote Sensing Study to Monitor Sea Surface Oil Spill and Enteromorpha

GUO Jie1，GUO Shuang2

(1.Key Laboratory of Coastal Environmental Processes and Ecological Remediation,Yantai Institute of Coastal Zone Research,Chinese Academy of Sciences,Yantai,Shandong,264003,China;2.School of Electrical and Information Engineering,Henan University of Urban Construction,Pingdingshan,Henan,467000,China)

Abstract:Marins oil spill and enteromorpha have now become a major form of marine pollution and harmful to our environment and society.Based on satellite remote sensing image to the dynamics of marine oil spill,which extension has become a timely and effective means. The monitoring capabilities and development directions of domestic,international of marine oil spill and enteromorpha are summarized in this paper.The optical remote sensing data is the most popular data used to combine the multi-band ratio method as the most commonly adopted monitoring method.On the other hand,synthetic aperture radar (SAR) is not affected by rain and cloud, which has played a more and more important role in disaster monitoring. The grey value or backward scattering coefficient changes is the commonly used method in SAR to interpret images of enteromorpha or oil spill.From the point of research view in current,remote sensing to monitor marine oil spill and enteromorpha range are already developed and used.However,amount, types and biomass of oil spill and enteromorpha using remote sensing monitoring are still experimental. Disaster monitoring by remote sensing in the future needs the combination of different platforms and multi-source remote sensing data to adjust the sensor spatial resolution,and the development of small size,new sensors,realizing real-time,continuous,rapid accurate disaster monitoring,and improve remote sensing monitoring.

Key words:remote sensing monitoring，oil spill on sea surface，enteromorpha，ecological environment

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間:2016-05-12

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1075.N.20160512.1517.014.html

*國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與俄羅斯基礎(chǔ)研究基金會(huì)合作交流項(xiàng)目(4141101049)，國(guó)家自然科學(xué)面上基金項(xiàng)目(41576032，41176160)和國(guó)家海洋局北海分局渤海中部公共海域沉積物現(xiàn)場(chǎng)微生物修復(fù)項(xiàng)目(QDZC20150420-002)資助。