25、合成孔径雷达极化技术在海洋溢油监测中的应用

合成孔径雷达极化技术在海洋溢油监测中的应用

1. 海洋溢油问题与SAR监测的重要性

海洋溢油已成为常见且极具灾难性的海洋事故。其污染源众多，涵盖海底油气藏的自然烃类泄漏、工业废水与生活污水排放、海上石油资源开采、钻井平台井喷事故、输油管道破裂、油轮泄漏及非法排污等。溢油多发生在近海海域，会对海洋环境和生态资源造成巨大破坏。原油含有大量有毒化合物和重金属，一旦进入海洋生态循环，会通过食物链先影响低级海洋植物，进而波及鱼类、高等哺乳动物和人类。此外，溢油污染还会影响海上交通，给海洋盐业、海上水力发电、海水淡化和海水养殖带来巨大损失，严重威胁沿海地区人民的健康和经济发展。

遥感在海洋溢油的预警、响应和损害评估中起着关键作用。与光学传感器相比，合成孔径雷达（SAR）具有更强的全天时、全天候观测能力，在溢油观测中优势明显，尤其在溢油事故频发的恶劣天气条件下。用于海洋溢油观测的SAR平台主要分为星载和机载平台。星载平台覆盖范围大且成本相对较低，机载平台则具有更高的信噪比，在应急响应中的重复观测更灵活，能更好地获取溢油的漂移和乳化过程。

早在古希腊，文献就记载了油膜对海面波动的抑制作用。古代航海中，经验丰富的水手会向风浪中的海面倒油，利用油膜对海浪的衰减特性防止船只倾覆。意大利科学家Maragoni首次从理论上解释了这一现象：液体表面不同粘度系数的物质会产生弹性阻力，从而衰减表面波动的振幅，这种衰减被称为Marangoni衰减（阻尼）。SAR通过观测海面波动引起的后向散射来工作，海面上的油膜会扩散形成不同粘度系数的膜，衰减短重力波和毛细波，降低海面粗糙度，削弱SAR后向散射，在灰度强度SAR图像中形成暗区。不过，海面油膜的可探测性与海面风场密切相关。风速过低，海面不波动，后向散射极低；风速过高