卫星遥感监测海上油田溢油
随着世界海洋运输业的发展和海上油田不断投入生产，海上溢油事故频发，在最近30年里，全球溢油量超过4500万立方米的事故就有62起。近年来，在中国海域也发生过多起恶性溢油事故，其中在胶州湾发生的两起外轮溢油事故，共溢出原油4000多吨，使200公里海岸及10余万亩滩涂养殖场受到污染，水产资源遭到严重破坏。溢油事故往往造成大面积海域污染，造成严重的生态破坏，引起了各国政府的重视。世界各国都积极参与海上溢油的监视和遥感监测。基本方法就是航空遥感、卫星遥感和雷达遥感监测。由于我国经济飞速发展和石油战略储备的需要,海上石油运输量猛增,油轮数量增加且呈大型化趋势,这就增大了溢油事故,尤其是大型溢油事故的可能性。船舶发生溢油污染事故后,需要采取及时、有效的应急反应行动,以减少溢油的危害,保护海洋环境和人命财产。
而提起海上油田溢油，我们不得不说洋流对漂油的作用。洋流的流速，流向，无疑是船舶选择航线，准确定位和掌握航向、航速的重要参数。表层流，中层流和深层流还都会影响气候，生物地球化学循环和海洋生物链。目前常用的观测方法是海上浮标观测，是一种少、慢、差，费的方法。西方各国利用卫星平台上装置的雷达高度计，完全可以完成海上浮标的观测任务。雷达高度计发射不间断的脉从计算海面返回卫星的时间差来测量海面拓扑，用这种海面拓扑再与已知的水准平面比较，推导出海面高度差。例如在2010年发生在墨两哥湾的溢油事故中，溢油漂移趋势受到洋流的作用,漂移方
向与洋流方向一致.研究表明,至5月1日对溢油处理与漏油处封堵的努力效果甚微,油污面积有继续扩大趋势,油污漂移方向与洋流具有较强相关性.该研究验证了光学遥感图像可以很好地对溢油事故造成的溢油范围进行监测,结合GIS的空间分析功能和洋流等信息可对溢油面积和溢油漂移趋势进行监测与分析,从而为溢油控制与清理提供重要参考信息。
人类社会正面临着“资源日趋枯竭、环境日益恶化和人口不断剧增三大威胁而且这种态势也有进一步加剧的趋势已经严重威胁到了人类的未来发展。人们不得不重新思考自己与自然的关系重新确定自己新的行为方式。同时人们也不能不为了争取人类的可持续发展去寻找新的发展空间新的资源替代源泉。人类再次把目光和期望转向了海洋。人类在不断满足自己的欲望但又没有充分意识到对海洋带来的危害这就使得海洋污染日趋严重。引发海洋污染的原因是多种多样的其危害的方式、程度都不尽相同。海洋污染主要包括石油类污染、重金属污染、热污染、有机废物和固体废物污染等。其中石油类污染已成为影响海洋生态环境的重要污染物之一。油污在进入海水后受到海浪和海风的影响形成一层漂浮在海面上的油膜阻碍了水体与大气之间的气体交换而且海洋溢油扩散范围大、持续时间长和难以消除。油类粘附在鱼类、藻类和浮游生物上对浮游植物的光合作用产生抑制作用同时其在分解的过程中又消耗了海水中的溶解氧致使海洋生物死亡并破坏海鸟生活环境导致海鸟死亡和种群数量下降破坏了海洋的生态环境。石油污染还会使水产品品质下降造成巨大的经济损失。海洋
石油污染按石油输入类型可分为突发性输入和慢性长期输入。所以，我们找到了一种极好的方法监控海上溢油事件，那就是卫星遥感监测。
国外开展的航天溢油探测应用研究可追溯到20世纪70年代。1972年至1975年美国与欧洲国家合作，用美国陆地资源卫星的资料，对地中海石油污染进行了总体监测，确定了污染面积、污染速度和扩散方向；1980年美国分别在卫星平台和航空平台上，对海上油污的波谱特性进行了大量的基础研究。1985年美国利用卫星影像，对弗吉尼亚州阿萨蒂格岛东南海域100公里长的油膜进行了监测试验，估算了污染
面积，推断了油污来源。1998年美国海洋与大气管理局利用欧洲遥感卫星合成孔径雷达成功监测了波斯湾战争期间原油溢油。由于风的影响海面会产生细微的波浪,这些细微波浪在雷达信号波段为强反射性,在雷达图象上表现为亮色。海面溢油消减了这种细微波浪,使得溢油
区域在雷达信号波段的反射性降低,在雷达图象上表现为暗色,从而
可以识别出溢油污染区域。载有合成孔径雷达的雷达卫星,是监视海
上溢油最好的工具,其优点主要体现在以下两个方面:(1)SAR工作波
段属于微波,微波能穿透云雾、雨雪,具有全天候工作能力;实验表明,即使是倾盆大雨对微波信号的影响也很小。(2)SAR采用的是主动式工作方式,即由传感器发射微波波束,再接收地物反射回来的信号,因而
它不依赖于太阳辐射,不论白天黑夜都可以工作。因此,SAR具有全天候、全天时工作的优点,这是任何其它监视工具所不能比拟的。采用
卫星遥感与其它监视手段相结合的方式,即先用卫星遥感对溢油附近
区域进行监视,然后用其监视结果来指导航空监视与船舶监视,可以
取得详细的溢油污染区域与污染程度信息。
光学技术是最常用的遥感技术之一,近年来,随着全球定位系统
技术的发展,摄影测量技术也有了长足进步。可以通过GPS测量直接获得摄影的地理位置,使获得的信息更有应用价值。摄影中经常会使用滤光片以提高图像的对比度。这种手段对于溢油探测的效果并不明显,主要由于溢物质与背景之间的对比度不大,而且这种技术也缺乏主动识别能力。扫描探测仪是经常使用的可见光遥感器。在CCD技术出现之前,它是灵敏度较高并且具有信号数字化优势的一种仪器。近年来出现的CCD成像仪比老型号扫描仪具有许多优势。它以推帚方式进行扫描成像,垂直于航向的扫描线上各像元同时成像,可以克服多种误差,比机械式扫描仪性能更加可靠。可见光溢油探测的机理是,垂直观测时溢油在可见光谱区域比水体有着较高的反射率,但油面的反射强度也与遥感器的观测角有关。因此,溢油在可见光内缺乏有效的区别于背景信息的特征光谱。Taylor对原油光谱进行了实验室和现场观测与研究,发现光谱曲线平直,没有可以用于原油信息提取的特征光谱(Taylor,1992),而且存在大量干扰或虚假信息,如太阳耀斑和风产生的海表亮斑、海表水草或水下海藻床等生物物质往往会与溢油发生混淆,海岸上的溢油也往往难与海草等物质区分开来目前,可见光高光
谱数据也用于溢油的探测,通过光谱波段的细分以提高溢油的探测和识别能力。总的来说,可见光溢油探测能力是有限的,但它在提供溢油定性描述和相对位置等方面是一种较为经济和实用的手段。
利用卫星遥感技术监测海上溢油污染无论从理论上和实践上都
证明是可行的，并且具有节约资金．适时、快速、连续大范围监测的优势，无异是未来实现海洋全面监测的必然手段。尤其是在保护海洋环境；对非法排污罚款提供依据；确定油污面积、排污量、扩散规律；为清除油污制定方案提供资料等方面都具有十分重要的意义。
洪城
船舶112
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