石油类污染水体固有光学特性研究与反演

Inherent optical properties of media directly reflect their absorption and scattering characteristics. At home and abroad the research on inherent optical properties, including absorption coefficient and backscattering coefficient，mainly focus on conventional water color factor, and in the situation without obvious oil film of petroleum contaminated water bodies related research is under way. The project is planned to start from the ratio test and the theoretical calculation, to carry out in-depth research on the absorption and backscattering parametric model in the petroleum contaminated water established by the project team so as to realize the forward closure. The main contents include: with a large proportion of the test ratio data and the corresponding water quality analysis data, further research the impact of petroleum substances on the optical properties of water and determine the parametric model of the absorption coefficient; measure and employ mie scattering calculations to determine the backscattering model of water- petroleum; based on the forward closed of inherent optical data and the apparent optical data , verify the accuracy of absorption and backscattering coefficient model and radiative transfer in petroleum contaminated water; simulate the apparent spectrum of hyperspectral sensor and establish inversion model of petroleum content. This project can provide a theoretical and a reliable data base for optical radiative transfer calculations of petroleum contaminated water bodies, and can provide the basis for the water-petroleum contaminated monitoring and evaluation of petroleum oilfield environmental effects.

固有光学量直接反映着媒介的吸收与散射特性。国内外针对水体固有光学量(吸收系数和后向散射系数)的研究主要集中在常规水色因子方面，对于未形成明显油膜的石油类污染水体的研究正在展开。本项目拟从配比试验与理论计算入手，针对项目组已建立的石油类污染水体吸收和后向散射参数化模型展开深入的研究，并实现正演闭合。主要内容包括：以大量配比试验数据和对应的水质分析数据为基础，深入研究石油类物质对水体光学特性的影响，确定吸收系数参数化模型；测量并辅以mie 散射计算，确定水体石油类污染后向散射系数模型；固有光学数据和表观光学数据实现正演闭合，验证石油类污染水体吸收和后向散射系数模型和辐射传输的准确性；对表观光谱进行高光谱传感器模拟并建立反演石油类含量的参数模型。本项目的研究可为石油类污染水体光学辐射传输计算提供理论和可靠的数据基础，并可为水体石油类污染监测以及油田环境效应评价等提供依据。

在上一个基金项目资助下，将未形成明显成片油膜的水体石油类作为一个新的水色因子引入生物-光学遥感模型展开了研究，分析了石油类污染水体的固有光学特性，并初步建立了吸收与散射系数相关参数化模型。本项目是上一个基金项目的延续，在已有的研究基础上，从反演与模拟方法入手，针对项目组已建立的石油类污染水体固有光学量参数化模型以及石油类含量反演模型中尚未解决的相关科学问题继续展开深入的研究。. 主要研究内容包括：①从半分析算法QAA中分离出石油类物质和有色可溶性有机物质CDOM总吸收系数的算法；②分离CDOM和石油类吸收特征的荧光方法；③利用固有光学特性反演水体石油类含量的算法；④石油类污染水体后向散射系数的理论计算与模拟方法；⑤遥感反射比反演石油类污染水体参考波长吸收系数aoil (λ0)的模式。.针对这些研究内容，项目组于2013-2016年共进行了12次配比试验和现场试验，获取各类样本数据共计225个。通过试验和理论分析，建立了石油类物质吸收系数的遥感分离算法、遥感反射比反演aoil (λ0)的模型、基于归一化遥感反射比Rrs′反演水中石油含量模式、石油类物质后向散射参数化优化的理论模型、固有光学特性反演水体石油类含量模型等；构建了体散射函数定标测量系统，该系统为建立油砂混合水体后向散射系数光谱贡献分离算法奠定了基础；实现对水体石油类污染进行多方法遥感监测的目标基于国产多光谱卫星数据反演水中石油含量遥感模式，并将各类模型分别应用于辽宁省盘锦市辽河油田、辽宁省大连市大窑湾和广东省深圳市大鹏湾油库区域。完成水体有机污染遥感监测系统建设。.研究成果有助于推动水色遥感基础研究和应用研究的进展，推进水体固有光学特性理论研究，并为石油类污染水体光学辐射传输计算提供理论和可靠的数据基础。本项目的研究成果还可为水体石油类污染监测提供技术手段，以及为油田环境效应评价提供依据。