海洋溢油调研严聿晗，何苗苗，超明，孔梦桐（中国海洋大学海洋环境学院2011级）随着人类对海洋认识与应用的不断深入，海洋污染日益严峻。
海洋溢油污染作为主要且常见的污染形式之一，理应也已经引起人们足够重视。
本文就溢油的危害、观测、预测与处理四方面展开调研。
1 .危害1.1.2.探测海上溢油监测的手段大都利用传感器接受来自海面上的信息。
2.1传感器分类及特点2.2代表传感器简介2.2.1辐射计辐射计的监测原理为: 水表面和油层表面均会发射微波辐射,油的微波发射率比水高( 水的发射率为0.4 左右, 而油的发射率为0. 8 左右) ,辐射计能感受这种差异, 并通过在图像上水和油的灰度不同( 水暗油亮) 显示出来。
由于油膜的比辐射率随油膜的厚度变化而变化, 在微波辐射计图像上体现为灰度值随油膜的厚度变化而变化,所以微波辐射器理论上可以测量油膜的厚度d。
接收相应频率的微波辐射功率，该功率的大小可用微波辐射计天线温度Ta来表示。
由于照射面比较小, 因此在主波束照射面内油膜厚度可看成是均匀的, 即：T BO -T BW=∆Taηmb（1－Tsky To）ΔTo=T AO-T AW式中：TO为油和水的物理温度；TBW为水的亮度温度；TBO为覆盖在水面上油膜的亮度温度；ηmb为天线主波效率；Tsky 为在镜面反射方向上的天空向下辐射的亮度温度；ΔTa为天线温度变化；TAO为油膜的天线温度；TAW为在溢油区外背景水的天线温度。
当8毫米微波辐射计对准某一水面溢油区扫描时可测得ΔTa,用某一入射角对准天空,可测得相应的Tsky,天线的主波束效率ηmb是已知的, 而TBW按经验公式求得,To可现场测得, 因此油、水亮度温度ΔTBO(ΔTBO=TBO-TBW)求得。
ΔTBO是油膜厚度d的函数, 根据实验室作出的油膜厚度d 与ΔTBO的变化曲线(如下图),可将在动态条件下测得的方位角与天线温度的变化曲线转化为方位角与油膜厚度的变化曲线。
2.2.2光谱遥感染遥感监测的研究迄今, 国内外利用卫星遥感技术监测海洋溢油已有许多成功的例子这些工作分别利用微波或雷达图像, Landsat 卫星的专题扫描仪( TM) 图像和NOAA 卫星的改进型高分辨率辐射计( AVHRR) 图像.本文分析海上溢油波谱特征的测试结果, 结合几次海上溢油事故, 利用AVHRR 和TM 资料对油膜图像进行处理和解译, 得到较为清晰的溢油图像, 它与事故现场调查结果相吻合.2.2.1海上溢油波谱特征海上溢油波谱特征的测试分析是溢油污染遥感监测研究的基础性工作，研究发现, 海上油膜的波谱特征除受外部环境因素( 太阳高度角、海风、海流、海浪、海温和水色等) 影响外,还与溢油的种类和组成、油污和海水的融合度及化学反应程度等有直接关系。
1998 年11 月5 日, 大连海事大学卫星遥感研究室在大连湾外海进行了油膜波谱特征测试试验,试验波段为0. 389～1. 040 Lm, 主要为可见光波段( 0. 4～0. 7 Lm) , 因此光谱测试仪是以接收目标物反射的自然光为媒介, 反映不同种类、不同厚度的油膜与海水之间反射率的差异. 在海面溢油遥感图像上能否识别出油水, 其反射强度的差别最为重要. 由于油膜是依附于背景海水而存在的, 油膜与背景海水间的反射率差异越大, 则成像后遥感影像间的反差越显著, 从而识别出溢油.结果如下：表1 不同种类不同厚度油膜的反射率( % )厚度100Lm 300Lm500Lm1000Lm1500Lm2000Lm2500Lm煤油 2. 50 3. 46 1. 88 1. 94 1. 93 1. 87 1. 90润滑油 1. 62 1. 48 1. 73 1. 92 3. 30 2. 19 2. 60轻柴油 1. 75 1. 94 2. 20 2. 12 1. 69 1. 78 1. 62重柴油 1. 47 0. 63 0. 62 0. 60 0. 59 0. 56 0. 55实验表明：1四种油膜最大反射率均出现在0. 50 ～0. 58 Lm 波谱段内2膜反射率的大小与油膜厚度有关.其中轻油种( 如煤油、润滑油、轻柴油的反射率首先随油膜厚度的增加而增加, 达到极大值后又随油膜厚度的增加而降低.重柴油厚度越薄, 反射率越大, 随着油膜厚度的增加反射率降低.解释：粘稠的油膜与水体比较是更亮还是更暗, 主要取决于油膜对阳光是强吸收( 亮) 或弱吸收( 暗)越薄的油膜在水体中不产生热差信息, 因此薄油膜对热红外是不可见的, 尤其是轻油种.对于轻油类, 油膜厚度小于最大反射率对应的厚度, 它的低辐射率产生较低的表面红外温度, 从而使油膜温度低于海水; 随着油膜厚度增加, 反射率降低, 而吸收太阳辐射增加, 油膜的温度会高于海水温度.对于重油类, 随着油膜厚度的增加, 辐射增强, 在阳光充足的白天, 厚油膜的温度会比海水高; 而在晴夜, 由于厚油膜释放热量比海水快, 油膜温度要比海水低一些.应用:从水体的吸收光谱分布图像得知, 在可见光波谱段, 水体的吸收最小, 即透过率最大. 由此, 通过分析水体和油膜的吸收光谱, 可以分辨出海水和油膜..综上，良好光照条件下，可见光波谱段，可探测薄油膜，特别是轻油膜。
热红外光谱用于探测厚油膜。
全天候。
实际应用：1)N O A A 极轨卫星A V HRR设有五个通道, 拍摄可见光和红外图像, 局地分辨率为1. 1 k m.1 通道( 0. 58 ～0. 68 Lm) 位于可见光谱区的黄红波段, 在良好的光照条件下, 利用油膜的反射特性探测溢油, 但只能对轻类油种的薄油膜起作用. 2 通道( 0. 725 ～1. 10 Lm ) 处于近红外波段, 来自油膜对阳光的反射成分仍大于辐射成分, 1、2 通道合成可以探测薄油膜.3 通道( 3 . 55 ～3 . 93 Lm) 处于中红外波段, 对温度的灵敏度高, 多用于夜间温度的观测,4 通道( 10. 3～11. 3 Lm ) 和5 通道( 11 . 5～12. 5 Lm) 处于热红外波段, 常用于探测海表面温度, 可以根据厚油膜与背景海水温度的差异分辨出溢油.2)Landsat 卫星T M设有7 个通道, 局地分辨率均为3 0m, 它用16 天时间对地球观测一遍.1 通道( 0. 45～0. 52 Lm) 、2 通道( 0. 52 ～0. 6 0 Lm ) 和3 通道( 0 . 63～0. 69 Lm) 均位于可见光谱区, 可以探测到较薄油膜形成的反射信息。
4 通道( 0 . 76 ～0 . 90 Lm ) 近红外,5 通道( 1 .55 ～1. 75 Lm) 和7 通道( 2. 0 8～2 . 35 Lm) 短波红外,合起来又叫反射红外, 原因是在这个波段内, 来自太阳光的反射成分大于油膜的辐射成分, 多用于探测薄油膜.6 通道( 10. 4 ～12 . 5Lm) 处于热红外波段, 利用油层与背景海水之间的温度的差异, 可以探测重油类和厚油层.3.关于海面溢油扩散的计算方法探讨溢油的迁移扩散运动规律, 分析扩散机理非常重要。
海面溢油的迁移扩散十分复杂如油品的比重、运动粘度、流动点等内在因素以及溢油处的海洋条件和气象条件: 风浪、潮流、潮汐、迳流、水深、温度等外界因素。
本文在探讨溢油迁移变化规律时, 拟不考虑油中较轻成分的蒸发、可溶成分的溶解及生物降解等自然净化所引起的变化, 只计风、潮流、迳流等因素对溢油迁移扩散的影响。
简单介绍一下溢油点源扩散的机理, 有关的扩散模式及计算方法.3.1点源扩散机理及计算模式。
即以自由状态下的油的点源瞬间扩散作为油污染源扩散的最基本形式。
由实验得知, 静水水面上有限量的油在扩散过程中受重力、表面张力、惯性力和粘滞力场作用。
1重力作用是向下的, 但由于油与周围水之间产生了不平衡的压力分布, 因而引起了浮油层向四周扩散。
2油膜前沿存在着水一空气间的表面张力与油一空气、油一水间的表面张力的不平衡. 也迫使油向外扩散。
3油膜的性力以及油膜扩散时所拖曳的一薄层水的粘滞力。
重力与水的表面张力是导致油扩散的二个主要作用力。
油膜的惯性力以及油膜扩散时所拖曳的一薄层水的粘滞力是阻止扩散的作用力。
扩散三阶段1第一阶段, 重力占优势, 油膜因其势能和运动能的作用在水面上急速扩散。
而阻止扩散的主要力是惯性力。
即该阶段为重力和惯性力所控制, 称为惯性扩散。
2第二阶段, 经过一定时间后. 油层厚度减小. 势能和动能逐步减弱.油层惯性力也减小, 这时, 油层厚度减小. 势能和动能逐步减弱.油层惯性力也减小, 因而该阶段油的势能和水的粘性抵抗力成为主要因素, 即重力—粘滞力状态. 称粘性扩散。
3第三阶段, 随着油势能进一步消耗减小. 油膜扩散范围增大, 表面张力为主要影响因素, 粘滞力为主要阻力, 称表面张力扩散。
每个阶段的扩散尺度都是时问t 、溢油体积和油水物理性质的函数。
这几个阶段的扩散规律如下所示。
关于溢油点源连续扩散规律国内外有些作者也作了一些探讨。
实验表明连续溢油在静止水面上的扩散仍然存在重力一惯性力、重力一粘滞力、表面张力一粘滞力为主的三个阶段。
同时也得到了各阶段扩散尺度与连续溢油量Q、时间t 的关系式。
结果如下.连续溢油和瞬间溢油在第三阶段的扩散关系是一样的, 与溢油量均无关系。
在静止水面上连续溢油的扩散, 很快自1 阶段进入2 阶段.长期处于2 阶段, 因而可按以重力和粘滞力为主要决定因素的第二阶段扩散规律来计算。
在恒定流水面上的连续溢油. 当水流紊动弱. 对油扩散影响可以忽略不计时, 仍以第2阶段扩散为主。
若单位时间溢油量为Q, 溢油口水流速度为U , 离溢油口的下游距离为x, 溢油时间为t =x/ U , 则扩散尺度为:3.2迁移扩散的计算线性叠加计算为例:溢油的扩散只在开始阶段才与时间有关,历经数秒到数十秒.以后, 油膜就不再扩大,只随风流和水流作迁移运动.呈带状或其他不规则形2状, 在波浪或其他障碍物的冲击下, 油膜被分割或粉碎成小块油膜分散开来了（海洋环境件)朝流、波浪、迳流等是溢油迁移运动的外界因素。
通常将风、潮流所引起的迁移运动简单地叠加在油于静水中的扩散运动下即油膜在海流、海风、重力影响下不同时间不同位置时的漂移速度为v扩、v流、v风的矢量和。
海流对油膜漂移的影响是主要的,油膜大致沿海流方向作等速运动。
油膜具有海流流速V 流。
风在海面上朝着某一个方向持续地吹, 对表层海水产生剪切应力, 导致海水运动, 这种海流(风生流) 对油膜漂移有一定的影响。
经许多学者研究指出, 油膜漂移速度取为当地风速的3 . 5 % 是比较适宜的。
潮汐呈周期性水位变化, 对溢油迁移的影响较弱。
波浪的影响也比较小。