获取海洋溢油分布和特征（如溢油类型、厚度、浓度、体积等）的全面信息，对于海洋溢油应急和灾损评估具有重要意义。光学遥感因其能在多/高光谱波段获取海洋溢油的诊断性光谱特征，在溢油（尤其是乳化溢油）的分类和量化方面具有巨大的应用潜力。然而，现有的乳化溢油光谱特性的定量研究大多基于实验室测量，且真实海洋环境中不同类型乳化溢油具有高异质性混合分布的特征，现有的线性光谱混合模型无法表达实验室样品光谱与影像像元光谱间的差异，这些因素均阻碍了将基于实验室构建的光谱模型应用到真实影像中。南京大学国际地球系统科学研究所陆应诚教授团队最近在RemoteSensing of Environment上发表了题为“Opticalinterpretation of oil emulsions in the ocean - Part III: Athree-dimensional unmixing model to quantify oilconcentration”的系列性论文。研究提出了一种三维光谱混合模型，考虑了高异质性海洋溢油在水平分布和垂直结构上的混合效应，成功将基于实验室获得的定量光谱模型应用到AVIRIS高光谱影像的混合像元光谱中，为高异质性分布的海洋溢油浓度的遥感量化提供支撑。这项研究是系列研究“Opticalinterpretation of oil emulsions in theocean”的第三部分（Part-3），从Part-1和Part-2的理论研究到Part-3应用探索的延伸。
图1真实海洋环境中不同类型海洋溢油的高异质性三维混合特征示意图
实验室纯样品级的光谱特征研究是厘清不同乳化溢油光学特性的必要途径。尽管不同空间分辨率影像间的混合像元光谱能够使用线性混合模型有效解释，但线性混合模型无法表达纯样品级光谱与像元混合光谱间的差异。本研究构建了三维光谱混合模型，通过混合场景实验和AVIRIS高光谱影像进行了验证，有效解释了遥感影像中海洋溢油的像元混合光谱特征，揭示了真实海洋环境中不同类型溢油在水平分布与垂直结构上的分布特征。基于该三维光谱混合模型，本研究构建了一个反射率-浓度查找表以及基于查找表的浓度估算方法，成功实现了AVIRIS机载高光谱影像像元浓度的估算，并进行了验证。基于该三维光谱混合模型、反射率-浓度查找表以及AVIRIS影像上的成功应用，本研究讨论了该模型在不同空间分辨率影像（如LandsatOLI和Sentinel-2MSI等）的适用性。在今后的研究中，需要考虑太阳耀光对海洋溢油光谱形态的影响、不同原油油种差异对查找表适用性的挑战、乳化溢油中原油液滴与海水液滴尺寸对散射信号的偏移等因素，以进一步优化三维光谱混合模型和反射率-浓度查找表，为海洋溢油事件的快速和准确评估提供助力。
上述研究得到国家自然基金面上项目的支持（42371380and42071387），南京大学博士研究生焦俊男为第一作者，陆应诚教授为通讯作者，合作者还包括美国南佛罗里达大学海洋科学学院胡传民教授。
参考文献：
Jiao, J., Lu, Y*., Hu, C.Optical interpretation of oil emulsions in the ocean - Part III: Athree-dimensional unmixing model to quantify oil concentration.Remote Sensing ofEnvironment,2023, 296: 113719.
Lu, Y*., Shi, J., Hu, C., Zhang,M., Sun, S., & Liu, Y. Optical interpretation of oil emulsionsin the ocean Part II: Applications to multi-band coarse-resolutionimagery. RemoteSensing of Environment,2020, 242: 111778.
Lu, Y*., Shi J., Wen Y., Hu C.,Zhou Y., Sun S., Zhang M., Mao Z., & Y. Liu. Opticalinterpretation of oil emulsions in the ocean Part I: Laboratorymeasurements and proof-of-concept with AVIRIS observations, RemoteSensing of Environment,2019, 230:111183.
