海面油膜热红外发射率光谱特征研究精品课件.ppt

* * 海面油膜热红外发射率光谱特征研究 汇报主要内容 引言 海面油膜热红外光谱特征实验 实验结果及分析 研究意义 海上溢油对海洋生态环境的影响具有危害大、范围广和频率高的特点。同时，溢油事故容易导致大范围火灾，对来往船舶海上设施具有巨大的威胁。 因此，开展快速有效的海上溢油监测对污染处理以及海洋生态环境恢复都有重要的意义． 国内外研究现状 研究人员 研究内容 Taylor （1992） 对原油光谱进行了实验室和现场观测与研究，并取得良好的实验结果。 Salisbury （1993） 利用遥感手段研究了海上原油油膜的热红外波段监测敏感性。 SOLBERG（2004） 对SAR半自动和自动监测海洋溢油进行了深入的研究。 FOUDAN等（2005） 利用高光谱数据，使用光谱角分类方法对圣巴巴拉海岸带海面油膜进行研究，结果表明分散的石油在580nm、700nm具有反射峰。 Adado （2006） 结合MODIS、MERIS数据监测溢油并且对其漂移速度进行估计。 国内外研究现状 研究人员 研究内容 李四海 （2004） 海上溢油在可见光、红外、紫外光学遥感器、微波辐射计、雷达、激光荧光器和油层厚度探测器等几种溢油遥感探测器的探测原理、能力及应用状况。 陈辉等 （2009） 分析利用多光谱信息分析研究溢油在各个波段的特征，为可见光近红外波段遥感监测溢油提供参考。 曲海超 （2010） 采用ＳＡＲ图像的纹理特征，结合支持向量机分类算法提取海上溢油信息。 张煜洲等 （2013） 介绍遥感监测海上溢油范围发展，介绍利用遥感监测溢油量与溢油类型的流程。 …… …… 热红外探测海面溢油优势 晴空天气条件下，热红外可以进行全天时探测，时间适用性要优于可见光光谱探测； 海表温度的热辐射峰值位于热红外谱段，较中波红外（3-5μm），热红外（8-14μm）能更好地探测海表及油膜的辐射特征； 微波雷达技术较适用于探测溢油范围和面积，对溢油油膜厚度的识别难度较大，而包括热红外在内的光学遥感技术在油膜厚度探测方面具有较大潜力。 发射率是物体在指定温度时的辐射能与同温度黑体辐射能的比值。 假设在常温范围内（260K~320K），物体的发射率与温度无关，仅与材质属性及波长相关。 基于此假设，本研究设计了海面油膜热红外光谱特征实验，分析海面油膜厚度变化的热红外光谱特征。 海面油膜热红外光谱特征实验 实验材料及场地 实验仪器 实验过程 实验原理 实验材料及场地 实验材料： 选用的是胜利油田孤岛采油厂获取的原油样品与渤海湾海水； 实验辅助材料包括大烧杯(容积2000mL，高度15.5cm)、小烧杯(容积50mL)、滴管、玻璃注射器及针头等。 实验场地： 东营渤海湾河口附近（北纬37°28′08.216″，东经118°56′10.037″）海边 实验仪器 102F 型便捷式傅里叶变换红外光谱仪 系统主要由一个微型迈克尔逊干涉仪、输入光学件和红外探测器、驱动和采样电子线路，嵌入式微型计算机、附件（三脚架、黑体、漫发射金板（发射率为0.04）、液氮罐、充电电源、热电偶温度计）等部分组成。仪器的内附微型计算机软件系统采用在 windows 2000运行方式，光谱范围 2-16μm，光谱分辨力4cm-1，噪声等效温差0.01K, 在8-14μm波谱范围发射率测量精度小于0.02。 实验过程 1）利用玻璃注射器滴入原油样品，滴入高度为20~30cm； 2）每次滴入体积约0.25ml，形成油膜厚度约20μm； 3）待油膜扩散静止后，测量容器中海水表面形成的油膜表面发射率； 4）用手动普朗克拟合方式对所测得的发射率曲线进行拟合，输入通过辐亮度拟合得到的样品温度，拟合后得到油膜的发射率曲线。 不断重复以上操作，共20次 热红外发射率光谱测量原理 在8~14μm热红外光谱范围内，假定地表为朗伯表面，大气下行热辐射各向同性，红外光谱仪传感器所接收到的光谱辐射主要包括三部分： 第一部分为地物目标发射的热辐射，其大小由物体表面温度和发射率及目标与传感器之间的大气透过率决定； 第二部分为地物目标对大气下行辐射、环境背景辐射和太阳入射中的热辐射部分的总辐射量的反射辐射, 通常情况下太阳入射中的热辐射部分忽略不计； 第三部分为地物目标与传感器之间的大气上行辐射, 它与大气中吸收气体的含量和物理状态有关。 利用102F红外光谱仪进行目标测定时，传感器在温度为Ts 时接收到的总的辐射