海面溢油油包水乳化液多种探测参数的BRRDF仿真研究

作者：张晓丹; 孔德明^*; 袁丽; 孔德瀚; 孔令富

来源：光谱学与光谱分析, 2021, 41(12): 3797-3801.

• 激光诱导荧光
• 油包水乳化液
• 双向反射再辐射分布函数
• 蒙特卡罗

海面溢油污染是最常见的污染之一,通常以不同风化状态存在于海面上,如未乳化阶段油膜,乳化阶段水包油、油包水等。因此,快速准确的监测海面溢油信息,识别、分类及定量评估不同阶段的溢油污染,对海洋污染快速治理和生态环境恢复具有重要意义。激光诱导荧光(LIF)是目前最有效的海面遥感探测技术之一。双向反射再辐射分布函数(BRRDF)通过描述目标受激发射的荧光分布来表征目标的荧光性质。目前基于LIF探测技术除对海面溢油未乳化阶段油膜和乳化阶段水包油有所研究外,尚未对乳化阶段中油包水乳化液荧光特性方面开展相关研究。鉴于此,利用米氏散射理论得到油包水乳化液的光学参数,对油包水乳化液建立蒙特卡罗光子传输模型以开展BRRDF研究,探讨与分析油包水乳化液在含油率、入射接收角度、厚度参数下fBRRDFcosθrcosθi(荧光出射角θr,激光入射角θi)的变化,并利用实验测量的荧光光谱数据与仿真进行对比验证。结果表明,fBRRDFcosθrcosθi值随乳化液含油率(海水表层乳化液的含油率)的升高呈下降趋势,并与实验采集到的荧光光谱数据具有一致性趋势,为基于LIF技术对海面溢油油包水乳化液含油率的推断提供依据;fBRRDFcosθrcosθi值随θi的增大开始变化比较缓慢,当θi>65°时迅速减小,并随θr继续增大而持续减小,与实验采集到的光谱数据趋势相吻合,此趋势说明利用LIF技术对海面油包水乳化液进行探测时,激光入射角度不宜超过65°且垂直海面可接收到最大光信号;fBRRDFcosθrcosθi值随乳化液厚度的升高先上升后变得平稳,说明fBRRDFcosθrcosθi可评估海面溢油油包水乳化液的最小厚度。该研究内容为基于LIF技术探测海面溢油提供理论和技术支持。

• 单位
  河北环境工程学院; 燕山大学