海上溢油SAR遥感监测及溢油漂移快速数值预报技术研究

为探讨海上溢油遥感监测与溢油漂移数值模拟技术的联合应用,采用凝聚层次聚类算法从SAR遥感影像中识别油膜,采用基于风、浪、流耦合三维水动力模型研发的中国近海溢油漂移快速预报模型,将遥感识别结果作为溢油漂移数值预报模式的初始输入,预测油膜的漂移,然后将溢油漂移预测油膜与下一时相SAR遥感识别油膜进行比对,发现二者吻合较好,表明SAR遥感监测技术与数值模拟技术结合应用,可优势互补,同时获取海面油膜位置、面积和动态漂移信息。     

高光谱特征波段在海洋典型溢油油种识别中的精度评估

溢油种类精准识别对快速有效地治理污染具有重要的意义,高光谱遥感在海面溢油油种识别中至关重要。为探讨海洋典型溢油油种识别的高光谱特征波段范围,通过设计室外模拟溢油实验,在获取原油、燃料油、柴油、汽油和棕榈油等5种油种的实测高光谱数据基础上,运用因子分析和光谱标准偏差分析法遴选溢油油种的光谱特征波段,并利用支持向量机模型开展基于光谱特征波段的油种识别精度评价。结果表明,基于光谱标准偏差分析和因子分析获得的特征波段的油种识别精度分别是83.33%和90.74%,与基于全波段的识别精度相比,整体精度分别提高了3.7%和11.11%。选取的特征波段(360～540 nm, 560～600 nm, 610～630 nm, 640～660 nm)可作为5种油种相互区分的最佳高光谱波段。     

基于db7小波的活体浮游植物荧光识别分析技术研究

通过小波变换可对信号的不同频率成分进行分解,为弱信号特征提取提供了有效途径。通过db7小波对分属7个门32个属的43种浮游植物的三维荧光光谱进行分析,后经Bayes判别分析选择小波分解后的第三层尺度分量作为最佳荧光识别特征谱,并通过系统聚类法将最佳特征谱在不同的条件下聚类进而得到门、属上的标准谱库。基于此,运用多元线性回归辅以非负最小二乘法建立浮游植物三维荧光光谱识别技术。利用该技术对4128个单种浮游植物样品和636个混合浮游植物样品进行识别分析。单种浮游植物样品在属水平上的识别正确率为75%,门水平上的识别正确率为95%;浮游植物混合样品中的优势种在属水平上的识别正确率为83%,门水平上的识别正确率为91%。结果表明:该技术可以实现对浮游植物的快速准确识别。     

海面溢油无人机高光谱遥感检测与厚度估算方法

海上溢油是海洋国家所面临的共同问题,但至今仍没有一种可靠实用的海上溢油准确识别和油量遥感监测方法。为此,本文以无人机高光谱遥感为手段,开展了海面溢油检测与厚度估算方法研究。实验中,通过搭建室外大型水槽溢油实验装置,获取了模拟真实海洋环境条件下不同溢油量的遥感和现场光谱数据,在此基础上,分析并提取了海上溢油特征光谱波段,给出了海上溢油高光谱检测模型;针对现场实验条件下水面油膜厚度难以测定的问题,设计了3种利用总体溢油量的油膜厚度估算模型。得到如下主要结论:（1）675 nm和699 nm是海上溢油检测的有效特征波段,但对极薄的油膜没有检测能力;（2）提出了归一化溢油指数模型、反比例模型和吸收基线模型等3种海上溢油油膜厚度估算模型,其中对于薄油膜（厚度≤ 5 μm）和厚油膜（厚度>50 μm）,反比例模型是溢油厚度反演的首选也是唯一选择。对于中厚度油膜,晴朗天气条件下,归一化溢油指数模型是油膜厚度反演的首选,同时反比例模型和溢油吸收基线模型也都有较好的反演能力,而在多云天气条件下,反比例模型效果最佳。     

一种检测溢油的快速分类辅助鉴别方法

用气相色谱法和气相色谱-质谱法分析了原油样品的正构烷烃和甾萜烷生物标志物。针对在仪器分析过程中由各种因素带来的采集点漂移的现象,利用相关系数校正方法对保留时间进行了校正。实验结果表明,保留时间校正后大大提高了采集点的重合性。采用欧氏距离方法对校正后的色谱数据进行聚类分析,基于色谱数据的聚类分析对于降解油和非降解油的分类效果良好;而基于校正后甾、萜烷生物标志物数据的聚类分析结果能很好的将溢油样品与溢油源样品聚为一类,而与其他不相干油田的样品区分开来,聚类分析结果更能真实反映样品的真实信息。相关系数校正与快速聚类分析方法相结合为溢油来源的判断提供了一种快速分类辅助鉴别方法。     

一种改进的地理加权回归模型水深反演方法

利用多光谱卫星遥感影像反演浅海水深是水深测量的一种重要方式.提出一种基于主成分分析的地理加权回归模型(PCA-GWR),采用WorldView-2多光谱卫星遥感影像数据,对经过数学变换后的波段反射率数据先进行主成分分析,将得到第一主成分量进行地理加权回归分析,并与双波段比值模型、多波段线性模型和地理加权回归模型(GWR...     

荧光光谱结合主成分分析对硅藻和甲藻的识别测定

将浮游植物三维荧光光谱与主成分分析方法相结合,针对我国东海常见的12种藻建立了硅藻和甲藻的识别测定技术。根据Fisher判别分析结果,选用三维荧光光谱的第一主成分得分谱作为硅藻和甲藻的识别特征谱,建立了浮游植物荧光特征谱库。在此基础上,利用非负最小二乘法进行识别测定,其中单门类样品共有78个,识别正确率为95%,回收率≥81%;2个门类的混合样品共有18个,识别正确率为83%,回收率≥80%。     

基于EOS/MODI图像资料的多光谱云分类技术

利用EOS/MODIS图像资料,采用逐个修改聚类和模糊聚类的分类器,设计了基于统计模式识别的云分类技术,并将其应用于2002年6月10日0200台风云系的云理识别,同时借助GMS-5图像资料进行了对比分析.结果发现台风云系的分类结果与台风云系的概念模式存在较好的对应关系,逐个修改聚类和模糊聚类的分类器对典型台风云系有较好的识别能力,极轨卫星的分类结果好于静止卫星,纹理特征的引入对分类结果有一定的影响.     

基于模糊C均值聚类-支持向量机的海底沉积物分类识别

在总结了目前海底底质分类研究的基础之上,率先提出利用计算机数值模拟技术对海底底质进行分类识别研究。相较于目前海底底质分类研究中所使用的水槽实验法,提出采用计算机数值正演技术模拟实际地震勘探中数据采集过程。在分类识别算法上,分别采用支持向量机(SVM)和模糊C均值聚类(FCM)算法对采集的数据进行分类,为使支持向量机分类识别率达到最大,引入差分进化算法对支持向量机中关键参数进行最优化搜索,并研究了向原始地震记录中加入10%,30%,50%的高斯白噪音时算法的稳定性。在分析了这两种算法分类识别的正确率及其各自的优缺点后,提出了海底底质分类识别的两步法,即(1)先利用模糊C均值聚类进行一粗糙的预测分类,在每一类中挑选聚类性较好的数据作为支持向量机的训练样本;(2)将上一步中筛选的样本作为支持向量机的训练样本,并用差分进化算法优化支持向量机分类参数,再利用训练好的支持向量机对其余数据做预测分类。鉴于计算机数值模拟的可重复性、高效快速性及本文提出的模糊C均值聚类-支持向量机方法的鲁棒性,为便于开展进一步研究,归纳总结了一套行之有效的采用计算机数值模拟技术开展海底底质分类识别研究的一般化流程。     

悬浮泥沙浓度遥感反演模式研究

利用野外采集的悬沙样品配置不同粒径和浓度等级的悬沙水样,进行实验室光谱测量,分析悬沙水样的光谱特征及其反射率与粒径之间的关系。根据实验结果选取泥沙浓度和粒径的敏感波段,建立了敏感波段模型和主成分模型。结果表明,主成分分析法能大量获取多通道悬沙水体光谱反射率信息,模型的反演能力优于敏感波段模型。     

海上溢油的处置

全世界每年流入海洋的石油多达数百万吨，超过了海洋的自净能力，造成污染。本文综述了海上溢油的处置技术，包括石油入海后的处理和回收技术以及海上溢油的最终处置技术。     

生物技术在海上溢油处理中的应用

本文介绍了生物处理海洋溢油方面的一些研究状况，包括生物降解石油烃的主要机理、生物方法比物理法、化学法先进的方面；筛选合适微生物以及添加营养盐促进微生物增殖的具体事例。论述了基因工程给生物降解带来的巨大促进作用。     

涠洲岛附近海域溢油数值模拟

采用潮流控制方程和湍封闭方程构建完整的三维浅海潮波定解方程组,建立涠洲岛附近海域的三维潮流数值模型来计算涠洲岛附近海域的潮流和潮位变化情况,采用大海域计算得出的调和常数值作为开边界的输入值,从潮位验证、潮流验证和流场的变化规律等多方面情况看,计算结果与实际监测符合良好,具有较高的精确度,模拟计算结果较真实地反映了涠洲岛附近海域的潮位变化和潮流运动状况.在潮流模拟验证正确的情况下,建立溢油预测模型,采用欧拉-拉格朗日追踪方法,进行油膜中心轨迹的预测,并预测了油膜漂移的扩展面积、扫海面积和残留量随时间的变化值.     

南海深水井喷溢油输移扩散的数值模拟研究

文章以假设发生在南海北部深水油气勘探开发海域的1279m深水井喷溢油事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以2020年冬季（1月）和夏季（7月）三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟研究未实施和实施海底消油剂处理情景下的溢油在海洋环境中的输移扩散全过程。模拟结果显示:不同深度的海流对溢油输移轨迹有着显著的影响;深水环...     

Stochastic Analysis Method of Sea Environment Simulated by Numerical Models

1 .IntroductionNumericalmodelsmostwidelyusedforseaenvironmentandsedimenttransportfocusonsolvingseriesofdifferentialequations .Theinputandoutputofanumericalmodelareconsideredasdecisivefactors .Butinrealitythecausesofnaturaleventssuchasmeteorological,astronomical,oceanograph ic ,geomorphologicandgeophysicalfactorsarerandom .Therearemanyuncertaintiesinvolvedininputfactorsinnumericalmodels .Correspondinglytheoutputsofnumericalmodelsarealsorandom .There fore ,theoutputparametersofnumericalmodelsca…     

机载遥感海上溢油监测系统的设计与研究

机载遥感海上溢油监测系统在发达国家中已得到有力证实,本文通过运用此项技术,结合我国实际情况,研究与设计了一种新型,小型的监测系统,试图在港口,港区环境中应用,以利海洋环境的保护。文中对系统的技术指标和功能实现,做了详尽的分析和介绍。     

海上油气开发水下井喷溢油的化学分散技术研究

为有效应对海上油气开发水下井喷溢油事故,降低海底溢油对海洋环境的危害,文章通过模拟试验研究消油剂的类型、使用量和喷注位置对溢油分散效果的影响,并提出深水水下消油剂使用技术体系。研究结果表明：GM-2消油剂对原油呈现良好的分散性能,且分散效果随剂油比的增大而增强;水下喷注消油剂的使用量为溢油量的10%时即可获得良好的分散效果;在一定范围内,消油剂喷口与水下井口的水平距离对溢油分散效果的影响极小,而垂直高度对溢油分散效果的影响较大。     

Spilled Oil and infaunal activity—modification of burrowing behavior and redistribution of oil

A series of experiments in Willapa Bay, Washington, indicates the degree to which the presence of spilled oil modifies the burrowing behavior of infauna and the extent to which the animals redistribute oil into interridal sediment. Small amounts of North Slope crude oil introduced at low tide directly into burrow openings (mostly made by the crustacean Callianassa) resulted in a limited and temporary reduction in the number of burrow openings. In contrast, a layerof oil-saturated sand 1 cm thick buried about 5 cm below the sediment surface sharply reduced the number of burrow openings. After a year, the few new burrows penetrated only the margins of the experimental plot, and bioturbation below the buried oil saturated sand layer declined dramatically.The experiments suggest that small amounts of oil temporarily stranded by tides in themselves have no long-range effect on burrowing behavior. The fauna, however, are capable of introducing measurable amounts of oil into the subsurface, where it is retained long after the rest of the stranded oil has washed away. A buried layer of oil-saturated sand greatly reduces infaunal activity; the oil presents an effective barrier that can persist for years.The oil incorporated into the sediment from burrow openings showed evidence of degradation after 7 months. In contrast, the layer of buried oil remained essentially undegraded after a period of two years, even though oil in lower concentrations above the layer was degraded after a period of one year. This variation in degree of dgradation of the buried oil, as well as the heterogeneity of oil distribution wherever the oil has been incorporated from the surface, emphasises the importance of careful sampling in any attempt to locate or monitor the presence of spilled oil in the substrate.