公司刘永学教授课题组在全球海面油膜遥感监测方面取得重要进展。该研究利用遥感大数据，首次勾绘了全球海面油膜的空间分布，构建了迄今为止最为全面、位置明晰的海面油膜持续固定排放源清单，确定了不同来源海面油膜的贡献比例，从而改善了对海面油膜来源的结构性认知。成果以“Chronic oiling in global oceans”为题于2022年6月17日发表在《Science》(https://science.org/doi/10.1126/science.abm5940)。该文被Science新闻团队(Science Press Package Team)选为亮点文章推荐，并为新华社、南华早报、Scientific American、Heidi.news等国内外媒体报道。论文第一作者为bwin、中国南海研究协同创新中心博士生董雁伫，通讯作者为刘永学教授。美国南佛罗里达大学胡传民教授、佛罗里达州立大学Ian R. MacDonald教授和bwin国际地球系统科学研究所陆应诚教授作为主要合作者。bwin为唯一第一作者单位和唯一通讯单位。
图1 海面油膜来源(天然烃渗漏、油气平台/管道、船舶及陆源排放)与贡献。
海面油膜来源庞杂，可归纳为自然源（海底油气藏的天然烃渗漏）与人为源（船舶、油气平台/管道及陆源排放等）（图1）。相对于前者，人类活动产生的油膜对海洋生物和生态环境影响更大，厘清自然/人为来源比例对海洋可持续发展至关重要。然而，受限于油膜分布广泛、位置不定、过程短暂、形态多变等特性，全球尺度海面油膜分布特征尚不清晰，界定不同来源的贡献仍存在很大的不确定性。
研究从Google Earth Engine云计算平台获取、处理了2014–2019年56万余景Sentinel-1合成孔径雷达影像，提出了半自动化海面油膜识别、提取与分类框架，首次建立了全球10 m分辨率海面油膜数据集。基于该数据集，研究回答了全球海面油膜分布、固定持续排放源清单、以及人为/自然来源贡献比例等问题。
(1) 全球海面油膜分布。全球海面油膜近岸分布特征明显，50%的油膜集中于距岸38千米海域内(图2A)。油膜聚集程度在不同海区差异明显，在爪哇海、南海、几内亚湾及其周边海域，海面油膜污染最为严重(图2B)。在航运繁忙海域，研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度油膜污染带(图3)。
图2 全球海面油膜距岸分布直方图(A)、各海区油膜累积面积和归一化面积(B)及不同来源油膜占比(C)。
图3 全球海面油膜空间分布(2014–2019)。A: 油膜归一化面积(0.1°×0.1°格网)；B–G: 检测到的高密度溢油污染带。
(2) 固定持续排放源清单。根据油膜在时序影像中的空间聚集特征，结合已有的海底油气管道数据、课题组先前构建的全球海洋油气开发平台数据库等，构建了海面油膜持续固定排放源清单(含自然渗漏、油气平台/管道等)(图4)。研究发现的海底天然烃渗漏的数量(435处)远多于以往报告(190处)；研究新发现的137处与油气平台/管道相关的油膜聚集中心，绝大多数未曾报道。
图4 全球海面油膜聚集中心分布。A: 天然渗漏中心、油气平台/管道油膜中心的全球分布；B–L: 各区域放大图(括号内数字表示各聚集中心的油膜检测频率范围)。
(3) 人为/自然来源贡献比例。研究发现人类活动是全球海面油膜的最主要来源(占油膜总检测面积的94%)，其比例远高于天然烃渗漏产生的油膜(占比6%)。与美国国家研究委员会(National Research Council, NRC)估算结果(1990–1999，自然源与人为源分别为46%，54%，按体积计)相比，人为源油膜占比增长了近一倍，这揭示了过去20年人类活动对海洋石油污染的影响被严重低估。
研究成果可为联合国可持续发展目标“保护和可持续利用海洋及海洋资源以促进可持续发展”(SDG-14)提供最先进的监测基准，为海洋能源开发、海洋污染治理、环境监管等提供重要的先验知识与决策依据，亦可为基于深度学习技术的海面油膜全自动提取、监测等提供大型训练数据集。
本研究得到国家重点研发项目“地球资源环境动态监测技术”课题（2016YFB0501502）资助。作者向为本研究提供数据、数据存储与计算的Google Earth Engine、European Space Agency等单位谨致谢意！