近日，中國科學院海洋研究所人工智能海洋學研究組基于哨兵一號影像系統地分析了C波段電磁波與黃海漂浮狀態綠潮藻斑的散射過程。相關成果近日發表于地球科學和遙感領域期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing（SCI一區，影響因子8.8）。
黃海綠潮自2007年爆發以來持續引起學者的廣泛關注。因其覆蓋范圍大、位置變化快的特點，遙感成為綠潮監測的主要手段。其中，光學遙感影像是監測的主要工具，合成孔徑雷達(synthetic aperture radar,SAR)起初被用作光學遙感影像在陰雨天氣的補充觀測，而伴隨星載SAR數據的普及和公開，SAR觀測的重要性逐步提升。現有研究根據同時段同地點的“光學-SAR(C波段)”觀測確定漂浮狀態的黃海綠潮藻斑較周圍海水更亮，為白亮的條狀、帶狀、斑點狀斑塊。以該結論為基礎，大量基于C波段SAR影像的黃海綠潮藻斑提取模型被提出。然而，C波段電磁波與漂浮黃海綠潮表面的相互作用過程始終未得到詳細分析。
本研究以哨兵一號衛星的電磁波頻率及觀測幾何為基礎，構建三層示意模型，分析C波段電磁波對綠潮藻斑的穿透能力。進而使用極化度(Degree of Polarization,DoP)分析哨兵一號影像所得信號的極化特征，發現漂浮狀態綠潮藻斑的后向散射信號大部分為完全極化波，去極化過程弱，表明漂浮狀態綠潮藻斑表面與C波段電磁波的散射過程以表面散射為主。因此，本研究繼而通過求解極化橢圓的旋轉角(ψ)和極化角(χ)，刻畫極化橢圓的形態，發現大部分旋轉角和極化角都分布在0°附近，表明后向散射信號的極化方式與入射信號幾乎平行(ψ≈0°)，且幾乎為線性極化的(χ≈0°)。因此，后向散射信號中完全極化的部分，為單次反射主導過程；少量去極化部分由多次散射過程產生。
圖1 DoP分析（第一列：4個感興趣區DoP的分布，第二列：DoP紅色虛線處的剖面，綠色陰影：綠潮藻斑的位置）
此外，為驗證所得結論的普適性，本研究以綠潮大爆發年份2019年為例，選取綠潮初始、爆發、消亡三個時段的哨兵一號觀測，分析后向散射信號的去極化狀態及極化橢圓的形態，發現上述結論依然適用，即，漂浮狀態黃海綠潮藻斑的主導后向散射過程不受綠潮發展階段的影響。
圖2 綠潮初始、爆發、消亡階段的DoP、χ-ψ分布
[(a)(d)：初始階段，(b)(e)：爆發階段，(c)(f)：消亡階段]
該論文第一作者為中國科學院海洋研究所博士研究生郭媛，通訊作者為李曉峰研究員，合作者還包括Sapienza University of Rome的Ferdinando Nunziata教授，University of Naples,Parthenope的Andrea Buono和Maurizio Migliaccio教授。該研究得到了國家自然科學基金創新研究群體項目、青島市科技惠民示范專項和國家自然科學青年基金等的聯合資助。
論文信息：
Y. Guo, F. Nunziata, A. Buono, M. Migliaccio and X. Li*, Dual-Polarimetric Sentinel-1 SAR Backscattering Features From Green Macroalgae Floating in the Coastal Ocean, in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol. 63, pp. 1-15 ,2025, Art no. 4209015, doi: 10.1109/TGRS.2025.3587819.