收发共轴LIF系统海面乳化溢油探测与仿真研究

摘要：

海面溢油污染是常见的海洋污染之一,通常以未乳化、乳化等风化状态存在,其中乳化阶段对海洋危害更加显著.因此,快速监测海面溢油信息,准确识别并评估乳化溢油污染对溢油应急处理和生态环境保护具有重要意义.激光诱导荧光(L IF)是目前有效的海面溢油探测技术之一.L IF探测系统可分为收发共轴和非共轴形式.有关收发共轴L IF系统对海面乳化溢油探测的研究较少,利用M ie散射理论计算得到溢油乳化液的吸收系数、散射系数等光学参数,建立蒙特卡罗光子传输模型对乳化溢油进行双向反射再辐射分布函数(bidirectional reflectance and reradiation distribution function,BRRDF)的仿真研究.分析浓度、厚度、油种多参数下乳化溢油的fBRRDF cos2θ与发射接收角度的关系,进而得到基于收发共轴LIF系统海面乳化溢油探测的适宜条件.结果表明,fBRRDF cos2θ与发射接收方位角无关,但受发射接收天顶角的影响较大,各参数下乳化溢油的fBRRDF cos2θ其变化规律具有一定差异性.重质油包水和低浓度水包油的fBRRDF cos2θ对天顶角的变化更敏感,轻质油包水和高浓度水包油的fBRRDF cos2θ对较小角度(0°～45°)不敏感,之后迅速下降.因此基于收发共轴L IF系统对海面乳化溢油进行探测时,发射接收天顶角在0°～45°范围内为宜,其中在0°处系统可接收到最大光功率.另外,为验证仿真正确性,利用实验室L IF系统对乳化溢油进行收发共轴式测量荧光光谱,发现此与仿真结果具有一致性趋势.

关键词：激光诱导荧光;乳化溢油;收发共轴;双向反射再辐射分布函数

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分类号：O433.2(光学)

资助基金：国家自然科学基金;河北省自然科学基金青年科学基金项目

在线出版日期：2022-02-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：592-597