引言

渤海是我国惟一的半封闭内海，渤海海域指辽东半岛的大连、丹东两市海岸线交界处与山东的烟台、威海两市海岸线交界处之间连线为界以西的海域，包括辽东湾、渤海湾和莱州湾，面积为9.5×10⁴ km²。其中，渤海湾是中国最大的海水养殖基地。近年来，由于人类活动的影响，渤海湾海域遭到了严重的水污染，成为我国污染最为严重的海域。海域污染导致海洋水质变差，水色混浊，使得海洋生态环境和生态系统遭到严重破坏。因此，利用多种手段监测、控制、治理海洋水污染是当前许多专家探讨的课题。

卫星遥感技术在水污染监测方面具有广阔的应用前景，国内外许多学者对此作了大量工作。马刚等^[1]从污染水体的波谱特性测量入手, 采用卫星、地面、水体同步监测的方法, 通过对水体污染监测与波谱特性测量结果分析说明:水体污染与地面和卫星反射光谱具有明显的相关性。邓孺孺等^[2]建立了叶绿素不敏感波段遥感数据像元反射率与污染物浓度的函数关系, 并用多波段数据进行求解，研究结果表明：以工业污染和生活污水为主的污染物和悬浮泥沙均对水体反射光谱产生显著影响, 表现最明显的是可见光波段。赵冬至等^[3-6]实际测量了中国污染水体的光谱特征，表明污染物质含量、污染水体的污染性质和污染程度均与遥感波谱数据存在一定的相关性。武胜利等^[7]利用多年遥感资料对太湖蓝藻水华分布进行了时间、空间尺度上的分析，对太湖蓝藻污染的治理工作提供了支持。为了探究渤海湾海域春季水污染的变化特征和分布状况，笔者利用过去10年的极轨气象卫星AVHRR数据，通过时相选取、通道提取、多通道合成等方法制作了百余张渤海湾水色图像，对该区域近年来的水污染状况进行了较为客观的分析研究，为有关部门合理控制、高效治理水污染提供客观依据。

1 资料处理

海洋水色遥感本质上是可见光遥感，是利用可见光对水体颜色变化敏感为基础的，近岸混浊水体含有的泥沙、沉积物和污染物质比大洋水要多得多，在卫星资料的选取上，尽量突出污染信息，避开其他信息。由于夏季入汛后，降水量增多，许多河流携带大量泥沙流入渤海，造成海水混浊，从而掩盖了由于污染造成的海水混浊状况。所以，遥感数据的采集选择了春季(5月之前)，晴空且能见度好，并且卫星过境仰角最好在60°以上的时次。时相上选择14时左右过境时的遥感资料，此时太阳辐射较强，有利于信息提取。数据年代选取1998—2007年的NOAA-14或NOAA-16卫星的观测资料。满足以上条件的资料约100余次，均做了渤海湾水域的影像处理。

1.1 监测原理

极轨气象卫星AVHRR扫描辐射计的第1、2通道可以探测地球表面及云层表面对太阳辐射的反射信息。水、土地和植被三者的光谱反射率见图 1，由于“清洁海水”与浑浊海水在黄橙光波段(0.577~0.622 μm)的反射率有较大的差别，而NOAA气象卫星第1通道正好在黄橙光波长范围内，在这个可见光波段内，水体反射光谱受污染物和悬浮泥沙的影响最明显^[2]，利用此通道可有效地监测海水的混浊度即水域污染情况，并且，海水混浊的程度不同，其反射率也有所不同。另外，由图 1可以看出在0.725~1.10 μm的波长范围，即NOAA卫星的第2通道波长范围内，水域和土地、植被的反射率又有明显的差异，用此通道可将渤海湾水域很好地提取出来。

1.2 监测方法与影像分析

如前所述, 在0. 6~ 0. 8 μm波段，最适合监测水体中的悬浮物质, 对应于AVHRR资料的第一波段。因而本次研究选择1波段为最佳波段来研究水体中的悬浮物浓度分布变化。CH1越大，反射率越高，悬浮物越多，污染越重；CH1越小，反射率越低，悬浮物越少，越接近清洁水体，污染越轻。此监测方法用通道提取、合成后的影像表现出来。具体如下：

NOAA卫星数据首先经过遥感图像预处理, 主要包括辐射校正、几何校正等，严格进行定标定位处理，采用ERDAS8.5地理信息系统软件对其进行影像分析。首先作等经纬度投影后，为了突出水域混浊特征，将NOAA卫星的1、2、4通道分别赋予红、绿、蓝三色进行假彩色合成，并对图像作1通道增强处理。图 2是1998—2007年间10张具有代表性的渤海湾水域的NOAA卫星影像图，从海域颜色的深浅变化可以直观看出污染程度的轻重。

2 监测结果分析 2.1 监测结果

通过对1998—2007年间共100余张处理后的卫星影像进行分析筛选，选取了10张能代表当年度春季水色混浊状况的图像。见图 2，红色代表水域污染区域，颜色深浅不同，表明污染程度不同。从图中可以看出，在渤海湾近海域污染程度严重，随着向深海的延伸，颜色越来越浅，表明污染程度由近海向深海减弱。对10幅图像前后比较以及结合当年度的其余时次的图像可以看出，1998年度春季渤海湾水域相对比较洁净，即使某天排污量很大，次日也能很快扩散开，呈现清洁状况；从1999年开始，近海域出现了大范围的污染，污染范围以渤海湾南海岸为中心，逐渐向北扩散，水色混浊度逐渐加强，而且海水的清洁状况天数几乎没有；2001年渤海湾西海岸(包括沧州海岸)和北海岸西段也出现了不同程度的污染，以2002年最为严重(颜色最浓)；2003年和2004年两年，污染范围明显缩小，污染程度明显减弱；但是，2005年开始，污染范围逐渐扩大，有向深海延伸的趋势，以2006年表现的最为明显；2007年的状况有所改善，特别指出的是在渤海湾北海岸，包括唐山、秦皇岛海域，污染状况大大改观，出现了清洁海水状况。同时可以看出，从2000年开始，在黄河入海口水域，渤海湾和莱州湾的交界地带，水色混浊状况依旧未得到明显改善。

2.2 污染状况分析

引起海洋污染的原因主要有:油船泄漏、倾倒工业废料和生活垃圾、生活污水直接排进海洋。

(1) 陆源污染物。表现为生活污水携带生活垃圾入河入海，工业污水携带工业废料入河入海，农业化肥农药随降雨径流入河入海。尤其是丰水年降水集中，各入海口流量剧增，径流携带大量各种污染物涌入渤海湾。根据1998年渤海污染物入海总量调查显示，在渤海海域主要污染物中有80%以上均来自于陆上，陆源污染物向海洋转移，是造成海洋污染的主要根源。

(2) 海上污染物。表现为海上养殖、港口、船舶污染、海上倾废等，尤其随着环渤海地区经济迅速发展，其港口的吞吐量日益增长，来往船舶的数量迅速增加，加之海洋石油勘探开发平台、石油作业过程以及船舶石油泄漏事故等的影响，石油类污染受到人为影响日趋强烈。

(3) 天津的“引黄济津”应急调入工程，占用了南运河河道，原经南运河从天津入海的河南卫运河来水和山东临清、德州两市污水改排了漳卫新河，从而加重了沧州领域污染。2001年开始，《渤海碧海行动计划》的实施，渤海污染物入海总量有所削减，近岸海域水质恶化的势头得到初步控制。

3 结论与讨论

通过卫星遥感监测结果分析，渤海湾海域春季水污染的变化状况与10年来的演变结果如下：

(1) 从1999年开始出现大范围污染，污染程度上以2002年最为严重，2003—2004年有所好转，2005—2006年污染范围加剧扩大，2007年污染状况大大改观。

(2) 就整个海域来说，污染程度由近海向深海减弱，2005—2006两年污染范围向深海扩散的比较多，以2006年向深海延伸最广。

(3) 污染范围以渤海湾南海岸为中心，逐渐向北扩散，2001年渤海湾西海岸(包括沧州海岸)和北海岸出现了不同程度的污染。

以上初步分析结果表明，渤海湾的水污染状况是亟待解决的问题，应引起有关部门高度重视。建议有关部门既要制定长远规划，又要出台近期措施，以控制陆源污染为重点，加强海上污染源管理。特别是曹妃店港的建设、南浦大油田的开发，使得海上污染源管理的任务尤显重要。同时，充分利用海洋的自然规律，考虑海洋水动力条件，排污口采用深海排放、水底排放通过海底管道，将排污口设在海流比较强的位置，使污染物在强大的海流作用下快速稀释、扩散，避免污染物集中到某个局部海域，造成海域污染。

另外，研究表明，利用极轨气象卫星可以对渤海湾水域的污染状况进行动态的、宏观的监测，能有效为有关部门合理控制、高效治理水污染提供客观依据。文中研究结果是春季的情况，能否代表渤海湾海域全年的情况，有待于继续研究分析。随着研究的不断深入，对渤海湾污染物质的含量和污染浓度分析要向定量化发展。另外，洋流等因子的季节变化是否使海洋污染有着明显的四季特征，都是今后研究的内容。