近日，中国科学院海洋研究所人工智能海洋学研究组基于哨兵一号影像系统地分析了C波段电磁波与黄海漂浮状态绿潮藻斑的散射过程。相关成果近日发表于地球科学和遥感领域期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing（SCI一区，影响因子8.8）。

黄海绿潮自2007年爆发以来持续引起学者的广泛关注。因其覆盖范围大、位置变化快的特点，遥感成为绿潮监测的主要手段。其中，光学遥感影像是监测的主要工具，合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)起初被用作光学遥感影像在阴雨天气的补充观测，而伴随星载SAR数据的普及和公开，SAR观测的重要性逐步提升。现有研究根据同时段同地点的“光学-SAR(C波段)”观测确定漂浮状态的黄海绿潮藻斑较周围海水更亮，为白亮的条状、带状、斑点状斑块。以该结论为基础，大量基于C波段SAR影像的黄海绿潮藻斑提取模型被提出。然而，C波段电磁波与漂浮黄海绿潮表面的相互作用过程始终未得到详细分析。

本研究以哨兵一号卫星的电磁波频率及观测几何为基础，构建三层示意模型，分析C波段电磁波对绿潮藻斑的穿透能力。进而使用极化度(Degree of Polarization, DoP)分析哨兵一号影像所得信号的极化特征，发现漂浮状态绿潮藻斑的后向散射信号大部分为完全极化波，去极化过程弱，表明漂浮状态绿潮藻斑表面与C波段电磁波的散射过程以表面散射为主。因此，本研究继而通过求解极化椭圆的旋转角(ψ)和极化角(χ)，刻画极化椭圆的形态，发现大部分旋转角和极化角都分布在0°附近，表明后向散射信号的极化方式与入射信号几乎平行(ψ≈0°)，且几乎为线性极化的(χ≈0°)。因此，后向散射信号中完全极化的部分，为单次反射主导过程；少量去极化部分由多次散射过程产生。

图1 DoP分析（第一列：4个感兴趣区DoP的分布，第二列：DoP红色虚线处的剖面，绿色阴影：绿潮藻斑的位置）

此外，为验证所得结论的普适性，本研究以绿潮大爆发年份2019年为例，选取绿潮初始、爆发、消亡三个时段的哨兵一号观测，分析后向散射信号的去极化状态及极化椭圆的形态，发现上述结论依然适用，即，漂浮状态黄海绿潮藻斑的主导后向散射过程不受绿潮发展阶段的影响。

图2 绿潮初始、爆发、消亡阶段的DoP、χ-ψ分布

[(a)(d)：初始阶段，(b)(e)：爆发阶段，(c)(f)：消亡阶段]

该论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生郭媛，通讯作者为李晓峰研究员，合作者还包括Sapienza University of Rome的Ferdinando Nunziata教授，University of Naples,Parthenope的Andrea Buono和Maurizio Migliaccio教授。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体项目、青岛市科技惠民示范专项和国家自然科学青年基金等的联合资助。

论文信息：

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.