研究背景
海洋漂浮碎片是全球海洋环境治理中的重要污染问题。其在海面长期迁移和聚集，不仅威胁海洋生物与生态系统健康，也可能影响航运安全和近岸经济活动。由于漂浮碎片分布范围广、时空变化快，传统人工巡查、船舶观测和现场拍摄难以满足大范围、快速化监测需求。遥感技术为其监测提供了新路径，但不同材质碎片的光谱特征差异明显，且容易与背景海水和大型漂浮藻类混淆，限制了遥感识别的准确性与稳定性。
基于此，南京信息工程大学孙德勇老师团队从多类型漂浮碎片的高光谱响应特征入手，结合卫星影像，构建了面向海洋漂浮碎片快速识别的遥感检测方法，为海洋污染监测、漂浮垃圾识别及海洋环境管理提供了新的技术支撑。相关成果发表在《Ecological Indicators》期刊。
图1. (a) 实验设备设计图；(b) 实验设备实物图；(c)-(y) 覆盖率。
研究方法
（1）研究设计：选取泡沫板、PVC浮标、PP塑料瓶和木板四类典型海洋漂浮碎片，利用ASD FieldSpec地物光谱仪开展室内控制实验，获取不同材质碎片及背景水体的高光谱反射特征；配置含海盐、叶绿素a和悬浮泥沙的模拟海水背景，并调控漂浮碎片在水面的覆盖比例，分析不同覆盖度下漂浮碎片的光谱响应变化；
（2）数据分析及应用验证：在实测光谱基础上，研究利用混合光谱模型模拟不同覆盖度下的水面反射特征，并进一步构建漂浮碎片识别方法。随后，研究将该方法应用于温州近海、中沙群岛附近海域和杭州湾三个典型场景，验证其在不同水体环境下的适用性；
图2.不同覆盖度下，附着各类漂浮碎屑的水面混合Rrs(λ) 光谱：(a)泡沫板，(b) PVC浮标，(c) PP 瓶，(d)木板。
图3.漂浮碎屑、背景水体及大型漂浮藻类的DSI1直方图(a)和箱线图(b)。在图(a)中，左、右纵轴分别对应漂浮碎屑和大型漂浮藻类。
图4.漂浮碎屑和大型漂浮藻类的DSI2直方图(a)和箱线图(b)。
图5.利用所提出的模型，通过三个典型案例研究，从Sentinel-2影像中检测漂浮物。
研究结果
泡沫板、PVC浮标、PP塑料瓶和木板的反射率均明显高于背景水体，尤其在近红外和短波红外波段差异更突出；
随着漂浮碎片覆盖比例增加，水面混合反射光谱整体增强，说明覆盖度是影响漂浮碎片识别能力的重要因素；
基于漂浮碎片的高反射特征，研究构建的识别方法能够有效提取海面漂浮碎片，降低背景水体干扰；
研究进一步利用大型漂浮藻类在红光波段的吸收特征，降低了漂浮碎片与浒苔、马尾藻等藻类之间的混淆；
该方法在台风后温州近海、南海中沙群岛附近海域和杭州湾浑浊水域中均成功识别出漂浮碎片，表明其具有较好的环境适用性；
结语
该研究通过对四种典型海洋漂浮碎屑的深入光谱分析，揭示了其在近红外波段的高反射共性特征，并据此构建了DSI1 + DSI2双指数遥感检测模型。该模型在Sentinel-2影像上的成功应用，为近岸及开阔海域漂浮碎屑的快速、大范围监测提供了可操作的技术方案，对海洋环境管理与保护具有重要的支撑意义。未来，结合更多现场调查数据、高分辨率遥感影像及适配模型，有望进一步实现漂浮碎片分布监测、漂移路径预测和污染热点识别，为海洋垃圾清理与精细化治理提供技术支撑。
发表期刊：Ecological Indicators【影响因子：7.4】
研究单位：南京信息工程大学、国家卫星海洋应用中心等
研究地点：温州近海、南海中沙群岛附近海域、杭州湾海域
使用设备：ASD FieldSpec地物光谱仪
DOI：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.114529