全球越来越关注海洋的塑料污染，以及关于其来源、汇、途径和影响的许多悬而未决的问题。遥感(RS)是一门利用安装在平台、船舶、飞机和卫星上的传感器从远处获取物体或区域信息的科学，它有可能提供长期的全球监测，但对于海洋塑料来说，它仍处于早期阶段。我们调查了自然光线如何与漂浮在水面上的普通塑料垃圾相互作用。

图1所示。高密度聚乙烯(HDPE)的反射光谱，其中绿色/红色表示实验室测量的全反射率/漫反射(一层)，蓝色/灰色表示现场测量的“开放水域”/“塑料瓶表面分数，f”。

利用太阳光的反射率对海洋塑料垃圾进行遥感研究以前已经做过，使用机载相机在可见光和红外光谱中对塑料进行成像，并使用塑料特定的光吸收带(光被吸收的波长范围)来解释图像。然而，一个理论的光反射模型描述的透过率和反射率的光击中塑料散落的水面一直缺乏。我们基于几何光学(光作为射线)和塑料和海水的光谱特征开发并测试了这样一个模型。

首先，我们确定了空气中的传感器捕获的所有有助于上升流光的光线。其中包括，光在空气-水和空气-塑料界面直接向上反射，以及地下上涌光通过水-空气和塑料-空气界面向上传播。由此产生的模型预测了RS反射率如何随不同透明度和反射率的塑料表面组分的变化而变化。然后，我们使用几种不同体积、形状、成分、透明度和表面粗糙度的常见塑料垃圾来测试该模型。

在实验室中对塑料光学特性的光谱(“详细颜色”)测量支持了现场测量(图1)。我们能够获得我们模型的概念证明，并确认不同类型的塑料垃圾如何显示不同的光反射特性。膨胀聚苯乙烯，如在绝缘泡沫板和食品容器中发现的，具有很强的反射性，而透明的软饮料瓶则要弱得多(图2)。

图2所示。近红外(850nm波长)光反射率随浮塑表面分数的散点图黑色钻石表示不透明，膨胀聚苯乙烯(EPS)泡沫板，红色方块半透明，半透明HDPE, 2L瓶，绿色钻石透明，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 0.5L瓶。

传统的海洋颜色RS光反射率模型在预测叶绿素浓度(Chl)方面非常成功，但不适用于浮动塑料。首先，Chl存在于悬浮在水柱中的浮游植物中，而漂浮的塑料则“夹在”下面的水和上面的空气之间。其次，Chl的吸收波段在可见光谱中(可见光可以穿透数百米深的水)，而塑料的吸收波段在光谱的红外端，水可以快速吸收光。因此，我们认为在深水中检测所谓的“微塑料”(< 5毫米)是不可能的，并且在我们的光学模型和实验的开发中专注于更大的塑料。

我们的光学模型可以帮助解释RS观测结果，并推进用于监测海洋表面塑料垃圾的RS算法。它可用于可见光到可见光红外光光谱的单波段、双波段和附加波段RS算法。在估计海洋塑料污染的全球分布的粒子跟踪模型中，应用预期的海洋塑料观测是非常必要的。海洋塑料污染还没有从卫星上观察到，甚至在大西洋和太平洋环流中所谓的“垃圾带”也没有观察到，但理论上我们的模型可以应用于目前在轨卫星上的现有传感器。

Lonneke Goddijn-Murphy
苏格兰高地和岛屿大学北高地学官方manbetx手机版院环境研究所

出版物

关于漂浮在自然水面上的塑料的光反射模型的概念证明。
高迪金-墨菲L，杜福尔J
《海洋污染通报》2018年10月

海洋漂浮宏观塑料高光谱遥感算法的概念。
高迪金-墨菲L, Peters S, van Sebille E, James NA, Gibb S
《Mar pollution Bull》2018年1月

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