南京大学再发Science,被选为亮点文章推荐!

6月17日,南京大学地理与海洋科学学院刘永学教授课题组在全球海面油膜遥感监测方面取得重要进展。成果以“Chronic oiling in global oceans”为题于2022年6月17日发表在《Science》。该研究利用遥感大数据,首次勾绘了全球海面油膜的空间分布,构建了迄今为止最为全面、位置明晰的海面油膜持续固定排放源清单,确定了不同来源海面油膜的贡献比例,从而改善了对海面油膜来源的结构性认知。

南京大学再发Science,被选为亮点文章推荐!

南京大学为唯一第一作者单位和唯一通讯单位。该文被Science新闻团队(Science Press Package Team)选为亮点文章推荐,并为新华社、南华早报、Scientific American、Heidi.news等国内外媒体报道。论文第一作者为南京大学地理与海洋科学学院、中国南海研究协同创新中心博士生董雁伫,通讯作者为刘永学教授。美国南佛罗里达大学胡传民教授、佛罗里达州立大学Ian R. MacDonald教授和南京大学国际地球系统科学研究所陆应诚教授作为主要合作者。

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图1 海面油膜来源(天然烃渗漏、油气平台/管道、船舶及陆源排放)与贡献。

海面油膜来源庞杂,可归纳为自然源(海底油气藏的天然烃渗漏)与人为源(船舶、油气平台/管道及陆源排放等)(图1)。相对于前者,人类活动产生的油膜对海洋生物和生态环境影响更大,厘清自然/人为来源比例对海洋可持续发展至关重要。然而,受限于油膜分布广泛、位置不定、过程短暂、形态多变等特性,全球尺度海面油膜分布特征尚不清晰,界定不同来源的贡献仍存在很大的不确定性。

研究从Google Earth Engine云计算平台获取、处理了2014–2019年56万余景Sentinel-1合成孔径雷达影像,提出了半自动化海面油膜识别、提取与分类框架,首次建立了全球10 m分辨率海面油膜数据集。基于该数据集,研究回答了全球海面油膜分布、固定持续排放源清单、以及人为/自然来源贡献比例等问题。

(1) 全球海面油膜分布。全球海面油膜近岸分布特征明显,50%的油膜集中于距岸38千米海域内(图2A)。油膜聚集程度在不同海区差异明显,在爪哇海、南海、几内亚湾及其周边海域,海面油膜污染最为严重(图2B)。在航运繁忙海域,研究还首次观测到21条与航线高度吻合的高密度油膜污染带(图3)。

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图2 全球海面油膜距岸分布直方图(A)、各海区油膜累积面积和归一化面积(B)及不同来源油膜占比(C)。

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图3 全球海面油膜空间分布(2014–2019)。A: 油膜归一化面积(0.1°×0.1°格网);B–G: 检测到的高密度溢油污染带。

(2) 固定持续排放源清单。根据油膜在时序影像中的空间聚集特征,结合已有的海底油气管道数据、课题组先前构建的全球海洋油气开发平台数据库等,构建了海面油膜持续固定排放源清单(含自然渗漏、油气平台/管道等)(图4)。研究发现的海底天然烃渗漏的数量(435处)远多于以往报告(190处);研究新发现的137处与油气平台/管道相关的油膜聚集中心,绝大多数未曾报道。

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图4 全球海面油膜聚集中心分布。A: 天然渗漏中心、油气平台/管道油膜中心的全球分布;B–L: 各区域放大图(括号内数字表示各聚集中心的油膜检测频率范围)。

(3) 人为/自然来源贡献比例。研究发现人类活动是全球海面油膜的最主要来源(占油膜总检测面积的94%),其比例远高于天然烃渗漏产生的油膜(占比6%)。与美国国家研究委员会(National Research Council, NRC)估算结果(1990–1999,自然源与人为源分别为46%,54%,按体积计)相比,人为源油膜占比增长了近一倍,这揭示了过去20年人类活动对海洋石油污染的影响被严重低估。

研究成果可为联合国可持续发展目标”保护和可持续利用海洋及海洋资源以促进可持续发展”(SDG-14)提供最先进的监测基准,为海洋能源开发、海洋污染治理、环境监管等提供重要的先验知识与决策依据,亦可为基于深度学习技术的海面油膜全自动提取、监测等提供大型训练数据集。本研究得到国家重点研发项目”地球资源环境动态监测技术”课题(2016YFB0501502)资助,以及Google Earth Engine、European Space Agency等单位的数据、数据存储与计算支持。

论文地址:https://science.org/doi/10.1126/science.abm5940 

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