近日，中国科学院海洋研究所人工智能海洋学研究团队在黄海绿潮微波遥感成像机理研究方面取得新进展，在国际遥感领域期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上发表研究论文。研究团队联合L波段ALOS-2 PALSAR-2、C波段Sentinel-1合成孔径雷达（SAR）系列影像，系统分析了黄海绿潮在不同雷达波段下的后向散射特征，并提出了一种基于有效表面粗糙度反演和相对粗糙度描述的物理解释方法，为理解绿潮多频SAR成像差异提供了新的理论依据。

黄海绿潮是由浒苔暴发性繁殖引发的典型海洋生态灾害，长期影响我国黄海近岸海域的生态环境、养殖生产和滨海旅游。快速、连续、准确地监测绿潮分布，对于灾害预警、应急处置和近岸生态环境管理具有重要意义。以往研究表明，漂浮绿潮藻席在C波段和X波段SAR影像中表现为亮于周围海水的高后向散射目标。然而，L波段SAR观测中绿潮藻斑既可能表现为暗斑，也可能表现为亮斑，成像特征更为复杂，其与C波段之间成像差异的物理机制尚未得到系统解释，这限制了多频SAR数据在绿潮监测和机理分析中的协同应用。

针对这一问题，研究团队联合L波段、C波段SAR和光学影像，分析了不同绿潮阶段、海况背景和观测条件下的五组典型案例。结果发现，绿潮藻席在C波段SAR影像中通常稳定表现为亮斑，而在L波段影像中多数表现为暗斑，只在极平静海况等特殊情况下呈现亮斑（图1）。也就是说，同样是绿潮，不同雷达频率“看到”的结果并不完全相同。

图1 绿潮藻斑在L-/C-波段SAR影像中的成像特征

（图中共展示了三个案例，分别用黄色、棕色、绿色框标示，灰色框中依次为上述三个案例对应的光学观测）

为解释这一现象，研究团队利用高级积分方程模型（AIEM）和模拟退火算法，分析绿潮覆盖海面与周围海水的粗糙度差异，并提出相对粗糙度描述符（RRD）。该指标可简单理解为：绿潮相对于周围海水，是让雷达“看到”的海面更粗糙，还是更平滑。当RRD大于1时，绿潮更容易显示为亮斑；当RRD小于1时，则更容易显示为暗斑。

研究表明，绿潮通常会增强C波段所感知的海表粗糙度，因此在C波段SAR影像中多表现为亮斑；而在L波段尺度下，绿潮往往抑制海面粗糙度，因此多表现为暗斑。少数极平静海况下，由于海水本身回波很弱，绿潮反而在L波段中呈现亮斑。这一结果解释了过去L波段绿潮观测中“有时亮、有时暗”的现象，也说明不同雷达频率对绿潮覆盖海面的响应尺度不同。

此外，研究还发现，在自然绿潮暴发期的典型环境范围内，海水和藻体介电性质变化对同极化后向散射影响较小。相比之下，海表有效粗糙度变化才是造成L/C波段成像差异的主要原因（图2）。

图2 浒苔同极化NRCS随有效相关长度、有效均方根高度、介电常数的变化分析

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，合作者包括意大利罗马大学Ferdinando Nunziata教授、那不勒斯“帕斯诺普”大学Andrea Buono教授和Maurizio Migliaccio教授。

论文信息：

Guo, Y., Nunziata, F., Buono, A., Migliaccio, M., & Li, X*. (2026). L- and C-band SAR Backscattering Characteristics of Green Tide in the Yellow Sea. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. https://doi.org/10.1109/TGRS.2026.3694915