近日，我室何贤强研究员及合作者在环境科学领域TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF: 11.3）发表了题为“Optical mechanisms for satellite-detected water color anomalies caused by wastewater treatment plant discharges in turbid coastal waters”的研究论文。论文第一作者为我室与浙江大学联合培养的博士研究生王雨馨，通讯作者为我室何贤强研究员。

与连续排放的入海河流不同，沿岸的入海排口排放通常规模小、不规律，使其成为入海排污监管的难点。然而，入海排口数量巨大，排放水体的营养盐与有机物浓度较高，特别是沿海污水处理厂的入海排放。为应对这一挑战，具有高时空分辨率及广域覆盖能力的卫星遥感，已成为入海排口监管的重要技术手段。研究团队前期构建了入海排口水色异常遥感识别模型，用于发现可能存在的排水水色异常问题（Wang, He et al., STOTEN, 2022），但是其背后的光学机制需进一步厘清。

近年来，高空间分辨率光学卫星遥感影像间歇性地捕捉到杭州湾南部沿岸的一些污水处理厂排污口附近存在异常的红棕色水体（图1），但在线监测数据表明排水关键指标符合排放标准，且实地采集的高位井处水体颜色呈现为浅黄色，这给生态环境保护管理人员和污水处理厂工作人员带来了困惑，急需厘清从高位井到入海扩散的水色转变的光学机理。杭州湾是典型的高浑浊、光学特性复杂的强潮河口，水体性质更为复杂。为厘清排放所致水色异常原因，本研究综合了现场实地调查、辐射传输模拟、CIE国际照明委员会色度学分析和卫星遥感数据，阐明排水与受纳水体混合过程中的水色转变光学机制，识别该现象在卫星影像中间歇性可见的环境控制因素，并在多个排口进行应用验证（图2）。

研究结果表明，处理后的污水处理厂出水具有高浓度可溶性有机物和低浓度悬浮颗粒物的特征，表现为对蓝光波段的强烈吸收与整体较低的反射率。排放后，低浊度、高有机质的出水与高浑浊、低有机质的受纳水体混合，来自受纳水体的悬浮颗粒物会增强对红光波段的散射和总体反射率。当可溶性有机物的短波段的吸收效应仍占主导，且增加的悬浮颗粒物浓度增强了红光波段的散射，易形成卫星影像观测时刻的红棕色（图3-图4）。这些现象在低潮位、平潮期、水动力混合作用弱以及背景水体悬浮物浓度相对较低的条件下较明显。

本研究为遥感影像所观测到的水色异常现象提供了科学解释，为发展基于光学机理的遥感监测算法奠定了基础。最终将支持高分辨率卫星遥感技术在沿岸入海排口监视监测、水色异常早期预警等领域实现更广阔、更高效且更低成本的应用。

图1. Sentinel-2遥感影像及对应悬浮物浓度反演结果，

(a)-(h) 异常水色时刻；(i)-(p)正常水色时刻

图2.论文图形摘要

图3. 不同水色要素浓度变化对水体光谱、主波长及人眼感知颜色的影响

图4. 基于辐射传输模拟得到的不同水色要素浓度下的颜色与主波长变化过程

论文引用：Wang, Y., He, X., Bai, Y., Zeng, H., Zhang, Xuan, Pu, G., Zhang, Xunda, Zheng, K., Jin, X., 2025. Optical mechanisms for satellite-detected water color anomalies caused by wastewater treatment plant discharges in turbid coastal waters. Journal of Hazardous Materials 495,139095. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139095

相关文章：Wang, Y., He, X., Bai, Y., Tan, Y., Zhu, B., Wang, D., Ou, M., Gong, F., Zhu, Q., Huang, H., 2022. Automatic detection of suspected sewage discharge from coastal outfalls based on Sentinel-2 imagery. Science of The Total Environment 853, 158374. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158374