随着海洋石油开采和海上石油运输的兴盛,溢油事故也屡次发生。泄露的石油会对海洋环境造成重大破坏,对海洋经济造成重大损失。SAR(合成孔径雷达)是海面溢油监测的有效手段。溢油会改变海面的物理和几何特性,造成海面毛细波的衰减,降低布拉格散射,使溢油区域在SAR图像中呈现暗色区域,然而多种疑似溢油现象(内波、生物油膜、低风速区)在SAR图像中也呈现出暗色区域,这给溢油的提取造成了困难。因此,有必要从机理上研究溢油海面的电磁散射。本文的主要研究内容为溢油对海面电磁散射的影响,主要包括溢油对海面物理和几何特征的影响和海面电磁散射建模两个部分。首先需要研究溢油对海面物理和几何特性的改变。本文从作用量谱方程出发,研究溢油对风能输入、粘性损耗、非线性波-波相互作用及波破碎能量耗散的影响,利用双层流体模型改进了局部平衡抑制模型中的粘性阻尼衰减系数,并引入了非线性波-波交互作用描述油膜对大尺度波的衰减作用,由此建立溢油抑制比模型,定量化描述油膜对海谱的影响,为后文的电磁散射打下基础。在此过程中,充分考虑了油膜的物理参数和海面风速对抑制比的影响。在适合溢油监测的中低风速和中等入射角下,本文不仅研究了传统海面散射研究关注的布拉格散射,还分析了波破碎散射这一非布拉格散射对有无溢油海面散射系数和极化比等极化参数的影响,并分析了海面风速、油膜厚度等因素对溢油海面散射的影响。对溢油乳化和扩散过程中形成油水混合的情况,介绍了此时介电常数的变化及其带来的影响。本文不仅建立了海面单站散射的解析模型,还运用矩量法研究了清洁海面和溢油海面的双站散射,并分析了油膜对双站散射系数的影响。鉴于溢油海面的散射机理尚不明确以及相位信息在提取溢油信息中的重要作用,本文不仅研究了不同波段和极化下油膜对海面散射的影响,而且对学者们较少关注的相位的统计特征也做了研究,研究结果表明清洁海面和溢油海面的共极化相位差分布有明显差异。