近年来,随着石油资源的快速开发和运输利用,各种因船舶突发事故造成的石油泄漏时有发生,对海洋稳态平衡造成严重破坏。如果在事故发生早期能够及时准确发现溢油位置、溢油量、溢油类型等信息是快速开展污染危害分析和控制的最关键手段。光学遥感检测方法由于其具有非接触式、大空间尺度以及高时间分辨率等优点,广泛应用于溢油态势及溢油量的评估中。因此,依靠这一方法建立准确的海面溢油光学特性分析模型对溢油的识别反演具有重要意义。本文利用油膜光谱响应实验数据,开展了理论物理模型的分析与验证,结果表明油膜的电磁波散射特性研究不仅具有明确的光学物理意义,同时也具有良好的模拟精度,有助于油膜种类识别反演和模拟结果精度的提高,将有效提高船舶溢油的应急和日常检测效率。本文首先对光的电磁辐射原理进行了详细地介绍,为了更加准确、高效地研究油膜地光谱反射特性,然后对传统的双光束干涉模型进行了改进,考虑到油膜微观表面的散射特性以及油膜复折射率随波长变化的特性,在模型中增加了相应的影响因子,使其更加完善。其次,开展了模拟船舶溢油光谱反射特性室内测试实验,得到了有效的油膜光谱反射率数据;利用改进模型,结合太阳光入射辐照度、光谱仪器入射狭缝等因素,得到了仿真的光谱反射率。通过对模型模拟结果的验证评价,发现与实验数据表现出较高的相似特性,表明该模型保持了较高的准确度。最后,基于改进模型,提出了油膜消光系数厚度差分求解方法,一方面利用椭偏仪及模拟退火算法获得真实油样的消光系数作为比对真值,另一方面利用本文所提方法和室内实验数据计算得到相同油种的消光系数,与真值结果比对后发现结果吻合度较好,初步验证了该方法的有效性。