关于海洋光学介绍

[拼音]：haiyang guangxue

[外文]：ocean optics

光学与海洋学之间的边缘科学。主要研究海洋的光学性质、光辐射与海洋水体的相互作用、光在海洋中的传播规律以及和激光探测海洋、光学海洋遥感、海洋中光的信息传递等应用技术有关的基础研究。

简史

20世纪30年代到60年代中，是海洋光学的形成阶段。研制了各种测定海洋水体光学性质的海洋光学仪器，对各大洋光学性质进行了现场测量和调查。积累了基本的海洋光学参数的数据，建立了基本的海洋辐射传递理论。60年代中以来，是海洋光学的发展阶段。随着现代光学、激光、光学遥感技术的发展，开拓了海洋光学研究的新领域。理论上用蒙特－卡罗法定量地计算各种复杂模型的海洋辐射传递过程，使海洋辐射传递基础研究日趋完善；应用方面，进行了海洋-大气非均匀系统的光信息传递、海洋水体激光光谱、海洋水体光学传递函数等研究。目前海洋光学已发展成为一门内容丰富、有相当应用价值的光学分支学科。

研究内容

包括基础研究、应用研究和开发研究。

海洋光学主要研究海洋水体对光辐射的散射、吸收、光谱等性质及光辐射在海洋中的传播规律。海水对光具有强散射和强吸收，其散射系数(≈10-1 m-1)比大气的(≈10-3km-1)约高4～6个数量级。其散射函数前向性很强，可用米氏散射（见光的散射）模式近似表示。海水的光谱透射分布主要决定于吸收。清洁大洋水的光谱透射峰值在480nm左右，混浊沿岸海水的光谱透射峰值在530nm左右。海中光传播规律主要决定于多次散射，研究海中光传播规律的海洋辐射传递理论是海洋光学的核心问题。已知海洋水体的散射函数和吸收系数，对海洋辐射传递方程求解，即可得到日光、人工光源和激光在海水中的传播规律。反之，由辐射场确定海水基本性质，是遥测海洋技术的基本方法。辐射传递方程实质上是光子迁移方程，其数学形式为微分-积分方程。由于海水光散射函数的复杂性，使方程难以解析求解。近年来用近代物理学的蒙特-卡罗法求解，取得了精度达5％的结果。

主要包括水中对比度及图像传输研究，海洋水体光学传递函数研究，激光与海洋水体相互作用研究和探测海洋的光学遥感模式研究等。水中观察或成像系统的探测距离和图像质量决定于海水中的光传播规律。由海中对比度传输方程可确定水中对比度随观察距离指数衰减，其衰减系数决定于海水准直光衰减系数和辐照度衰减系数。通过海洋水体的图像模糊度决定于海水光散射函数和传输距离。海洋水体的光学传递函数表征通过海洋水体光波所携带的空间信息损失量。对它的研究可为水中观察系统、海洋激光雷达系统、空中-水下激光通信系统的性能设计提供重要依据。激光与海洋水体的相互作用研究主要是海水激光荧光光谱、受激喇曼散射。海洋激光雷达所激起的海水激光荧光光谱是探测海水化学组分的基本遥测方法。海水受激喇曼散射随温度增高而红移，这种物理现象是激光雷达遥测海洋表层温度剖面的有效方法，精度可达±0.5℃。海洋的光学遥感模式研究是现代海洋光学应用研究的重要内容。海浪波高、波长、方向谱及海面粗糙度的遥感探测物理模型即为随机海表面的统计模型。光学信息处理的傅里叶分析方法处理海浪遥感图像可得到各种有关波浪要素的结果。利用多光谱遥感资料，根据海水中叶绿素强吸收光谱和透射光谱的比值，探测海洋叶绿素含量的方法称为光谱比值法。根据海水光谱透射特性及浅水海底反射光反映在多光谱遥感信息的差异，可大面积获取浅水水深的资料。河口泥沙分布、海区峰面运动、水团分布等都可由多光谱遥感信息经过数据处理获取。

也称为海洋光学工程。60年代以来比较活跃的领域有：

（1）水下摄影系统，包括潜水员 *** 纵的水下摄像系统、水下照相系统以及深潜球装备的水下观察系统；

（2）海洋探测激光雷达系统，包括激光测深仪、激光荧光光谱仪、激光喇曼光谱仪等；

（3）海洋光学仪器，包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计等。

海洋光学的基础研究和应用研究不断沿用现代光学方法，应用范围日益扩大。海洋光学是许多学科的交叉点，其发展将与现代光学、海洋学、空间遥感技术、信息科学等密切相关。由于应用的要求，海洋光学的物理模式的取样精度、边界条件的精确度、水体的随机起伏和非均匀度都须有定量考虑。近代物理的数学物理模拟方法将成为海洋光学研究的有效手段。海洋光学所取得的成就及其发展，使它已成为一门新的光学分支学科。

参考书目

1. R.W.Preisendorfer，Hydrologic Optics，Vol.1～6，U. S.Dept of Commerce， Honolulu，Hawaii，1976.
2. Optical Society of America， ed.， Handbook of Optics， McGraw-Hill，New York，London，Paris， Tokyo，1978.