海洋光學(xué)是光學(xué)與海洋學(xué)之間的邊緣科學(xué)。它主要研究海洋的光學(xué)性質(zhì)、光輻射與海洋水體的相互作用、光在海洋中的傳播規(guī)律，以及和海洋激光探測、光學(xué)海洋遙感、海洋中光的信息傳遞等應(yīng)用技術(shù)有關(guān)的基礎(chǔ)研究。
海洋光學(xué)的發(fā)展簡史
早在19世紀(jì)初，就有人用透明度盤目測自然光在海中的鉛直衰減。不過直到19世紀(jì)末，海洋學(xué)家才開始注意研究海洋的光學(xué)性質(zhì)，并結(jié)合海洋初級生產(chǎn)力的研究，用光電方法測量海洋的輻照度。到了20世紀(jì)30年代，瑞典等國的科學(xué)家設(shè)計(jì)制造了測定海水的線性衰減系數(shù)、體積散射系數(shù)和光輻射場分布的海洋光學(xué)儀器，進(jìn)行了一系列現(xiàn)場測量。
從第二次世界大戰(zhàn)后到20世紀(jì)60年代中期，是海洋光學(xué)的形成時(shí)期，人們研制了各種測定海洋水體光學(xué)性質(zhì)的海洋光學(xué)儀器，對各大洋光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了現(xiàn)場測量和調(diào)查。
1947～1948年，瑞典科學(xué)家在環(huán)球深海調(diào)查中，首次將海洋光學(xué)調(diào)查列入海洋調(diào)查計(jì)劃，測量了海水中光的輻照度、衰減和散射等；1950～1952年，丹麥人在環(huán)球深海調(diào)查中，致力研究了重要海區(qū)的初級生產(chǎn)力和光輻照之間的關(guān)系；1957～1958年，在國際地球物理年的調(diào)查中，測量了北大西洋的水文要素和光學(xué)參數(shù)，并研究其相互的關(guān)系；美國普賴森多費(fèi)爾提出了比較系統(tǒng)的海洋光學(xué)理論，發(fā)展了海洋輻射傳遞理論；一些學(xué)者對水中能見度理論、海洋光學(xué)測量模型、光輻射場與海水固有光學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。
20世紀(jì)60年代中期以后，是海洋光學(xué)的發(fā)展階段。隨著近代光學(xué)、激光、計(jì)算機(jī)科學(xué)、光學(xué)遙感和海洋科學(xué)的發(fā)展，開拓了海洋光學(xué)研究的新領(lǐng)域。特別是結(jié)合信息傳遞的要求，理論上用蒙特-卡羅法定量地計(jì)算各種復(fù)雜模型的海洋輻射傳遞過程，使海洋輻射傳遞基礎(chǔ)研究日趨完善，并較好地解決了激光在水中的傳輸、海面向上光輻射與海水固有光學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系等問題。
目前，海洋光學(xué)已發(fā)展成為一門內(nèi)容豐富、有相當(dāng)應(yīng)用價(jià)值的光學(xué)分支學(xué)科，使海洋光學(xué)從傳統(tǒng)的唯象研究轉(zhuǎn)入物理的和技術(shù)的研究。
海洋光學(xué)的研究內(nèi)容
海洋光學(xué)主要研究海洋水體對光輻射的散射、吸收、光譜等性質(zhì)及光輻射在海洋中的傳播規(guī)律。海水對光具有強(qiáng)散射和強(qiáng)吸收，其散射系數(shù)比大氣約高4～6個(gè)數(shù)量級。其散射函數(shù)前向性很強(qiáng)，海水的光譜透射分布主要決定于吸收。
海中光傳播規(guī)律主要決定于多次散射，研究海中光傳播規(guī)律的海洋輻射傳遞理論是海洋光學(xué)的核心問題。已知海洋水體的散射函數(shù)和吸收系數(shù)，對海洋輻射傳遞方程求解，即可得到日光、人工光源和激光在海水中的傳播規(guī)律。反之，由輻射場確定海水基本性質(zhì)，是遙測海洋技術(shù)的基本方法。
海洋光學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究主要包括水中對比度及圖像傳輸研究，海洋水體光學(xué)傳遞函數(shù)研究，激光與海洋水體相互作用研究和探測海洋的光學(xué)遙感模式研究等。
激光與海洋水體的相互作用主要是研究海水激光熒光光譜、受激喇曼散射。海洋激光雷達(dá)所激起的海水激光熒光光譜是探測海水化學(xué)組分的基本遙測方法。海水受激喇曼散射隨溫度增高而紅移，這種物理現(xiàn)象是激光雷達(dá)遙測海洋表層溫度剖面的有效方法，精度可達(dá)±0.5攝氏度。
利用多光譜遙感資料，根據(jù)海水中葉綠素強(qiáng)吸收光譜和透射光譜的比值，探測海洋葉綠素含量的方法稱為光譜比值法。根據(jù)海水光譜透射特性及淺水海底反射光反映在多光譜遙感信息的差異，可大面積獲取淺水水深的資料。河口泥沙分布、海區(qū)峰面運(yùn)動、水團(tuán)分布等都可由多光譜遙感信息經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲取。
對海洋光學(xué)的開發(fā)研究也稱為海洋光學(xué)工程。60年代以來比較活躍的領(lǐng)域有：水下攝影系統(tǒng)，包括潛水員操縱的水下攝像系統(tǒng)、水下照相系統(tǒng)以及深潛球裝備的水下觀察系統(tǒng)；海洋探測激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括激光測深儀、激光熒光光譜儀、激光喇曼光譜儀等；海洋光學(xué)儀器，包括水中照度計(jì)、水中準(zhǔn)直光透射率計(jì)、水中光散射儀、水中分光光度計(jì)等。
海洋光學(xué)與物理海洋學(xué)的研究密切相關(guān)。通過測定海水的光學(xué)性質(zhì)，為研究海流、上升流、海洋峰、水團(tuán)等海洋細(xì)微結(jié)構(gòu)提供了一種有效的手段；隨機(jī)海面的光學(xué)研究，為遙測海浪方向譜建立了物理模型，并為現(xiàn)場測定海浪要素提供了快速而又有效的手段。
海洋生物初級生產(chǎn)力的研究和調(diào)查，與海中輻照度的分布、海水輻射能密度分布海中輻射能的貯存等有直接的關(guān)系。例如，探測海洋的光學(xué)遙感傳感器的波段、視場角和動態(tài)范圍等參數(shù)，都要根據(jù)海面光譜輻射的數(shù)據(jù)來確定。
海洋光學(xué)的發(fā)展與近代光學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)，光電子學(xué)方法是海洋光學(xué)測量的主要手段。激光技術(shù)的發(fā)展，例如可調(diào)諧激光、水中新型藍(lán)-綠激光、高時(shí)間分辨率激光技術(shù)等，已成為海水激光光譜研究的重要手段，是發(fā)展海洋探測激光雷達(dá)的技術(shù)基礎(chǔ)。近代光學(xué)信息處理和信息傳遞理論，為海洋中光信息傳遞的研究及隨機(jī)量的統(tǒng)計(jì)分析研究奠定了基礎(chǔ)。
在現(xiàn)代海洋光學(xué)的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的研究中，還有不少課題有待于深入研究。例如，鑒于單色光輻射傳遞模型已不能滿足多光譜水色遙感的要求，必須進(jìn)一步研究海洋輻射傳遞的逆問題，尤其是淺海和表層光譜輻射傳遞、非均勻水體光譜輻射傳遞、海-氣系統(tǒng)光譜輻射傳遞逆問題的物理模型和計(jì)算方法；激光在水中單程的平衡態(tài)的傳輸過程的研究，已不能滿足激光雷達(dá)探測海洋的要求，必須深入研究窄光束反向多次散射的輻射傳遞，和非平衡態(tài)輻射傳遞模型及其計(jì)算方法。
再如，傳統(tǒng)的船測方法已不能滿足近代海洋光學(xué)發(fā)展的要求，必須發(fā)展海洋光學(xué)參數(shù)的遙測方法，研究新的海洋光學(xué)測量模型，以發(fā)展新的測量技術(shù)和測量儀器。同時(shí)，應(yīng)著重加強(qiáng)應(yīng)用研究，在海洋光學(xué)中不斷引入近代光學(xué)方法和激光新技術(shù)，繼續(xù)開拓海洋光學(xué)在海洋開發(fā)、海洋要素的探測及海洋技術(shù)中的應(yīng)用。
海洋光學(xué)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究不斷沿用現(xiàn)代光學(xué)方法，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。海洋光學(xué)是許多學(xué)科的交叉點(diǎn)，其發(fā)展將與現(xiàn)代光學(xué)、海洋學(xué)、空間遙感技術(shù)、信息科學(xué)等密切相關(guān)。海洋光學(xué)所取得的成就及其發(fā)展，使它已成為一門新的光學(xué)分支學(xué)科。
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