海洋光學儀器發展簡史
國際地球物理年紀念郵票從第二次世界大戰後到60年代中期，是海洋光學的發展時期：1947～1948年，瑞典科學家在環球深海調查中（“信天翁”號），首次將海洋光學調查列入重要的海洋調查計畫，測量了輻照度、衰減和散射等；1950～1952年，丹麥人在環球深海調查中，致力研究了重要海區的初級生產力和光輻照之間的關係；1957～1958年，在國際地球物理年(IGY)的調查中，測量了北大西洋的水文要素和光學參數，並研究其相互的關係；美國、蘇聯、法國等國，相繼建立了實驗基地，詳盡研究了海水固有光學性質和海洋表觀光學性質之間的關係；美國R.W.普賴森多費爾提出了比較系統的海洋光學理論，發展了海洋輻射傳遞理論；一些學者對水中能見度理論、海洋光學測量模型、光輻射場與海水固有光學性質之間的關係，進行了比較系統的研究。
60年代中期以後，隨著近代光學、雷射、計算機科學、光學遙感和海洋科學的發展，海洋光學得到了進一步的發展，特別是結合信息傳遞的要求，用蒙特卡羅方法較好地解決了雷射在水中的傳輸、海面向上光輻射與海水固有光學性質之間的關係等問題，使海洋光學從傳統的唯象研究轉入物理的和技術的研究。
研究內容
海洋光學調查海面光輻射研究
主要研究日光射入海洋後，經過輻射傳遞過程所產生的、由海洋表層向上的光譜輻射場。它是光學遙感探測海洋的主要信息來源，是建立光學海洋遙感模型的重要依據（見海面向上光輻射）。
水中能見度
主要研究水中的視程和圖象在水中的傳輸問題。由海洋輻射傳遞方程出發，可導出水中對比度傳輸方程和水中圖象傳輸方程，用以研究水中的圖象系統（見水中能見度）。
雷射與海水的相互作用
主要研究雷射在水中受到的散射、吸收及其所遵循的傳輸過程。70年代以後對海水雷射螢光和海水受激拉曼散射的研究，為雷射測水深、海水的化學分析和海洋的溫度、鹽度按深度的分布，打下了基礎。
海洋水體的光學傳遞函式
用線性系統理論研究海洋水體對光的散射和吸收的過程。主要研究海水點擴展函式、海水光學傳遞函式與海水固有光學參數的關係。它是建立海洋雷射雷達方程和水中圖象系統質量分析的重要依據。
與其他學科關係
海洋光學與物理海洋學的研究密切相關海洋生物初級生產力（見海洋生物生產力）的研究和調查，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係，例如輻照度為海洋初級生產力方程的主要參數。探測海洋的光學遙感感測器的波段、視場角和動態範圍等參數，都要根據海面光譜輻射的數據來確定（見海洋光學技術）。海洋輻射傳遞理論，是水色光學遙感方法的基礎。
海洋光學的發展目的與近代光學的發展密切相關：光電子學方法是海洋光學測量的主要手段，雷射技術的發展，例如可調諧雷射、水中新型藍-綠雷射、高時間解析度雷射技術等，已成為海水雷射光譜研究的重要手段，是發展海洋探測雷射雷達的技術基礎。近代光學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量的統計分析研究奠定了基礎。
性質
太陽通過海面形成海洋輻射場輻亮度(L)
表示單位立體角dΩ和單位發射面積dA發出的輻射通量，L=d2F/dAcosθdΩ。θ是光束與dA的法線的夾角。水中的輻亮度分布由海洋輻射傳遞方程來決定。輻亮度沿深度z 的變化，由垂直衰減係數к所決定。射到海面的日光中大約50％是紅外輻射，其中大部分被水深一米以內的表層所吸收，所以在水下測得的太陽光譜的峰值正好處於對海水有最大透射率的藍綠光附近，雖然它們的入射功率還不到太陽總入射功率的1/10，卻是水下光譜的主要成分，甚至在水深 600米處還能用光電法測到。水下能見度主要依賴這段光譜，它對水下動物是很重要的。實測表明：水下太陽垂直平面內的輻亮度角分布隨深度而變化，在表層有明顯的峰值，隨深度增加，峰值減小，最大值逐漸移向天底角，深度達20個衰減長度後，輻亮度趨於對稱的極限分布，此時輻亮度衰減係數к趨於極限值k，k與方向無關，且小於μ值。因而漸近極坐標曲面就是一個圍繞垂軸鏇轉、偏心率為k/μ的橢球。k/μ只取決於固有光學性質，與大氣光學狀態和海況無關。普賴森多費爾在標量輻照度衰減係數к0為常數的假設下，用輻射傳遞理論完成了漸近分布存在性的數學證明。
輻照度(E)
表示入射到無限小面元上的輻射通量dF與該面積之比。輻照度隨深度z 的增加而按指數律衰減，以海平面為基準，法線向上的單位面元上接收到的輻射通量，稱為向下輻照度Ed；法線向下的單位面元上接收到的輻射通量，稱為向上輻照度Eu，它們的分布與太陽高度角、光的波長和海水深度有關。一般海區表層水的Ed的極大值處於波長為480～500nm處。在大洋水中，隨深度的增加，此峰值移向 465nm。在懸浮顆粒和黃色物質較多的混濁海區，由於選擇吸收的結果，使極大值移向綠光。輻照度在海洋深層(100～500m)的光譜分布只局限於很窄的藍光區，其向下輻照度的衰減係數кd也趨於常數，約為0.03。特別令人注意的是，對海洋初級生產力有重大影響的上升流區域，浮游植物富集，кd的光譜分布和葉綠素的光譜吸收曲線十分相似。稱為輻照比(反射比)。R 值隨波長、海水的混濁度和深度而變化，一般為1～10％。天空光是部分偏振的，太陽的直射光是非偏振的，然而經海面折射進入海水後，隨其天頂角的增大而產生部分偏振。當透射光被海水和懸浮顆粒散射時，它的偏振分布會有很大的變化。太陽方位角不同時，垂直面上的偏振分布不同。偏振度隨著深度的增大而逐漸減小，到達輻亮度極限分布的深度後，偏振度也達到極限值。
發展
海洋光學中，不少課題有待於深入研究：①基礎理論方面。鑒於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－氣系統光譜輻射傳遞逆問題的物理模型和計算方法。雷射在水中單程的平衡態的傳輸過程的研究，已不能滿足雷射雷達探測海洋的要求，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輻射傳遞模型及其計算方法。②實驗技術方面。傳統的船測方法已不能滿足近代海洋光學發展的要求，必須發展海洋光學參數的遙測方法，研究新的海洋光學測量模型，以發展新的測量技術和測量儀器。同時，應著重加強套用研究，在海洋光學中不斷引入近代光學方法和雷射新技術，繼續開拓海洋光學在海洋開發、海洋要素的探測及海洋技術中的套用。
相關學科
光學、幾何光學、波動光學、大氣光學、量子光學、光譜學、生理光學、電子光學、集成光學、空間光學、物理學、力學、熱學、光學、聲學、電磁學、核物理學、固體物理學、大氣科學、氣候學、物候學、古氣候學、年輪氣候學、大氣化學、動力氣象學、大氣物理學、大氣邊界層物理、雲和降水物理學、雲和降水微物理學、雲動力學、雷達氣象學、無線電氣象學、大氣輻射學、大氣光學、大氣電學、平流層大氣物理學、大氣聲學、天氣學、熱帶氣象學、極地氣象學、衛星氣象學、生物氣象學、農業氣象學、森林氣象學、醫療氣象學、水文氣象學、建築氣象學、航海氣象學、航空氣象學、軍事氣象學、空氣污染氣象學。
海洋學相關知識（五）
物理學
| 力學 | 靜力學 | 動力學 | 流體力學 |分析力學 | 運動學 | 固體力學 | 材料力學 | 複合材料力學 | 流變學 | 結構力學 | 彈性力學 | 塑性力學 |爆炸力學 | 磁流體力學 |空氣動力學 | 理性力學 | 物理力學 | 天體力學 | 生物力學 | 計算力學 |
| 熱學 | 熱力學 |
| 光學 | 幾何光學 | 波動光學 | 大氣光學 | 海洋光學 | 量子光學 | 光譜學 | 生理光學 | 電子光學 | 集成光學 | 空間光學 |
| 聲學 | 次聲學 | 超聲學 | 電聲學 | 大氣聲學 | 音樂聲學 | 語言聲學 | 建築聲學 | 生理聲學 | 生物聲學 | 水聲學 |
| 電磁學 | 磁學 | 電學 | 電動力學 |
| 量子物理學 | 量子力學 | 核物理學 | 高能物理學 | 原子物理學 | 分子物理學 |
| 固體物理學 | 高壓物理學 |金屬物理學 | 表面物理學 |
