海洋光学

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  海洋光学汉语拼音:Haiyang Guangxue;英语:Ocean Optics),研究海洋的光学性质、光在海洋中的传播规律和运用光学技术探测海洋的科学。是海洋物理学的分支学科,又是光学的分支学科。主要研究内容包括:海水光学性质与其他性质的联系、海洋中光的传播规律和光场的分布、海洋光学测量和探测技术等。它的发展与近代光学发展密切相关:光电子方法是海洋光学测量的主要手段;激光技术是海洋激光雷达的技术基础;近代光学信息处理和信息传递理论为海洋信息传递和统计分析的研究奠定基础。

  早在19世纪初,就有人用透明度盘目测自然光在海中的铅直衰减。从19世纪末开始,海洋学家才比较注意研究海洋的光学性质,并结合海洋初级生产力的研究,用光电方法测量海洋的辐照度。到了20世纪30年代,瑞典等国的科学家设计制造了测定海水的线性衰减系数、体积散射系数和光辐射场分布的海洋光学仪器,进行了一系列现场测量。从第二次世界大战后到20世纪60年代中期,是海洋光学的发展时期:1947~1948年,瑞典科学家在“信天翁”号环球深海调查中,首次将海洋光学调查列入重要的海洋调查计划,测量了辐照度、衰减和散射等;1950~1952年,丹麦人在环球深海调查中,致力研究了重要海区的初级生产力和光辐照之间的关系;1957~1958年,在国际地球物理年(IGY)的调查中,测量了北大西洋的水文要素和光学参数,并研究其相互的关系;美国、苏联、法国等国相继建立了实验基地,详尽研究了海水固有光学性质和海洋表观光学性质之间的关系;美国R.W.普赖森多费尔提出了比较系统的海洋光学理论,发展了海洋辐射传递理论;S.Q.敦特莱等一些学者对水中能见度理论、海洋光学测量模型、光辐射场与海水固有光学性质之间的关系,进行了比较系统的研究。20世纪70年代以后,随着近代激光、光电子技术、计算机、信息获取与处理、卫星遥感等高技术手段与方法的发展,海洋光学得到了进一步的发展。用遥感方法测量全球叶绿素a的分布,由此推算全球海洋初级生产力,可为全球大气温室效应研究提供重要依据。海色多光谱技术是获取大面积乃至全球海洋中叶绿素a含量分布的唯一有效手段。建立从海洋多光谱上辐射数据中提取叶绿素a含量的反演模型是十分重要的。在反演模型中,生物光学算法十分重要。自70年代后期出现了以下几种形式的生物光学方法:经验算法、半分析(半经验)算法以及分析算法。经验算法主要适用于严格Ⅰ类水体,特点是算法简单运行速度快;分析算法直接从辐射传递理论出发求解;半分析算法是根据辐射传输方程分析解和经验公式的结合,可适用于复杂的Ⅱ类水体。

  海洋光学和激光探测技术是利用近代激光技术、光电子技术、计算机信息获取和处理等高新技术手段研究海洋光学问题,并对海洋和海气边界层进行光学探测。在探测机制的研究基础上,结合海洋探测仿真技术,开展海洋探测新颖传感器的基础研究,为发展航空、航天遥感遥测技术开辟新的技术途径。海洋光学与激光遥感是唯一可脱离水面获取水下信息的高新技术手段,具有机动灵活、高效、实时、快速、大面积可获得垂直剖面数据的优势,水下潜器、海洋激光雷达与卫星海洋遥感结合,可构成海洋三维立体观测系统。

  近代海洋光学的发展,已融合于高技术领域发展当中。20世纪80年代的近代海洋光学与60~70年代的海洋光学的研究相比,已从单纯的调查、分析并基本上与其他学科很少渗透的研究状态,发展为与多学科互相交叉、充分运用近代科学技术手段与方法,与实际应用密切相关的一门学科。在海洋光学研究发展的基础上,海洋光学探测技术已成为海洋探测的重要手段。海洋光学探测技术主要是指在海洋研究和开发中应用的光学遥感、激光、光学信息理论和实验方法等光学技术。它是80年代以后发展起来的海洋光学新领域。