marine optics
haiyang guangxue
研究光在海洋中的特性、传播规律和光学在海洋环境中应用的学科。物理海洋学的分支。与海洋学各分支学科特别是海洋水文学和海洋生物学关系密切。
地位、作用 海洋光学在海洋开发和利用、海难救助、深潜打捞、海洋工程和国防建设等方面具有重要作用。在海洋开发和利用方面包括：水下光学摄影、测量、探测、通信、照相、光学仿生等研究；海洋光能利用；水上水下之间的通信、观察、侦察；海洋要素光学遥感；海洋光学测量仪器等。测定海水光学性质能为研究海流、海洋锋、水团、海洋细微结构等提供有效手段；随机海面光学研究，为遥测海浪方向谱建立物理模型和现场测定海浪要素提供快速的有效手段；海洋生物初级生产力的研究与海中幅照度分布、海水辐射能密度分布、海中辐射能储存等有直接关系；可调谐激光、水中蓝－绿激光和高时间分辨激光等激光技术，是发展海洋探测激光雷达的技术基础。水下摄影与摄像、水下电视、水下通信导航设备、激光雷达等，可为海军战略导弹潜艇活动、海洋打捞救助和水下军事工程的勘察、施工等提供重要的技术手段。
发展简史 19世纪后期，海洋学家开始注意研究海洋光学性质，用光学方法测量海洋的辐照度、水色等。1915年，德国W．施密特等人导出了空中的散射光在海面的反射率公式。1922年，英国U．E．谢尔福德和F．W．盖尔首次将光电管用于研究水中光辐射与太阳高度和水深的关系，以及透入海水中的光与海洋植物分布的关系。1933年，英国W．R．G．阿特金斯和H．H．普尔根据不同波长，分别使用硒光生电池观测海中亮度，促进了海洋光学技术发展。1935年，英国W．毕比乘深潜器下潜到900米，从窗口拍得深海生物珍贵照片。1938～1939年，美国M．尤因、A．瓦因等用地震动折射法测量深海沉积物厚度以观察大洋底沉积物，改装16毫米摄影机，能拍到5000米的深海景像。同一时期，瑞典、日本、德国、法国、英国等国科学家，设计制造了可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，并进行了一系列现场测量，萌生了海洋光学。第二次世界大战期间，海中摄影技术发展很快，美国海军在珍珠港入口处拍摄海底照片，绘制嵌镶地图；用水中照相搜查对方水雷，在现场监视美国水雷；用海底照相确定对方潜艇被击沉地点；进行水中爆炸摄影等。在1957～1958年的国际地球物理年调查中，测量了大西洋海洋水文要素和光学参数，研究了两者的关系。美国、苏联、法国等相继建立了实验基地，深入研究海水固有光学性质和海洋表观光学性质之间的关系，发展海洋光辐射传递理论。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之间的关系进行系统的研究。60年代中期以后，随着近代光学、激光、计算机、光学遥感的发展，海洋光学研究进一步深化，深海底摄影技术发展更快，1969年春，美国首先利用广角(110°)照相机发现了1500米深处沉没的“阿尔文”号深潜器，随即打捞成功。“埃杰顿207”型广角相机可拍4000张，能下潜到3500米深度使用，分辨力极高，可拍照面积达0．12平方千米。其后，应用计算机对多自由度系统的随机模拟的蒙特卡罗方法较好地解决了激光在水中的传播、海面向上光辐射与海水固有光学性质之间的关系，可推算出高精度的海洋与大气系统的复杂传递过程和水中激光的传输过程，以及海浪的传播分布和能量分布等。70年代后发展起来的海洋光学新领域有海洋光学遥感、激光、光学信息理论与实验方法等。
研究内容 ①海洋光学性质。包括海水对光的散射和吸收等固有光学性质，太阳和天空辐射通过海面进入海中所形成的辐射亮度分布、辐射度衰减、辐照比和偏振特性等海洋表观光学性质。②海洋光辐射传递理论。是海洋光学的核心理论，用于定量地研究海洋水体中辐射能的传递，是水中能见度、窄光束或漫发光体的辐射在水中的传输、海面向上的光谱辐射、海洋光学测量等在应用方面的理论基础。③海面向上光辐射。包括：光在海面的反射和折射；海面向上光谱辐射；海面热辐射。主要研究日光射入海洋后，经过辐射传递过程所产生的、由海洋表层向上的光辐射场，成为光学遥感探测海洋主要信息来源，是建立光学遥感模型的重要依据。④水中能见度。主要研究水中视程和图象在水中的传输问题。用海洋辐射传递理论导出水中对比度传输方程和水中图像传输方程，解决水中照相、电视摄影、电视摄像等水中摄像系统问题。⑤研究激光在水中受到散射、吸收及其所遵循的传输过程，为使用激光测量水深、海水化学分析、海水温度、盐度的深度分布研究打下基础。⑥海洋水体的光学传递函数。研究海水点扩展函数、海水光学传递函数与海水固有光学参数的关系，提供建立海洋激光雷达方程和水中图像系统质量分析的依据。⑦海洋光学在工农业生产和军事上、特别是对海军舰艇、武器技术装备等方面的应用。
展望 随着近代光学的理论与应用发展，有许多课题尚待深化研究。在基础理论方面，重点是：海洋辐射的逆问题，尤其浅海与表层、非均匀水体、海－气系统等光谱辐射传递问题的物理模型和计算方法；窄光束向多次散射和非平衡状态的辐射传递模型及其计算方法。在实验技术方面，重点是：光学参数的遥测方法，发展水中摄像、图像；光导纤维水声探测等测量技术和测量仪器。在应用方面着重加强海洋开发、海洋要素探测、海洋工程和军事设施与活动等。