| 我是菜鳥 |
2009-04-22 12:39 |
海洋光學是光學與海洋學之間的邊緣科學。它主要研究海洋的光學性質、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、光學海洋遙感、海洋中光的信息傳遞等應用技術有關的基礎研究。 D*#r
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海洋光學的發(fā)展簡史 ?{I]!g I
早在19世紀初，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世紀末，海洋學家才開始注意研究海洋的光學性質，并結合海洋初級生產力的研究，用光電方法測量海洋的輻照度。到了20世紀30年代，瑞典等國的科學家設計制造了測定海水的線性衰減系數、體積散射系數和光輻射場分布的海洋光學儀器，進行了一系列現(xiàn)場測量。 awa $ o
從第二次世界大戰(zhàn)后到20世紀60年代中期，是海洋光學的形成時期，人們研制了各種測定海洋水體光學性質的海洋光學儀器，對各大洋光學性質進行了現(xiàn)場測量和調查。 Cdd
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1947～1948年，瑞典科學家在環(huán)球深海調查中，首次將海洋光學調查列入海洋調查計劃，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)球深海調查中，致力研究了重要海區(qū)的初級生產力和光輻照之間的關系；1957～1958年，在國際地球物理年的調查中，測量了北大西洋的水文要素和光學參數，并研究其相互的關系；美國普賴森多費爾提出了比較系統(tǒng)的海洋光學理論，發(fā)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系，進行了比較系統(tǒng)的研究。 (T0%H<#+
20世紀60年代中期以后，是海洋光學的發(fā)展階段。隨著近代光學、激光、計算機科學、光學遙感和海洋科學的發(fā)展，開拓了海洋光學研究的新領域。特別是結合信息傳遞的要求，理論上用蒙特-卡羅法定量地計算各種復雜模型的海洋輻射傳遞過程，使海洋輻射傳遞基礎研究日趨完善，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性質之間的關系等問題。 D>Ph))QI
目前，海洋光學已發(fā)展成為一門內容豐富、有相當應用價值的光學分支學科，使海洋光學從傳統(tǒng)的唯象研究轉入物理的和技術的研究。 ssC5YtF7X
海洋光學的研究內容 / h'b,iYVV
海洋光學主要研究海洋水體對光輻射的散射、吸收、光譜等性質及光輻射在海洋中的傳播規(guī)律。海水對光具有強散射和強吸收，其散射系數比大氣約高4～6個數量級。其散射函數前向性很強，海水的光譜透射分布主要決定于吸收。 K %"cVqb2V
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的核心問題。已知海洋水體的散射函數和吸收系數，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，是遙測海洋技術的基本方法。 U0W- X9>y
海洋光學的應用基礎研究主要包括水中對比度及圖像傳輸研究，海洋水體光學傳遞函數研究，激光與海洋水體相互作用研究和探測海洋的光學遙感模式研究等。 h47l;`kD-#
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。海洋激光雷達所激起的海水激光熒光光譜是探測海水化學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)象是激光雷達遙測海洋表層溫度剖面的有效方法，精度可達±0.5攝氏度。 <U]# 72 2
利用多光譜遙感資料，根據海水中葉綠素強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)峰面運動、水團分布等都可由多光譜遙感信息經過數據處理獲取。 , 4%'~8'3
對海洋光學的開發(fā)研究也稱為海洋光學工程。60年代以來比較活躍的領域有：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；海洋光學儀器，包括水中照度計、水中準直光透射率計、水中光散射儀、水中分光光度計等。 tJ9i{TS
海洋光學與物理海洋學的研究密切相關。通過測定海水的光學性質，為研究海流、上升流、海洋峰、水團等海洋細微結構提供了一種有效的手段；隨機海面的光學研究，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。 <C_FI` wk
海洋生物初級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系。例如，探測海洋的光學遙感傳感器的波段、視場角和動態(tài)范圍等參數，都要根據海面光譜輻射的數據來確定。 O Vm
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海洋光學的發(fā)展與近代光學的發(fā)展密切相關，光電子學方法是海洋光學測量的主要手段。激光技術的發(fā)展，例如可調諧激光、水中新型藍-綠激光、高時間分辨率激光技術等，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(tǒng)計分析研究奠定了基礎。 ,fwN_+5
在現(xiàn)代海洋光學的基礎理論和實驗技術方面的研究中，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算方法。 r:Xui-
再如，傳統(tǒng)的船測方法已不能滿足近代海洋光學發(fā)展的要求，必須發(fā)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(fā)展新的測量技術和測量儀器。同時，應著重加強應用研究，在海洋光學中不斷引入近代光學方法和激光新技術，繼續(xù)開拓海洋光學在海洋開發(fā)、海洋要素的探測及海洋技術中的應用。 (_ElM>
海洋光學的基礎研究和應用研究不斷沿用現(xiàn)代光學方法，應用范圍日益擴大。海洋光學是許多學科的交叉點，其發(fā)展將與現(xiàn)代光學、海洋學、空間遙感技術、信息科學等密切相關。海洋光學所取得的成就及其發(fā)展，使它已成為一門新的光學分支學科。
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