海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
海水固有光学量
海水固有光学量
随着人类对自然界现象的研究日益深入，人们越来越意识到有许多规律性的现象，其中之一就是海水固有光学量简称海水光学量。
海水光学量是一种量化海洋深度和水体悬浮物含量的参数，它可以反映海洋深层的某些特性。
海水光学量的具体含义是，它的实质是海水经折射、散射以及吸收后，观测到的光强的总量，表示为海洋深度和物质含量的一个缩写。
这一量的大小受到入射光强、海洋深度和海水的物质含量的影响。
海水光学量的量化和计算是基于海洋光学模型，基于对海洋物理、化学等不同物质含量和对海水反射、折射、散射等深层特性的研究。
研究表明，物质含量越高，海水固有光学量也越高，而当入射光强弱时，海水固有光学量会受到影响。
海水光学量的量化和计算可以用来估算海洋深度，也可以用来预测海水中的悬浮物含量，而悬浮物含量又是海洋污染的一个重要指标，因此海水光学量的量化分析是海洋环境监测的一种重要方法。
同时，海水光学量的量化还可以应用于水体温度测量，通过海水光学量的变化，可以估测水体温度的范围，这对于海洋生物研究也是十分有用的。
总之，海水光学量的量化是一项重要的研究，为海洋环境监测、污染和水生物研究等提供了重要的参考依据。
在今后的研究中，还将有更多的研究关注海水光学量，以深入了解海洋的深层特性，并制定出更加科学的海洋共同管理措施，保护海洋的生态环境。
综上所述，海水固有光学量是一种量化海洋深度和水体悬浮物含量的参数，它可以反映海洋深层的某些特性，其量化和计算是基于海洋光学模型、海洋物理、化学等研究的，可以应用于海洋环境监测、污染和水生物研究，保护海洋的生态环境。
光学原理在海洋探测的应用
光学原理在海洋探测的应用1. 引言海洋是地球表面的主要组成部分，探测海洋的信息对于人类的生存、经济和科学研究都具有重要意义。
光学原理作为一种非常有效的检测手段，被广泛应用于海洋探测中。
本文将介绍光学原理在海洋探测中的应用方法以及相关的技术。
2. 光学原理在海洋探测中的工作原理光学原理在海洋探测中的应用是基于光的传播特性和与海洋环境的相互作用。
光传播的基本原理是光线的传播路径由光的折射和散射决定。
海洋的光学特性与水质、颗粒物浓度、溶解氧含量等相关，因此可以通过测量海洋中的光学参数来获取海洋环境的信息。
3. 光学原理在海洋水质监测中的应用3.1 海洋水质监测的重要性海洋水质监测是评估海洋生态系统健康和保护海洋资源的关键任务。
光学原理可以通过测量水中的透明度、浊度和色度等参数来评估水质。
3.2 光学原理在测量水质中的应用•透明度测量：透明度是指光线在水中能够传播的距离。
光学原理可以通过测量水中的散射、吸收和反射来评估透明度，并将其与水质标准进行比较，从而判断水质是否合格。
•浊度测量：浊度是指水中颗粒物质的含量。
光学原理可以利用光在浊液中的散射和吸收特性来测量浊度，从而评估水质。
•色度测量：色度是指水样的颜色强度，是水质中溶解物质的一个指示。
光学原理可以通过测量水样中的吸收和散射来测量色度，从而评估水质。
4. 光学原理在海洋生物监测中的应用4.1 海洋生物监测的重要性海洋生物监测对于评估海洋生态系统的健康状态、物种多样性和生物量分布等具有重要意义。
光学原理可以通过测量海洋中的荧光、吸收光和散射光等参数来获取海洋生物信息。
4.2 光学原理在测量海洋生物中的应用•荧光测量：荧光是海洋中生物在受激发光状况下发出的光。
光学原理可以通过测量海水中的荧光强度来评估海洋生物的浓度和种类，从而监测海洋生态系统的健康状况。
•吸收光测量：吸收光是指生物体对特定波长光线的吸收特性。
光学原理可以通过测量海水中的吸收光强度来评估海洋生物的光合作用活性和生物量分布。
水体固有光学特性和表观光学特性测量在水色遥感中应用
• • • • • • •
HydroScat 光学结构
标定原理几何图形
标定得到的曲线 W(z) Weighting Function
140°的散射（单角度散射）
表示不同角度的散射分布 即体散射相函数
• S为 仪器测量的信号 • σ(Kbb) 是SIGMA校正因子，主要由光源和散射体 积间的衰减引起 • ρ是标定靶的反射率，为常数 • ∝与对W(z)从无穷远到0处的积分成反比 • Ψ是测量的角度，HS6采用的是固定角度140°
测量与计算的 存在误差 计算值 1.08 测量值1.13
HydroBeta 体散射相函数测量仪 美国NOAA 海军基金支持
•消偏振激光束532nm •12辐射计接收器从不同角度监测 •角度:0(beamtransmission),10,15,20, 30,50,70,90,120,140,160,and170 degrees •接收器固定，且角度可调 •高频脉冲激光，接收机同步到激光脉冲 •日光下使用，仪器自动消除背景光 •可迅速测量剖面体散射相函数 •前向接收器窄视场角FOV（<0.5°）和低 增益，以适应前向体散射函数的高信号 •背向接收器具有更宽接收器窄视场角FOV （高达2.2°）和高增益，以适应后向体散射 函数的低信号
表观和固有光学属性
下图为纯海水的体积散射函数，可以看出散 射在前向和后向基本对称
⒉粒子的体积散射函数
粒子的散射函数可以根据以下恒等式确定
β p(φ ,λ )= β (φ ,λ )- β w(φ ,λ )
其中下标p 代表粒子，下标w 代表纯水或者 纯海水。这样根据现场测量的总体积散射函 数，减去纯水或者纯海水的体积散射系数就 可以得到粒子的体积散射函数
adg(λ )= adg(440) e-sdg(λ - 440)
（2）体积散射函数、散射系数 与Phase function
物质的散射特性决定于其体积散射函数β (θ ) 它描述了光子被散射到某一特定角度θ 的概 率。 散射系数b是所有方向的散射光子之和。
Phase function 定义为体积散射函数与散射 系数之比。
(一)海洋光学中的基本辐射量
广泛应用的描述光场的物理量为辐射通 量、辐射强度、辐亮度、辐照度以及标量辐 照度。 (1)辐射通量(Radiant Flux) φ ，辐射能 量的 传输率，即φ ＝dF/dT,其中F 为辐射能量，T 为时间。单位为W。 (2)辐射强度(Radiant Intensity) I，在特定方 向，在单位立体角内的辐射通量，即 I=dφ /dω 其中ω 为立体角。单位为W / sr。
值得注意的是，实际使用过程中的叶绿素浓度 通常是指叶绿素a（浮游植物细胞内的主要色 素）浓度与褐色素（pheophytin）浓度之和， 更为精确的名称应该是色素浓度（pigment concentration）。
叶绿素浓度的变化范围大致如下：对于最清澈 的大洋水区域，大约为0.01mg/m3；对于沿岸 上升流区域，大约为10mg/m3；对于富营养的 （eutrophic）河口或者内陆湖水，大约为 100mg/m3；大洋近表层的全球平均值大约在 0.05mg/m3
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法摘要海洋光学固有光学参数主要包括吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数，这些参数仅取决于海水本身的物理特性，是海洋光学研究的基本参数。
本文主要介绍了固有光学参数以及目前国际海洋光学和海色遥感界最常用的固有光学参数测量方法。
关键词固有光学参数；吸收系数；后向散射系数0 引言自然水体中，不管是淡水还是盐碱水体，都含有溶解物质和粒子物质。
溶解物质和粒子物质的类型和浓度在各种水体中变化很大，这直接影响水体的光学性质。
自然水体的光学特性与生、地、化要素以及物理环境密切相关，因此研究自然水体的光学特性有很重要的意义。
19世纪初海洋研究者开始利用透明度盘目测自然光在海水中的垂直衰减。
19世纪末海洋学家开始注意研究海洋的光学特性，并采用光电方法测量了海洋的辐照度。
20世纪30年代瑞典等国的科学家设计了最初的海洋光学仪器，用以测定海水的光辐射场分布、体积衰减系数和散射系数。
20世纪60年代，Preisendorfer提出了比较系统的海洋光学辐射传递理论，根据海洋中光学特性是否随光场分布变化定义了海洋的固有光学特性和表观光学特性。
本文主要介绍自然水体的固有光学参数以及当前测量固有光学参数最常用的仪器。
1 固有光学参数介绍固有光学参数包括光谱吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数等。
影响海水固有光学参数的海水组分主要包括：纯海水、悬浮颗粒物和有色可溶有机物（CDOM）。
水体总吸收系数与总散射系数分别为海水各组分吸收系数与各组分散射系数之和[3，6]。
其中，表示水体总吸收系数，分别表示纯水、浮游植物叶绿素、非色素悬浮颗粒物、有色可溶有机物的吸收系数；表示水体总散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物的散射系数；为总后向散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物后向散射的比例系数。
2 测量固有光学参数的仪器2.1 ac-s高光谱吸收衰减测量仪固有光学参数中的吸收系数a和衰减系数c可以由美国WET Labs 公司生产的ac-s高光谱吸收衰减仪[7]测量，该仪器是目前国际海洋光学和海色遥感界公认的吸收系数和衰减系数现场测量标准仪器。
海洋光学综述
海洋光学综述海洋光学是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。
它是海洋物理学的分支学科，又是光学的分支学科。
光电子学方法是海洋光学测量的主要手段，基础研究中包括实验和理论两方面。
实验方面主要运用现场和实验室的测量方法进行海洋光学性质的研究。
一、发展简史早在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60年代中期，是海洋光学的发展时期：1947〜1948年，瑞典科学家在环球深海调查中（“信天翁”号），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；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。
60年代中期以后，随着近代光学、激光、计算机科学、光学遥感和海洋科学的发展，海洋光学得到了进一步的发展，特别是结合信息传递的要求，用蒙特卡罗方法较好地解决了激光在水中的传输、海面向上光辐射与海水固有光学性质之间的关系等问题，使海洋光学从传统的唯象研究转入物理的和技术的研究。
二、研究内容（一）基础研究包括实验和理论两方面。
实验方面主要运用现场和实验室的测量方法进行海洋光学性质的研究。
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法作者：陈立贞来源：《科技传播》2013年第21期摘要海洋光学固有光学参数主要包括吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数，这些参数仅取决于海水本身的物理特性，是海洋光学研究的基本参数。
本文主要介绍了固有光学参数以及目前国际海洋光学和海色遥感界最常用的固有光学参数测量方法。
关键词固有光学参数；吸收系数；后向散射系数中图分类号P7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）102-0133-020 引言自然水体中，不管是淡水还是盐碱水体，都含有溶解物质和粒子物质。
溶解物质和粒子物质的类型和浓度在各种水体中变化很大，这直接影响水体的光学性质。
自然水体的光学特性与生、地、化要素以及物理环境密切相关，因此研究自然水体的光学特性有很重要的意义。
19世纪初海洋研究者开始利用透明度盘目测自然光在海水中的垂直衰减。
19世纪末海洋学家开始注意研究海洋的光学特性，并采用光电方法测量了海洋的辐照度。
20世纪30年代瑞典等国的科学家设计了最初的海洋光学仪器，用以测定海水的光辐射场分布、体积衰减系数和散射系数。
20世纪60年代，Preisendorfer提出了比较系统的海洋光学辐射传递理论，根据海洋中光学特性是否随光场分布变化定义了海洋的固有光学特性和表观光学特性。
本文主要介绍自然水体的固有光学参数以及当前测量固有光学参数最常用的仪器。
1 固有光学参数介绍固有光学参数包括光谱吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数等。
影响海水固有光学参数的海水组分主要包括：纯海水、悬浮颗粒物和有色可溶有机物（CDOM）。
水体总吸收系数与总散射系数分别为海水各组分吸收系数与各组分散射系数之和 [3，6]。
其中，表示水体总吸收系数，分别表示纯水、浮游植物叶绿素、非色素悬浮颗粒物、有色可溶有机物的吸收系数；表示水体总散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物的散射系数；为总后向散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物后向散射的比例系数。
海洋水质与光学参数联合测量技术研究
海洋水质与光学参数联合测量技术研究海洋水质与光学参数的联合测量技术是近年来海洋环境研究领域的重要课题之一。
随着人类经济社会的发展以及工业化进程的加快，海洋环境污染问题日益严重，带来了广泛的关注。
因此，准确且实时地监测海洋水质状况成为了保护海洋环境和人类健康的迫切需求。
光学参数是描述光在海洋中传播过程的基本量，包括水体的吸收、散射和透射等特性。
通过对海洋光学参数的测量和分析，可以获得有关海洋水体的信息，如悬浮颗粒物的浓度、透明度、色素含量等。
这些信息对于海洋环境研究、渔业探测、海洋生态保护等方面具有重要意义。
传统的海洋水质监测方法主要依靠采样分析实验室测量手段，但这种方法操作繁琐、时间成本高，无法提供实时的水质监测数据。
而光学参数联合测量技术可以在实验室分析的基础上，通过实时监测仪器采集数据，实现对海洋水质的在线监测与分析。
海洋水质与光学参数的联合测量技术主要基于光学遥感原理，利用光的吸收、散射和透射等特性来获取海洋水体的光学信息。
光学仪器使用不同波长的光束照射到水体中，通过对光线的散射、透射进行测量，可以获得水体中的悬浮颗粒物浓度、透明度、色素含量等数据。
同时，结合传感器和测量设备，可以实现对水质参数的多维度监测与分析，如pH值、温度、盐度等。
光学参数联合测量技术具有多项优势。
首先，相比传统的采样分析方法，它具备实时性和高效性，能够提供连续、准确的水质监测数据。
其次，该技术具备非接触性和远程性，可以避免传统方法中对样品的破坏和污染，减少了对海洋生物的干扰。
此外，光学参数联合测量技术还具备较高的空间分辨率，能够实现对局部海域的精准监测。
目前，光学参数联合测量技术在海洋环境研究和海洋生态保护方面得到广泛应用。
其中，一项重要的应用是海洋悬浮颗粒物浓度的监测。
悬浮颗粒物是海洋水体中的重要组成部分，对海洋生态系统的结构和功能具有重要影响。
通过光学参数联合测量技术，可以实时监测悬浮颗粒物的浓度及其空间分布，为海洋环境保护和生态研究提供重要依据。
海洋光学测量装置在水质与生态参数测量中的应用研究
海洋光学测量装置在水质与生态参数测量中的应用研究近年来，随着海洋资源的逐渐枯竭和环境污染的日益严重，对海洋水质和生态环境的监测和评估变得越来越重要。
而海洋光学测量装置则成为科学家们研究海洋水质和生态参数的重要工具。
它利用光学原理和仪器技术，能够准确测量海洋中的各种物理、化学和生物参数，为海洋环境保护和可持续发展提供了重要的科学依据。
海洋光学测量装置可以测量的参数包括水温、盐度、溶解氧含量、氨氮、硝酸盐、叶绿素a等。
通过准确测量这些参数，科学家们可以评估海洋的水质状况，了解海洋生态系统的健康状况，并为制定有效的保护策略提供支持。
首先，海洋光学测量装置在水温和盐度测量中的应用非常广泛。
水温和盐度是海洋中最基本的物理参数，对海洋生物和化学过程有着重要影响。
海洋光学测量装置通过测量水体的光学特性和反射率，可以准确测量水温和盐度。
这些数据对于海洋环流、海洋碳循环等研究具有重要意义。
其次，海洋光学测量装置在测量溶解氧含量方面也起到了关键作用。
溶解氧对于海洋生态系统和生物多样性具有重要影响，过低的溶解氧含量会导致海洋生物死亡，影响海洋生态平衡。
海洋光学测量装置通过测量水体中氧气的透过率和光合作用的光谱，可以准确测量溶解氧含量，为科学家们研究海洋氧循环和生态系统的健康提供重要数据。
此外，海洋光学测量装置还能够测量海洋中的主要营养盐，如氨氮和硝酸盐。
海洋中的氨氮和硝酸盐是海洋生态系统中有机物生产和生物生长的重要营养素。
通过测量水体中的光学特性，海洋光学测量装置可以准确测量这些营养盐的浓度，为科学家们研究海洋生态系统的营养元素循环和生物生态过程提供重要依据。
最后，海洋光学测量装置在测量叶绿素a方面也发挥着重要作用。
叶绿素a是海洋中主要的叶绿素类型，是生物量和生产力的关键指标。
通过测量水体中的叶绿素a的光学特性，海洋光学测量装置可以准确估计叶绿素a的浓度，为科学家们研究海洋生态系统的生产力和营养盐循环提供重要数据。
综上所述，海洋光学测量装置在测量海洋水质和生态参数方面具有重要的应用价值。
测量海洋生态光学参数的设备校准技术研究
测量海洋生态光学参数的设备校准技术研究导言海洋是地球上最大的生态系统之一，其中光是驱动海洋生物生长和生态过程的重要因素之一。
随着科学技术的进步，测量海洋生态光学参数的设备逐渐得到了广泛应用。
然而，准确测量海洋生态光学参数需要设备校准技术的支持。
本文将针对测量海洋生态光学参数的设备校准技术进行研究和探讨。
一、海洋生态光学参数的重要性海洋生态光学参数是指海洋水体中光线的传播、吸收、散射等光学特性。
这些参数反映了海洋生态系统的光环境质量和生态状态。
测量海洋生态光学参数可以帮助我们更好地了解海洋生态系统的运行机理、资源分布和自然环境的变化情况。
根据国际海洋和极地协会的定义，海洋生态光学参数主要包括颜色溶解有机物（CDOM）、溶解无机物（DIW）、悬浮颗粒物（SPM）和叶绿素（Chl-a）等指标。
这些参数的测量可以用于研究海洋水体中有机物、无机物的分布、浓度和来源，以及初级生产力和水体透明度等重要生态过程。
二、设备校准的必要性及困境许多设备可以用于测量海洋生态光学参数，例如激光拉曼光谱仪、分光辐射计和多光谱成像仪等。
然而，由于海洋环境复杂多变，设备的准确性和可靠性常常受到挑战。
因此，设备的校准至关重要。
设备校准的主要目标是消除测量误差，提高测量准确度和一致性。
然而，由于海洋生态光学参数的复杂性和变异性，设备校准面临一些困境。
首先，海洋生态光学参数受到多种环境因素的影响，如气候、水质和光照等。
这些因素在不同海域和不同季节表现出巨大的变化，给设备校准带来了挑战。
其次，海洋生态光学参数本身也存在着空间和时间的变异性，需要考虑到这些变异性进行校准。
最后，设备校准还需要解决设备之间的一致性问题，确保不同设备的测量结果具有可比性。
三、设备校准的方法和技术针对测量海洋生态光学参数的设备校准，已经开展了一系列方法和技术的研究。
以下是一些常用的设备校准方法：1. 标准物质法：通过制备标准溶液或标准样品，利用其在特定波长下的光学特性，检验和校准设备的准确性。
从海洋试验看海洋生物光学特性
从海洋试验看海洋生物光学特性光学特性是指物质对光的吸收、反射、透射和散射等现象及其表现出的性质。
在海洋环境中，海洋生物也具有独特的光学特性。
通过研究海洋生物的光学特性，我们可以更好地了解海洋生态系统的动态和保护海洋生物的重要性。
海洋生物光学特性的研究不仅可以应用于海洋生态学和海洋生物学领域，还对渔业、水下探测技术、海洋工程等领域具有重要的应用价值。
本文将从海洋生物光学特性的定义、海洋生物的光学适应性和海洋生物的光学应用等方面进行探讨。
首先，海洋生物光学特性可以被定义为海洋生物对光的相互作用方式和特点。
海洋生物的光学特性主要包括颜色、透明度、反射率和散射率等方面。
不同种类的海洋生物对于光的相互作用方式也存在差异。
例如，透明的浮游生物如浮游植物和浮游动物大多数都会吸收蓝光和红外线光线，并且能够通过调整藻类、绿植物和有机颗粒的浓度来实现光学调控。
其次，海洋生物的光学特性还表现出一定的光学适应性。
海洋生物通过吸收或反射不同波长的光来适应不同的生存环境。
例如，深海生物通常会表现出弱的自发发光，这种现象被称为生物发光。
这是因为深海环境中缺乏太阳光，生物需要借助自身的发光来进行求偶、互相识别和捕食等行为。
另外，海洋生物的光学特性也对海洋环境的调查和海洋资源的开发有一定的应用价值。
海洋光学遥感技术是利用光学传感器和卫星遥感技术来研究和监测海洋环境的一种非接触性技术。
通过光学遥感技术，可以获取不同波段的海洋光学特性信息，从而有效评估海洋生态系统的健康状况、海水的光学透明度以及浮游生物丰度等。
这些信息对于渔业资源评估和海洋环境污染监测等有着重要的指导作用。
此外，海洋生物光学特性的研究还可以为水下探测技术提供参考。
由于海洋环境的复杂性，水下探测技术在海洋科学研究、海洋资源勘探和水下工程等领域具有重要的应用价值。
而海洋生物的光学特性则可以为水下探测技术提供新的思路。
例如，利用海洋生物的光学特性可以设计新型的光学传感器，实现对海洋环境中的生物和环境参数的实时监测。
海洋生态光学参数与水质观测精度分析
海洋生态光学参数与水质观测精度分析摘要：海洋生态光学参数与水质观测精度分析是一个重要的研究领域，它对于了解海洋生态系统的健康状况和生态环境变化具有重要意义。
本文将从海洋生态光学参数的定义、测量方法以及与水质观测精度的关系等方面进行深入探讨。
1. 引言海洋是地球上最大的水域，其中包含着众多的生物多样性和生态系统。
了解海洋生态系统的光学参数以及水质信息对于保护海洋生态环境和合理利用海洋资源具有重要意义。
海洋生态光学参数是指在海洋环境中与水体和溶解或悬浮物质交互作用的光学特性，如吸收系数和散射系数等。
2. 海洋生态光学参数的定义与测量方法海洋生态光学参数包括水体的吸收系数、散射系数、光学透明度等。
其中，吸收系数是指水中溶解或悬浮物质对光的吸收能力，而散射系数是指水中溶解或悬浮物质对光的散射能力。
测量方法主要有：叶绿素荧光法、光谱吸收法、海洋遥感等。
这些方法可以提供准确的光学参数值，进而用于水质观测和生态环境监测。
3. 海洋生态光学参数与水质观测精度的关系海洋生态光学参数与水质观测精度密切相关。
首先，通过测量海洋生态光学参数可以获得水质信息，如叶绿素浓度、悬浮颗粒物浓度等，从而评估水质状况。
其次，深入了解海洋生态光学参数与水质的相互作用可以提高水质观测精度。
例如，光散射的强度与颗粒物的浓度呈正相关关系，通过测量光散射系数可以间接获得颗粒物浓度，并推测水质状况。
4. 采用先进的观测技术提高水质观测精度为了提高水质观测的精度，需要采用先进的观测技术和方法。
目前，海洋遥感技术在水质观测中起到了重要作用。
利用遥感卫星获取的海洋光学数据，结合先进的算法和模型，可以实现大范围、高精度的水质参数反演。
同时，还可以借助无人机和潜水器等设备对局部海域进行高分辨率和实时的水质观测。
5. 挑战与未来展望海洋生态光学参数与水质观测精度分析仍然面临一些挑战。
首先，海洋环境的复杂性和多样性给观测和分析带来了困难。
其次，海洋环境变化的过程与光学参数的关系还存在很多不确定性。
光学瞬时扫描技术在测量海洋生态光学参数中的应用
光学瞬时扫描技术在测量海洋生态光学参数中的应用引言：海洋生态系统是地球上最复杂的生态系统之一，对于维持地球生物多样性、调节气候和提供食物资源具有至关重要的作用。
而了解海洋生态系统的光学特性对于解释和预测其功能和动态过程至关重要。
在过去的几十年里，我们见证了各种海洋光学探测技术的出现和发展。
而其中一种被广泛应用的技术就是光学瞬时扫描技术。
光学瞬时扫描技术的原理和优势：光学瞬时扫描技术是一种基于光学观测的非接触、高精度、实时监测的方法，它可以获取海洋中光的分布和特性。
这种技术主要基于激光干涉和散射原理，通过对被测介质中光的传播和反射特性的观测，从而获取样品的光学参数。
与传统的野外采样和实验室分析相比，光学瞬时扫描技术具有如下优势：1. 高效性：光学瞬时扫描技术可以在较短的时间内获取大量的数据，相比于传统采样方法，它可以更全面地揭示海洋生态系统中的光学特性。
2. 高精度：光学瞬时扫描技术具有高分辨率和高灵敏度，可以精确测量海洋中微弱光信号的强度和散射特性。
3. 实时性：光学瞬时扫描技术可以实时监测海洋生态系统中光的变化，对于动态的生态过程提供了及时的观测数据。
光学瞬时扫描技术在测量海洋生态光学参数中的应用：光学瞬时扫描技术在测量海洋生态光学参数中具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 光学组分分析：通过对海水中各种物质的光学特性的观测和分析，可以得到海洋生态系统中不同组分的浓度信息。
例如，可以利用光学瞬时扫描技术测量海洋中溶解有机物（DOM）的吸收系数，从而可以推断海洋中的有机物浓度和来源。
2. 浊度测量：浊度是海洋中颗粒物悬浮浓度的一个指标，它可以反映海洋生态系统中的水质状况和生物活动的强度。
光学瞬时扫描技术可以通过测量海洋中的散射特性来估算浊度。
3. 叶绿素测量：叶绿素是海洋中的一种光合色素，它与海洋的生产力和生态系统的结构有密切关系。
光学瞬时扫描技术可以测量海洋中叶绿素的荧光特性，从而提供了对海洋生产力的评估和监测。
海洋生态光学测量战略与设备规划
海洋生态光学测量战略与设备规划海洋生态光学测量是一种通过光学手段来获取海洋生态系统信息的测量方法。
它利用光的传播特性和生物体与光的相互作用，通过测量光的吸收、散射、透射和辐射等参数，来获取海洋中生物体的分布、生物量、物种组成、生物活动等重要生态信息。
海洋生态光学测量对于了解海洋生态系统的结构和功能以及海洋生态环境的状况具有重要意义。
在海洋生态光学测量中，光学仪器和设备起着关键作用。
为了有效地获取准确的海洋生态信息，我们需要制定合理的测量战略，并选择适当的设备来实施测量工作。
首先，关于测量战略的制定，我们应考虑以下几个方面。
首先，根据测量目标和研究问提，确定测量区域、时间和频率。
不同海区的光学特性和生态环境会有所差异，因此，根据研究需要选择合适的测量区域。
同时，根据研究目标和问题确定测量时间和频率，以确保获取全面和准确的数据。
其次，选择适当的测量参数。
海洋生态光学测量主要涉及吸收、散射、透射和辐射等参数的测量。
不同的参数反映了不同生态信息，因此，根据研究目标和问题选择适当的测量参数，以获取所需的生态信息。
此外，选择合适的测量方法。
海洋生态光学测量可以使用多种方法，如船载测量、潜望式测量和遥感测量等。
选择合适的测量方法需要考虑测量区域的特点、仪器设备的可行性以及数据精度等因素。
不同的测量方法有其优势和局限性，因此，根据研究需要选择最适合的测量方法。
在设备规划方面，我们应选择高质量、高性能的光学仪器和设备来实施海洋生态光学测量。
首先，选择合适的光学仪器，如光谱仪、散射仪和水下相机等。
这些仪器应具备适当的波段范围、较高的分辨率和敏感度，以获取准确的光学参数。
同时，仪器应具备合适的采样速度和稳定性，以满足实际测量需求。
其次，为了提高测量效率和准确性，我们还可以考虑使用自动化设备和系统。
例如，自动采集系统可以实现定时采样和数据记录，减少人为误差和提高数据连续性。
同时，数据处理和分析软件也是必不可少的，它们可以帮助我们处理海量的测量数据，并得出有效的结论和结构。
海洋生态光学测量技术对水质变化的敏感度分析
海洋生态光学测量技术对水质变化的敏感度分析随着全球海洋环境的不断恶化，保护海洋生态系统和维护水质成为当务之急。
海洋生态系统是地球生物多样性的重要组成部分，对全球碳循环、气候调节和人类社会经济发展都具有重要影响。
因此，准确测量和监测海洋水质变化对于科学研究和环境管理至关重要。
在海洋生态系统的监测和研究中，光学测量技术发挥着重要作用。
这些技术利用光的特性来测量水体的各种指标，如浊度、溶解氧、叶绿素-a浓度和颗粒物质分布等。
海洋生态光学测量技术凭借其高时空分辨率、非破坏性和实时性等特点，在水质监测和环境保护方面具有巨大潜力。
首先，在海洋生态光学测量技术中，浊度是一个重要的指标。
浊度反映了水体中悬浮颗粒物的数量和大小，并间接反映了水体的透明度。
浊度的变化往往与底层废弃物的排放、河流入海和气候变化等因素有关。
通过使用光学测量技术，可以实时监测和分析水体的浊度变化。
因此，光学测量技术对于评估海洋水体的健康状况和污染程度具有高度敏感性。
其次，溶解氧是评估水体生态系统健康状况的关键指标之一。
水体中的氧气含量受到多种因素的影响，包括藻类生长、水温和废水排放等。
海洋生态光学测量技术可以通过测量水体中溶解氧的光学特性，实时监测和分析溶解氧含量的变化。
通过这些数据，我们可以评估海洋水体中氧气的供给和需求，进而了解水体中生物生产力和生态系统的健康状况。
叶绿素-a是海洋中常见的植物色素，用于评估水体中藻类和植物的生长状况。
光学测量技术可以通过测量水体中叶绿素-a的吸收和散射特性，来间接评估藻类和植物的生长和分布情况。
叶绿素-a的浓度变化可以提供有关海洋生态系统中植物生长、食物链结构和能量流动的重要信息。
因此，对于了解海洋生态系统的健康状况和变化趋势，光学测量技术是一种高度敏感的方法。
最后，海洋中的颗粒物质分布也对水质变化分析具有重要意义。
颗粒物质可以包括悬浮固体、有机物和细菌等。
光学测量技术可以通过分析水体中颗粒物质的散射和吸收特性，来评估水体中颗粒物质的浓度和大小。
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
陈立贞
【期刊名称】《科技传播》
【年(卷),期】2013(000)021
【摘要】海洋光学固有光学参数主要包括吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数，这些参数仅取决于海水本身的物理特性，是海洋光学研究的基本参数。
本文主要介绍了固有光学参数以及目前国际海洋光学和海色遥感界最常用的固有光学参数测量方法。
【总页数】2页(133-134)
【关键词】固有光学参数;吸收系数;后向散射系数
【作者】陈立贞
【作者单位】中国海洋大学海洋遥感研究所，山东青岛266003 【正文语种】中文
【中图分类】P7
【相关文献】
1.在海洋学中的特殊光学测量方法 [J], Hund.,H; 夏达英
2.毛绒类纤维直径不同测量方法的比较研究--基于扫描电镜和光学显微镜的图像测量方法 [J], 李丹芬; 任冀澧; 王柏华
3.现场海水中有机污染物光学测量方法研究[J], 孙继昌; 惠力; 吴承璇; 程岩; 程广欣; 徐珊珊; 宋文杰
4.水下目标光学隐蔽参数测量方法研究 [J], 蔡鹏; 朱海荣
5.光学元件偏振参数的测量方法及装置 [J], 刘明强。
海洋的固有光学性质
第四节海洋的固有光学性质与边界条件无关, 仅决定于海水本身物理性质和光学特性的海水光学性质称为海水固有光学性质。
1）海水折射率n w近似可取n w=1.34或4/3。
相应的光速为2.25×108 m s/。
海水折射率随温度、盐度变化很小,见表1-1。
海水的折射率随波长缩短而增大。
纯水折射率色散见表1-2。
表1-1海水折射率随温度和盐度的变化（波长λ=0.5893μm）表1-2纯水折射率随波长的变化（温度20℃）光进入海中，受到海水的作用将衰减。
即使最纯净的水，这种衰减也是很严重的。
引起衰减的物理过程有两个：吸收和散射（如图1.7）。
图1.7 海水的吸收与散射作用光能量在水中损失的过程就是吸收。
吸收也存在不同的物理过程。
有些光子是在它的能量变为热能时损失了，有些光子被吸收后由一种波长变为了另一种波长的光。
发生散射时，光子没有消失，只是光子的前进方向发生了变化。
单色准直光束通过海水介质，辐射能呈指数衰减变化：L (r )=L (0) ex p(-cr ) (1-12)其中：c 为海水体积衰减系数()m -1，r 为光的传输距离。
)0(L 为坐标0点沿r 方向的辐亮度；)(r L 为路径r 处沿r 方向的辐亮度。
当通过路程 r =l 且 cl =1时，辐亮度衰减到原来的 e -1，则称此路程 l 为海水的衰减长度(m )，这时)(r L 为)0(L 的1-e 。
透射率t ：通过均匀水体的路径为0～r , 表示为L L e r cr 0=- (1-13) 式中L 0—坐标0点沿r 方向的辐亮度; L r —路径r 处沿r 方向的辐亮度。
当一束光入射到海水的一小体积上时，它的能量将分布在很宽的角度范围，即散射光的强度随散射角而发生变化。
这种变化用海水体积散射函数)(θβ来表示。
)(θβ定义为：在θ方向单位散射体积、单位立体角内散射辐射强度与入射在散射体积上辐照度之比()m sr --. 11，可表示为 Ed vd d Ed v dI ωϕθθβ/)()(== (1-14) 式中)(θdI 为θ方向的散射强度，d v 为散射体积元（如图1.8所示）图1.8 体积散射函数海水体积散射函数)(θβ对空间4π立体角内的积分，即各散射方向散射的总和，就是海水体积散射系数b (m -1)，可表示为⎰=πθθθβπ0)sin()(2d b (1-15) 前向散射系数b f ，表征在前向02<<θπ立体角内散射的总和，可表示为⎰=20)sin()(2πθθθβπd b f (1-16) 后向散射系数b b ，表征在后向πθπ<<2立体角内散射的总和，可表示为 ⎰=ππθθθβπ2)sin()(2d b b (1-17)纯水的体积散射函数d图1.9 不同水型体积散射函数曲线图1.10 各种水体的体积散射函数（突出小角度散射）图1.11 海水小角度散射函数曲线图1.9为实验测定的纯水及不同类型海水的散射函数曲线，图1.10为突出了小角度散射是不同类型海水的散射函数曲线图，1.11为海水小角度散射函数曲线。
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海洋光学固有光学参数及其现场测量方法
摘要海洋光学固有光学参数主要包括吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数，这些参数仅取决于海水本身的物理特性，是海洋光学研究的基本参数。
本文主要介绍了固有光学参数以及目前国际海洋光学和海色遥感界最常用的固有光学参数测量方法。
关键词固有光学参数；吸收系数；后向散射系数
0 引言
自然水体中，不管是淡水还是盐碱水体，都含有溶解物质和粒子物质。
溶解物质和粒子物质的类型和浓度在各种水体中变化很大，这直接影响水体的光学性质。
自然水体的光学特性与生、地、化要素以及物理环境密切相关，因此研究自然水体的光学特性有很重要的意义。
19世纪初海洋研究者开始利用透明度盘目测自然光在海水中的垂直衰减。
19世纪末海洋学家开始注意研究海洋的光学特性，并采用光电方法测量了海洋的辐照度。
20世纪30年代瑞典等国的科学家设计了最初的海洋光学仪器，用以测定海水的光辐射场分布、体积衰减系数和散射系数。
20世纪60年代，Preisendorfer提出了比较系统的海洋光学辐射传递理论，根据海洋中光学特性是否随光场分布变化定义了海洋的固有光学特性和表观光学特性。
本文主要介绍自然水体的固有光学参数以及当前测量固有光学参数最常用的仪器。
1 固有光学参数介绍
固有光学参数包括光谱吸收系数、散射系数、衰减系数和体散射函数等。
影响海水固有光学参数的海水组分主要包括：纯海水、悬浮颗粒物和有色可溶有机物（CDOM）。
水体总吸收系数与总散射系数分别为海水各组分吸收系数与各组分散射系数之和[3，6]。
其中，表示水体总吸收系数，分别表示纯水、浮游植物叶绿素、非色素悬浮颗粒物、有色可溶有机物的吸收系数；表示水体总散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物的散射系数；为总后向散射系数，分别表示纯水和悬浮颗粒物后向散射的比例系数。
2 测量固有光学参数的仪器
2.1 ac-s高光谱吸收衰减测量仪
固有光学参数中的吸收系数a和衰减系数c可以由美国WET Labs 公司生产的ac-s高光谱吸收衰减仪[7]测量，该仪器是目前国际海洋光学和海色遥感界公认的吸收系数和衰减系数现场测量标准仪器。
较清洁海水中吸收管和衰减管均
25cm长，直径φ=8mm，被安置于仪器中部。
吸收管为全反射石英内壁，衰减管为全吸收内壁。
光源由两个白炽灯（钨丝）提供两束平行光分别进入吸收管和衰减管，被安置于仪器下部。
两个光电接收器（二极管）分别接受吸收管和衰减管顶端的光信号，被安置于仪器上部。
吸收管和衰减管的入水口在下方，出水口在上方，出水口处接水泵，使两管内海水由下向上流动[7]。
现场测量的ac-s原始数据需按仪器使用说明书进行以下各项数据校正。
1）纯水定标。
正常情况下，ac-s测量纯水时，经过校正后得到的吸收系数和衰减系数应该接近于0。
然而ac-s作为高精密光学仪器，随使用时间的延长，光学器件自身的老化会导致测量结果出现非常明显的漂移，忽略纯水定标会对测量数据的进一步分析带来严重的误差；
2）温盐校正。
由于仪器定标温度与现场实测温度有一定差异，现场测量数据受温度影响比较大，尤其对红光波段的影响比较严重，因此，必须对现场实测数据进行温度校正。
由于仪器定标用的是纯水定标，而实测海水盐度一般在30psu 左右，因此还需要对实测数据进行盐度校正。
ac-s测量的吸收系数am和衰减系数cm为海洋水体所有物质的吸收系数at和衰减系数ct减去纯水的吸收系数aw 和衰减系数cw后的结果。
3）反射管散射校正。
ac-s吸收管内壁具有全反射特性，实际往往无法达到理想效果，反射管并不能完全反射所有散射光，最终导致测量到的吸收系数偏高，目前最常用的散射校正有3种方法。
（1）选取近红外波段（715nm附近）作为参考波段，假设在该波段附近海水中粒子和溶解物质对光吸收没有任何贡献，只有散射对吸收管测量的结果有贡献，这部分贡献正是反射管的散射误差。
散射校正时，进一步假设其体散射函数的形状和大小与波长无关，将吸收系数做完温盐校正后减去该散射误差。
三种散射校正方法中，前两种计算方法较为简便，第1种计算方法假设所有波段散射误差相同并不十分准确；第2种计算方法虽然可以对各波段进行散射校正，但是k非常难确定；第3种方法是前两种方法的综合，该方法需要多个参考量，算法比较复杂，但是该方法能够自动确定散射校正因子。
因此，在数据散射校正中建议采用第三种方法。
2.2 BB9高光谱后向散射仪
固有光学参数中后向散射函数可以由BB9高光谱后向散射仪测量得到，该仪器是美国WET Labs公司生产的ECO系列产品，BB9仪器包含3个BB3仪器和一个ECO数据多路转换器，每个BB3仪器提供3个不同波段的的后向散射测量功能。
BB9可以测量117度角的散射，该角度取决于水体本身和悬浮物引起的体散射函数的变化，因此该仪器测量的信号更直接的与水体中物质的浓度有关，很少受水体中物质的大小和类型影响。
BB9使用的光源为9个LED发光二极管，探测器的设计与光束成117度夹角[8]。
在现场测量时BB9可与ac-s同时下放，BB9自身没有压力传感器，因此需要通过时间计数的关系与ac-s的时间匹配，利用ac-s的压力传感器换算成深度，再由WAP软件自带的BB9设备文件自行进行校正。
3 结论
本文对海洋光学固有光学参数以及目前国际海洋光学和海色遥感界普遍采用的固有光学参数测量方法做了简要介绍。
文章根据出海实验中积累的实际经验，对现场测量中ac-s高光谱吸收衰减测量仪和BB9后向散射仪原始数据处理时应注意的问题进行了简要分析。
在现场测量中应严格遵循其操作规范，并根据各类数据参照对比做进一步的质量控制，这对确保海洋光学研究结果的可靠性极为重要。
参考文献
[1]冯士筰，李凤岐，李少菁.海洋科学导论.高等教育出版社，1999.
[2]刘智深，关定华.海洋物理学.山东教育出版社，2004.
[3]Curtis D.Mobley.Lighter and Water：Radiative Transfer in Natural Waters.Academic，San Diego，Calif，1994.
[4]Seely Martin.An introduction to Ocean Remote Sensing.Cambridge University Press，2006.
[5]R.W.Preisendorfer. Application of radiative transfer theory to light measurements in the sea.IUGG Monographs，10，1961.
[6]陈立贞.中国海垂直非均匀海洋海洋光学特性进一步研究.硕士论文，中国海洋大学，2012.
[7]Spectral Absorption and Attenuation Meter Uaer’s Guide.WET Labs，Inc.2009.
[8]Scattering Meter BB9 User’s Guide.WET Labs，Inc，2007.。