海洋光学
03.海洋光学讲稿-2
海面向上的光谱辐射和海水的组分密切 相关，清洁的大洋水呈蓝色，含泥沙的 沿岸水呈黄色，叶绿素含量较高的营养 水呈绿色。如，叶绿素在450 nm波长的 附近是强吸收带，在550 nm附近为强透 射带。因此，当海水中叶绿素浓度增加 时，海面的向上光谱辐射在450 nm处减 小，在550 nm处增大(见图2.1)。
这组公式仅仅适用于单色光。在海洋的实 际应用中，一般应该考虑可见波段 400700 nm 。解决这个问题的方法就是 根据该模型计算不同波段的 Kd值，然后建 立整个波段的理论模型。
另一个重要的水体表观光学性质是反射 比R。 Howard Gordon及其同事在1975 年对Monte Carlo模型研究中发现，忽略 其它作用不大的项，它符合如下的关于 吸收系数和后向散射系数的多项式。 bb R(0) C （3-6） a bb 系数 C 的峰值是 0.32 （ Gordon et al. ， 1975；Gordon and Morel，1983）。由 于bb远小于a，这个公式可进一步简化为
图3.6 12种水体的R(0)值随bb/a在0.0~0.4范围内的 变化关系
sin ( a w ) 2 sin ( a w )
2
tg 2 ( a w ) // 2 tg ( a w )
入射角和反射角之间的关系决定于Snell公式：
na sin a nw sin w （2-2）
02.海洋光学讲稿-1a
0 2
5．辐照度衰减系数K (或称K函数) 表 示
为
1 dEu ( z ) Ku ( z) Eu ( z ) dz
K d ( z) 1 dEd ( z ) Ed ( z ) dz
(1-20)
由此，为了表征光在海水传输过程中 海水吸收能量的大小，我们定义向上 辐照度与向下辐照度之间强度的差别 大小为纯向下辐照度，其表达式为： （1-5）
Enet ( z) Ed ( z) Eu ( z)
2
0
0
L ( z, , ) cos sin dd
3.标量辐照度 E 0 空间一点接收到的各个方向的辐亮度 之和(W/m2)，可表示为 E 0 lim L i Ld (1-6) 0
为
L dF /(dAcosdd ) (1-1) 式中dA为面积元； 为光子流与法向夹角 d 为立体角；
； dF 为通过的辐射通量。图1.4中给出了（a）从某表面辐 射出的辐亮度和（b）入射到某表面上的辐亮度的示意图 。
dA
辐照度E
2.辐照度E 海中单位面积接收到的辐射通量(W / m2)，它表示单位面 积接收到的各个方向的辐亮度之和（如图 1.5 所示），可表示 为 E lim L cos L cos d 0 4 (1-2) 4
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
由此可见，海水的散射主要集中于前向散 射，一般占总散射的90%以上，后向散射 只占小部分，通常小于10%。另外，沿光 线前进方向（θ=0°）的散射最强，而垂 直方向（ θ=90°） 最弱；与光前进相反 的方向的散射强度比 θ=0°附近的散射强 度小3~4个量级。
光谱仪200-1000nm 海洋光学
光谱仪200-1000nm 海洋光学
海洋光学是研究海洋中的光传播和相互作用的一门学科。
光在海洋中的传播和相互作用过程受到多种因素的影响，如水质、溶解有机物、悬浮颗粒物、藻类浮游生物等。
光谱仪是用于测量光谱的仪器，在海洋光学中被广泛应用于测量海水的光学特性。
光谱仪的工作原理是通过将光分散成不同波长的光束，然后测量每个波长的光强，从而得到光谱。
在海洋光学中，光谱仪可以用于测量海水的吸收谱、散射谱和辐射谱等。
通过对这些光学特性的测量，可以了解海水中各种成分对光的吸收和散射的影响，从而推断海水的光学特性和水质状况。
光谱仪的波长范围通常根据具体的研究需求而定。
200-1000nm的波长范围适用于许多海洋光学研究，因为该范围内包含了可见光和近红外光的波长，可以覆盖海水中大部分重要的吸收和散射特性。
同时，该波长范围内的光谱仪具有较高的分辨率和精度，可以提供准确的光学特性测量结果。
总之，光谱仪在海洋光学研究中起着重要的作用，通过测量和分析海水的光学特性，可以揭示海洋生物和海洋环境之间的相互作用关系，对海洋生态系统的研究和保护具有重要意义。
海洋光学ocean optics原理
海洋光学（Ocean Optics）是研究海洋中光的传播、相互作用和应用的一门学科。
它涉及到海水中光的吸收、散射、透射等多种光学现象，对于认识海洋的光学特性和开发海洋光学仪器具有重要意义。
本文将介绍海洋光学的原理，包括海水中光的传播规律、海水的吸收和散射特性，以及海洋光学在海洋科学和环境监测中的应用。
一、海水中光的传播规律海水是一种具有吸收、散射和透射能力的介质，其光学性质主要受水体成分和悬浮物的影响。
在海水中，光的传播受到多种因素的影响，包括入射光的波长、水质、水深等。
光在海水中的传播过程可以用光传播的基本原理来解释和描述，其核心是光的吸收、散射和透射。
1. 光的吸收：海水中的吸收主要是由水分子和溶解态和颗粒态有机物质引起的。
在可见光波段，蓝色光比红色光在海水中更容易被吸收，这也是海水呈现出蓝色的原因之一。
2. 光的散射：海水中的散射主要是由溶解和悬浮的微粒引起的。
根据散射光的波长和传播方向的不同，可以将海水中的散射分为瑞利散射、米氏散射和非选择性散射等不同类型。
3. 光的透射：海水对光的透射影响受到吸收和散射的共同作用，当光在海水中传播时，会发生吸收和散射现象，导致光强度逐渐减弱，直至最终衰减至无穷小。
二、海水的吸收和散射特性海水中的吸收和散射特性是海洋光学研究的重点之一。
海水中的吸收和散射过程不仅受到水质、水温、盐度等因素的影响，还受到气候、地理、季节等多种因素的影响。
1. 水质的影响：海水中悬浮物的浓度和颗粒的大小对光的吸收和散射起着重要作用。
一般来说，海水中悬浮物含量越高，光的吸收和散射就越明显。
2. 水温和盐度的影响：水温和盐度对海水的光学性质有一定影响，其中水温会影响到海水的折射率，而盐度对海水的透射性能产生一定的影响。
3. 天气和地理的影响：天气和地理因素也对海水的光学特性有一定影响，例如气候条件的变化、水深的不同，都会影响到海水的光学性质。
三、海洋光学在海洋科学和环境监测中的应用海洋光学的研究成果在海洋科学和环境监测领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 海洋物理学研究：海洋光学技术可以用于测量海水的透明度、悬浮物浓度、叶绿素浓度等参数，为海洋物理学的研究提供了重要的数据支持。
物理海洋学中的海洋光学与光传输研究
物理海洋学中的海洋光学与光传输研究物理海洋学是一门研究海洋中各种物理现象的学科，其中包括了海洋光学的研究。
海洋光学是研究海洋中光的传播和相互作用的学科，广泛应用于海洋遥感、海洋生物学、海洋气候学等领域。
本文将介绍物理海洋学中的海洋光学与光传输研究的主要内容和应用。
一、光在海洋中的传播特性海洋是一个光学透明的介质，其中的水分子对光的传播有重要影响。
海水中的溶解有机物、无机颗粒等会散射和吸收光线，导致海水的透明度下降。
光在海洋中的传播可以通过海洋光学理论来描述，该理论考虑了水分子的吸收、散射、反射等各种过程。
海洋光学的研究内容之一是光的波长特性。
光在海洋中的传播受波长的影响较大，不同波长的光在海水中的衰减程度不同。
蓝光的穿透深度比红光要大，这也是为什么海水呈现蓝色的原因之一。
此外，海洋中的颗粒和溶解有机物会对光的波长进行吸收，这也会导致不同波长的光在海洋中的传播差异。
二、海洋光学与海洋生物学研究的关系海洋光学和海洋生物学有着密切的联系。
海洋中的光环境对海洋生物的生长、繁殖、分布等具有重要影响。
光的强度、颜色和波长分布会直接影响浮游植物的光合作用和生物量的分布。
通过研究海洋光学，可以了解到海洋中的生物群落结构和功能。
海洋光学还可以通过光散射、吸收和辐射转移等过程来探测海洋中的浮游生物。
浮游生物具有自己的光学特性，如吸收和散射的光谱特征。
通过测量海洋中的光谱分布，可以间接推断出海洋中浮游生物的类型、密度和分布。
三、海洋光学在海洋遥感中的应用海洋光学在海洋遥感中有着广泛的应用。
海洋遥感是利用航空器或卫星上的传感器对海洋进行观测和监测的技术。
通过测量和分析海洋中的光谱数据，可以获取海洋的物理、化学和生物学信息。
海洋遥感中的一个重要参数是水体的颜色指数。
通过测量不同波段的反射率，可以计算出水体的颜色指数，从而判断海洋中的溶解有机物和悬浮颗粒的浓度。
这对于评估海洋生态环境和海洋污染具有重要意义。
此外，海洋光学还可以通过遥感方法研究海洋表面温度、海洋风场、潮汐和海洋环流等参数。
我国海洋光学的应用与发展
我国海洋光学的应用与发展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、海洋光学的研究内容⒈海面光辐射研究：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谱辐射场，是建立光学海洋遥感模型的重要依据。
⒉水中能见度：主要研究水中的视程和图象在水中的传输问题。
⒊激光与海水的相互作用：主要研究激光在水中受到的散射、吸收及其所遵循的传输过程。
⒋海洋水体的光学传递函数：用线性系统理论研究海洋水体对光的散射和吸收的过程。
主要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。
它是建立海洋激光雷达方程和水中图象系统质量分析的重要依据。
二、海洋光学的研究课题⒈基础理论方面：鉴于单色光辐射传递模型已不能满足多光谱水色遥感的要求，必须进一步研究海洋辐射传递的逆问题，尤其是浅海和表层光谱辐射传递、非均匀水体光谱辐射传递、海－气系统光谱辐射传递逆问题的物理模型和计算方法。
激光在水中单程的平衡态的传输过程的研究，已不能满足激光雷达探测海洋的要求，必须深入研究窄光束反向多次散射的辐射传递和非平衡态辐射传递模型及其计算方法。
⒉实验技术方面：传统的船测方法已不能满足近代海洋光学发展的要求，必须发展海洋光学参数的遥测方法，研究新的海洋光学测量模型，以发展新的测量技术和测量仪器。
同时，应着重加强应用研究，在海洋光学中不断引入近代光学方法和激光新技术，继续开拓海洋光学在海洋开发、海洋要素的探测及海洋技术中的应用。
三、海洋光学仪器测量海洋光学性质的仪器。
它可分成两类：（一）测量海水固有光学性质的仪器因为固有光学性质不受环境条件的影响，可采样在实验室中测量，也可在现场测量，故这类仪器又分为实验室仪器和现场测量仪器两种。
海洋光学_hr4000_波长范围_理论说明
海洋光学hr4000 波长范围理论说明1. 引言1.1 概述海洋光学是研究海洋中的光传播和相互作用过程的科学领域。
随着技术的发展，人们对于海洋中光学现象的研究日益深入，更加重视海洋光学在环境监测、生态系统保护以及其他领域的应用。
本文主要介绍了hr4000波长范围在海洋光学研究中的理论说明。
hr4000是一种常用的光谱分析仪器，其宽广的波长范围使得其在海洋光学研究中具有重要意义。
本文将探讨hr4000的波长范围以及其对海洋研究所带来的意义。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分我们将给出本文概述，并介绍文章结构。
接下来，在理论说明部分，将对海洋光学进行概述，并详细介绍hr4000波长范围。
然后，在实验与观测方法部分，将解释hr4000仪器原理、数据处理与分析方法以及光学参数计算模型。
接下来，在应用领域与案例研究部分，将分别介绍海洋生态系统研究、水质监测与环境保护以及其他领域中hr4000的应用案例。
最后，在结论与展望部分，将总结本文所述内容，并对未来发展提出展望和建议。
1.3 目的本文旨在介绍海洋光学中常用仪器hr4000的波长范围，并探讨它在海洋研究中的意义。
通过阐明hr4000的理论背景和应用案例，希望能够增加人们对于海洋光学研究的认识，并为相关领域的科学家和工程师提供参考和指导。
同时，也对未来该领域研究的发展方向进行了初步展望。
通过本文的撰写，可以深入了解hr4000波长范围在海洋光学中的理论知识，并为相关研究提供一定的思路和方法。
2. 理论说明2.1 海洋光学概述海洋光学是研究光在海洋中传播与与物质相互作用的科学。
海洋中存在着各种物质，如水体、浮游生物、溶解有机物等，它们对光的传播和吸收起着重要影响。
通过对海洋中光的辐射特性以及与物质相互作用的研究可以揭示海洋生态系统、气候变化等方面的信息。
2.2 hr4000波长范围介绍hr4000是一种常用于海洋光学研究的仪器，它具有广泛的波长范围。
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。
海洋光学光谱仪使用方法
海洋光学光谱仪使用方法
海洋光学光谱仪是一种用于研究海洋中光学特性的仪器。
使用光学
光谱仪可以获取海洋中不同波段光的反射率和透过率等信息。
下面介
绍海洋光学光谱仪的使用方法。
一、仪器准备
1. 材料准备：光学光谱仪、计算机、采样瓶和样品收集器。
2. 仪器准备：将采样瓶和样品收集器清洗干净，准备好样品，确保光
学光谱仪能够连接到计算机上。
二、仪器连接
1. 将光学光谱仪连接到计算机上。
2. 启动光学光谱仪软件。
3. 通过软件设置好光学光谱仪的参数，包括光的波段范围、采集时间、光通量、入射角等。
三、样品采集
1. 选择有代表性的海水样品。
2. 用采样瓶收集样品。
3. 将样品倒入样品收集器中。
四、光学光谱仪操作
1. 开启光学光谱仪，确保光路中无杂光和污染。
2. 将样品收集器放入光路中，使其与光学光谱仪接触。
3. 确认光学光谱仪的参数设置正确，并启动数据采集。
4. 采集的数据将通过软件进行图像处理，并生成相应的光谱图。
五、数据分析
1. 利用图像处理软件对光谱图进行分析。
2. 计算反射率和透过率等参数。
3. 利用其他分析方法进一步分析数据。
以上是海洋光学光谱仪的使用方法。
在使用过程中要注意仪器的清洁和光路的稳定，确保数据的准确性和可靠性。
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。
08.海洋光学第五章 水 中 能 见 度
沿水平方向θ=90°，Cr随r的衰减与k无关，可表示为
cr (
2
) c0 exp(cr )
二.水中对比度衰减长度
水下目标的可见度基本依赖于目标与探测器间、目标与照明光 源间海水的散射特性。水下发光目标不能在任意远的距离上形 成图象。为了说明或定性地表示出光辐射传输距离的有限长度， 我们定义水中对比度衰减长度为
这一简单仪器尽管很简单，仅仅能够给出近似估算结 果，但对海水浑浊程度的测量却很有用。
cr e 1=0.367879时, 即 当 c0
1 r re c k cos
称为对比度衰减长度(m)。清洁大洋水的对比度衰减长 度约为20m左右；沿岸带水的对比度衰减长度约为5m 左右；混浊水的对比度衰减长度仅为几厘米。
自身发光的物体在不发光的水体中可被辨别的有限距 离约为15~20个衰减长度，这主要依赖于水体散射 与吸收之比。在白天，海水中一般的物体或目标可在 3~6个衰减长度的距离上被看到，这依赖于目标的 性质和观察者是向下、水平或向上观察。如果在相机 附近水中有一发光的光源，而观察目标时又借助了这 一光源，那么所能观察的有限的距离将更小。实际上， 超出了3个衰减长度以外的肉眼观察或摄影，必须使 得光从相机附近离开，或加以遮挡使其直接辐射光不 能进入沿着视线的路径，或者在光源和相机上均使用 起偏镜或起偏器。
引言（续）
当透明度盘沉放到刚刚消失的深度，此时对比度为 零，因此可以用透明度盘测定海中的对比度。同时 也可用透明度盘的对比度随深度的变化来估算光束 衰减或漫射衰减系数。 水中目标的识别，取决于目标与背景之间的辐亮度 和颜色的差别。随观察距离的增大，水中的目标与 背景的辐亮度的差别迅速减少，目标物变得更加模 糊。由于水中能见度理论主要解决图象在水中传输 的问题，因此海水的对比度和光学传递函数，都是 主要的研究内容。
海洋光学拉曼光谱
海洋光学拉曼光谱是指利用激光激发海水中分子振动的一种非侵入式光谱技术。
通过测量海水中分子振动的频率和强度，可以得到海水中有机物分子、溶解无机物、微生物等的信息，对海洋环境和生态系统的研究具有重要意义。
海洋光学拉曼光谱的工作原理是：将激光通过光纤输送到海洋中，激发海水中的分子振动，这些振动产生的散射光谱被收集并分析。
由于不同分子的振动频率和强度不同，因此可以通过分析散射光谱来确定海水中不同分子的存在和丰度。
海洋光学拉曼光谱技术在海洋环境监测、海洋污染控制、海洋生态系统研究等方面具有广泛应用前景。
例如，可以通过监测海水中溶解有机质分子的光谱特征来评估海洋生态系统的健康状况；还可以通过监测海水中微生物的拉曼光谱特征来研究海洋微生物的种类和分布等信息。
海洋光学系列光谱仪安全操作及保养规程
海洋光学系列光谱仪安全操作及保养规程一、前言海洋光学系列光谱仪是一种用于测量海洋、湖泊、河流等水体中的光学参数的仪器。
在使用过程中需要注意安全问题，并对仪器进行适当的保养以延长使用寿命。
本文将就海洋光学系列光谱仪的安全操作和保养规程进行详细说明。
二、安全操作规程2.1 适当的使用场所在使用光谱仪时，需要选择一个干净、安静、明亮的场所，以避免其受到灰尘、噪声、电磁干扰等外界因素的影响。
同时，也需要保证场所通风良好，以防止光谱仪因气体积聚而损坏。
2.2 正确的使用方法a)开机前的准备工作：将仪器放置在水平平稳的桌面上，并插好电源、光纤和USB线。
注意，不要由于移动或其它原因造成光纤弯曲或缠绕。
b)调试仪器：开机后，可以按照仪器的说明书进行仪器参数的设置，但是对于不熟悉操作的人来说，不建议自己随意设置，应该先查看厂家提供的操作说明或寻求专业人员的帮助。
c)选择最佳的测量波长区间：不同的测量对象需要不同的测量波长区间，在选择测量波长区间时，要根据具体测量对象和实验要求进行选择。
d)测量前的操作：在进行测量前，请先清洗和吹干所使用的样品槽和光纤连接头，以保证测量的准确性。
e)测量时的操作：在进行测量时，请注意确保光源的一致性和稳定性并检查所使用的光纤是否连接正确，上样品后进行测量。
f)关机后的操作：在使用完毕后，应该立即关掉仪器电源，将光纤和USB线从仪器和计算机中拔出。
2.3 电器安全规程a)请务必使用品牌正规的电源和充电器，如果样品槽中的样液产生气泡，应该立即停止使用，并立即将样品槽内的液体倒掉。
b)在使用过程中，不要将光纤弯曲和折叠，以免造成光纤损坏。
c)不得私自改装仪器或乱拆乱卸，在维护和保养仪器时，请寻求专业人员的帮助。
三、光谱仪的保养规程3.1 清洁保养a)仪器外观的清洁：请使用干布擦拭仪器外表，不要使用任何含有酸性或碱性化学物质的清洁剂对仪器进行擦拭，以防造成仪器损坏。
b)光学镜头的清洁：请使用专门的光学清洁剂和无纺布对仪器的光学镜头进行清洁，注意不要用力擦拭，以防将灰尘等杂物摩擦上光学镜头。
海洋光学浮标
第五章海洋光学浮标1.前言目前建设海洋强国已经是我国的一项基本国策,我国海洋监测高新技术发展的总体目标:一是提高台风风暴潮和巨浪等海洋灾害的预报和警报能力,最大限度地减少由灾害造成的人民生命财产的损失;二是提高对海洋生态环境污染和生态环境的监测能力,保护海洋健康;三是提高海洋资源开发的环境保障能力,支持沿海和海洋经济发展及科技兴海战略;四是提高国家海上安全防务的海洋监测和环境保障能力,加强国防建设;五是提高对海洋环境的立体监测和时序数据获取能力,推进中国近海海洋科学的发展。
这五个方面是相互关联的,而当前最主要的是预警海洋灾害和保护海洋健康,即监测技术,其载体就是海洋仪器。
现代海洋监测技术总体上向高技术、高集成度、高时效、多平台、长时间序列、数字化方向发展。
典型海洋监测仪器：遥感卫星大面积、同步、近实时、全天候、全天时的对海观测,3 个月飞行获得的数据绘制的全球海面温度场相当于用传统的测温方法花50 年时间才能取得的效果。
机载海洋激光雷达是一种主动式传感器，灵活性和抗干扰能力较强；与船载仪器相比，由于飞机能够快速地飞过较长的海水带，因而它能够对探测海域进行大面积的测量；由于飞机飞行的速度较快，因而它测量海域的结果在时间上变化小，能够真实地反映出临近海域的状况，不易受到较迅速变化的气候条件的影响；飞行高度一般在几百米左右，因而在有云的天气条件下仍然能够进行测量，而这是星载传感器所不具备的；对于具有较高发射重复频率的激光雷达，其探测海面的水平分辨率远大于星载传感器；时间分辨激光雷达能够实现对海洋剖面信息的探测船载仪器：调查船载荷量和机舱空间较大，其携带的仪器设备较多，可对海洋进行全方位的相互印证探测。
海洋浮标资料浮标的出现实现了长期、定点、连续、多参数的现场实时自动观测,这是调查船不可能做到的;漂流浮标的出现,实现了大尺度的连续观测,尤其是可以在人或船舶、飞机都不可能到达的海域进行环境参数的观测;声学多普勒海流剖面测量技术(ADCP) 的出现,把单点测流变为测剖面流,一次可测128 层,且最大剖面深度已达1200m。
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。
海洋光学 海洋物理学的分支学科
海洋光学海洋物理学的分支学科海洋光学是海洋物理学的一个分支学科，它研究的是光在海洋环境中的传播和影响。
这个领域的研究非常重要，因为它影响着海洋的活动，而海洋为人类提供了大量资源、机遇和活动场所。
海洋光学分为海洋光学物理和海洋光学生物学两大部分。
海洋光学物理研究光在海洋中传播过程中发生的变化，分析水柱、海浪等影响光穿透的因素，以及这些变化对光穿透的影响，还会分析海洋水体本身是如何影响光穿透的。
海洋光学生物学研究的是生物体对海洋的吸收、反射和发射等光学性质的影响，以及光对生物体的行为、生长规律和发育的促进或抑制。
海洋光学的研究具有重要的应用价值。
可以用于海底矿产勘探，使用光学技术来识别和探测海底的特殊物质。
此外，它还可以用于海水的深度探测、水体污染检测、海床观测和地物识别。
时，海洋光学还可以应用于海洋生态研究、海洋灾害预警和气候变化研究。
为了改进海洋光学研究，国内外科研机构分别开发了一系列海洋光学仪器，其中包括海洋垂直光强仪、海洋地貌仪、海洋浊度仪等。
这些仪器可以用来监测海洋的物理化学参数、海洋表层物质的分布和传播特征等。
随着海洋光学研究的发展，未来这一领域的发展前景非常可观。
更先进的海洋光学仪器尚未开发出来，而海洋光学技术也在不断发展，这将有助于更精细地观测和分析海洋，为科学家提供更全面的海洋物理数据，帮助他们更精确地了解海洋的变化趋势。
综上所述，海洋光学是海洋物理学的一个分支学科，它研究的是光在海洋环境中的传播、影响及其对海洋生态的促进或抑制，其研究和应用具有重要的现实意义。
由于海洋光学的发展，未来的研究前景非常可观，可以为科学家提供更多的数据，帮助他们更精确地了解海洋的变化趋势。
海洋光学光谱标定
海洋光学光谱标定是一种重要的技术，用于测量和记录海洋中不同物质的光谱特性。
这项技术对于环境保护、海洋科学研究以及海洋资源开发具有重要意义。
本文将介绍海洋光学光谱标定的原理、应用和发展趋势，并探讨其未来的发展前景。
一、海洋光学光谱标定的原理海洋光学光谱标定是通过测量海洋表面的反射、透射和散射等光谱特性，来确定海水中不同物质的含量和分布。
在测量过程中，需要使用专业的光谱仪器，如光谱仪、光谱辐射计等，来获取光谱数据。
这些仪器可以记录不同波长的光线反射、透射和散射的强度，从而得到海水的光谱特性。
二、海洋光学光谱标定的应用海洋光学光谱标定在多个领域都有广泛的应用。
首先，在环境保护方面，通过测量海水的光谱特性，可以确定海水中污染物的种类和浓度，为环境保护提供依据。
其次，在海洋科学研究方面，通过测量海水的光谱特性，可以研究海水的物理、化学和生物特性，为海洋科学提供基础数据。
此外，在海洋资源开发方面，通过测量海水的光谱特性，可以发现新的资源，为海洋资源开发提供支持。
三、海洋光学光谱标定的发展趋势随着技术的不断发展，海洋光学光谱标定也在不断进步。
未来，这项技术将朝着高精度、高效率和智能化的方向发展。
首先，高精度是未来发展的趋势之一。
目前，光谱仪器的精度已经有了很大的提高，未来还会继续提高。
高精度可以提高测量结果的准确性，为环境保护、海洋科学研究和资源开发提供更好的支持。
其次，高效率也是未来发展的趋势之一。
随着计算机技术的不断发展，可以通过软件算法优化光谱数据处理过程，提高处理效率。
最后，智能化是未来发展的趋势之一。
随着人工智能技术的不断发展，可以通过机器学习等技术提高数据处理效率和质量。
四、总结海洋光学光谱标定是一项重要的技术，对于环境保护、海洋科学研究和资源开发具有重要意义。
未来，这项技术将朝着高精度、高效率和智能化的方向发展。
随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，这项技术将会在更多领域发挥重要作用。
海洋光学的应用
海洋光学的应用
海洋光学是以光的特性为主要研究对象的研究。
它是探索海洋生态环境及海底矿产资源的
重要科学手段，其理论与应用有着广泛的范围。
海洋光学主要被应用到海洋综合观测、海
洋工程勘察、海洋调查和海洋灾害防范等领域。
首先，海洋光学可以用来研究表面海水的不同参数。
研究海水的成分，了解海洋的温度和
溶解氧的分布及其与海洋环境的关系是非常重要的，特别是当我们处在改变的气候条件下时。
海洋光学可以通过分析光的吸收、散射的特性，检测海洋中这些成分的含量及其分布，从而得到全球水下生态状况的精确反映。
其次，海洋光学可以用来探测海底矿物资源。
海底矿产资源的探索是很有必要的一步，海
洋光学可以通过光的吸收特性来确定海底矿物的位置和数量。
此外，海洋光学还可以用来
探测海洋的水体结构，从而确定水底矿物资源的分布。
最后，海洋光学可以用来监测海洋灾害和污染。
海洋污染是全球环境及人类健康的严重威胁，有效进行海洋污染监测与防范非常必要。
海洋光学可以通过测量海洋中物质和污染物的吸收特性来识别污染源，实时监测海洋环境的污染状况，从而采取合理的应急措施。
可以看出，海洋光学是研究海洋生态环境、海底矿产资源、监测海洋灾害和污染的重要科
学手段，它的应用能够为我们了解海洋世界提供有效的方法和指导，从而为保护海洋生态环境和可持续使用海洋资源提供有力的技术支持。
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海洋光学
海洋光学是光学与海洋学之间的边缘科学。
它主要研究海洋的光学性质、光辐射与海洋水体的相互作用、光在海洋中的传播规律，以及和海洋激光探测、光学海洋遥感、海洋中光的信息传递等应用技术有关的基础研究。
海洋光学的发展简史
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。
不过直到19世纪末，海洋学家才开始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，是海洋光学的形成时期，人们研制了各种测定海洋水体光学性质的海洋光学仪器，对各大洋光学性质进行了现场测量和调查。
1947～1948年，瑞典科学家在环球深海调查中，首次将海洋光学调查列入海洋调查计划，测量了海水中光的辐照度、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。
20世纪60年代中期以后，是海洋光学的发展阶段。
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，开拓了海洋光学研究的新领域。
特别是结合信息传递的要求，理论上用蒙特-卡罗法定量地计算各种复杂模型的海洋辐射传递过程，使海洋辐射传递基础研究日趋完善，并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。
目前，海洋光学已发展成为一门内容丰富、有相当应用价值的光学分支学科，使海洋光学从传统的唯象研究转入物理的和技术的研究。
海洋光学的研究内容
海洋光学主要研究海洋水体对光辐射的散射、吸收、光谱等性质及光辐射在海洋中的传播规律。
海水对光具有强散射和强吸收，其散射系数比大气约高4～6个数量级。
其散射函数前向性很强，海水的光谱透射分布主要决定于吸收。
海中光传播规律主要决定于多次散射，研究海中光传播规律的海洋辐射传递理论是海洋光学的核心问题。
已知海洋水体的散射函数和吸收系数，对海洋辐射传递方程求解，即可得到日光、人工光源和激光在海水中的传播规律。
反之，由辐
射场确定海水基本性质，是遥测海洋技术的基本方法。
海洋光学的应用基础研究主要包括水中对比度及图像传输研究，海洋水体光学传递函数研究，激光与海洋水体相互作用研究和探测海洋的光学遥感模式研究等。
激光与海洋水体的相互作用主要是研究海水激光荧光光谱、受激喇曼散射。
海洋激光雷达所激起的海水激光荧光光谱是探测海水化学组分的基本遥测方法。
海水受激喇曼散射随温度增高而红移，这种物理现象是激光雷达遥测海洋表层温度剖面的有效方法，精度可达±0.5摄氏度。
利用多光谱遥感资料，根据海水中叶绿素强吸收光谱和透射光谱的比值，探测海洋叶绿素含量的方法称为光谱比值法。
根据海水光谱透射特性及浅水海底反射光反映在多光谱遥感信息的差异，可大面积获取浅水水深的资料。
河口泥沙分布、海区峰面运动、水团分布等都可由多光谱遥感信息经过数据处理获取。
对海洋光学的开发研究也称为海洋光学工程。
60年代以来比较活跃的领域有：水下摄影系统，包括潜水员操纵的水下摄像系统、水下照相系统以及深潜球装备的水下观察系统；海洋探测激光雷达系统，包括激光测深仪、激光荧光光谱仪、激光喇曼光谱仪等；海洋光学仪器，包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计等。
海洋光学与物理海洋学的研究密切相关。
通过测定海水的光
学性质，为研究海流、上升流、海洋峰、水团等海洋细微结构提供了一种有效的手段；随机海面的光学研究，为遥测海浪方向谱建立了物理模型，并为现场测定海浪要素提供了快速而又有效的手段。
海洋生物初级生产力的研究和调查，与海中辐照度的分布、海水辐射能密度分布海中辐射能的贮存等有直接的关系。
例如，探测海洋的光学遥感传感器的波段、视场角和动态范围等参数，都要根据海面光谱辐射的数据来确定。
海洋光学的发展与近代光学的发展密切相关，光电子学方法是海洋光学测量的主要手段。
激光技术的发展，例如可调谐激光、水中新型蓝-绿激光、高时间分辨率激光技术等，已成为海水激光光谱研究的重要手段，是发展海洋探测激光雷达的技术基础。
近代光学信息处理和信息传递理论，为海洋中光信息传递的研究及随机量的统计分析研究奠定了基础。
在现代海洋光学的基础理论和实验技术方面的研究中，还有不少课题有待于深入研究。
例如，鉴于单色光辐射传递模型已不能满足多光谱水色遥感的要求，必须进一步研究海洋辐射传递的逆问题，尤其是浅海和表层光谱辐射传递、非均匀水体光谱辐射传递、海-气系统光谱辐射传递逆问题的物理模型和计算方法；激光在水中单程的平衡态的传输过程的研究，已不能满足激光雷达探测海洋的要求，必须深入研究窄光束反向多次散射的辐射传递，和非平衡态辐射传递模型及
其计算方法。
再如，传统的船测方法已不能满足近代海洋光学发展的要求，必须发展海洋光学参数的遥测方法，研究新的海洋光学测量模型，以发展新的测量技术和测量仪器。
同时，应着重加强应用研究，在海洋光学中不断引入近代光学方法和激光新技术，继续开拓海洋光学在海洋开发、海洋要素的探测及海洋技术中的应用。
海洋光学的基础研究和应用研究不断沿用现代光学方法，应用范围日益扩大。
海洋光学是许多学科的交叉点，其发展将与现代光学、海洋学、空间遥感技术、信息科学等密切相关。
海洋光学所取得的成就及其发展，使它已成为一门新的光学分支学科。