海洋光學性質是海洋水體在光輻射作用下所表現的物理性質。海洋的光學性質可分為兩類：①海水的固有光學性質，它僅由海水本身的物理特性所決定。②表觀光學性質，它決定於海水固有光學性質和海中輻射場的分布。
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正文
海洋水體在光輻射作用下所表現的物理性質。海洋的光學性質可分為兩類：①海水的固有光學性質，它僅由海水本身的物理特性所決定。②表觀光學性質，它決定於海水固有光學性質和海中輻射場的分布。
海水的固有光學性質主要指海水對光的散射和吸收。散射和吸收作用是光在海水中傳播的兩個基本過程，它們造成光的衰減。在均勻水體中的初始輻射通量為F的單色準直光束，經距離dr後，輻射通量衰減dF與dr和F成正比，表示為dF=-μFdr，式中的比例係數μ為海水的線性衰減係數,它明顯地隨波長而變（圖1）。用準直光束透射率計可測量線性衰減係數或測量透射率Tr，Tr=Fr/F0。Fr、F0分別為在距離r處的和初始的輻射量。藍綠光是海水的透射視窗，即處於線性衰減係數最小的光譜帶。
在清澈的大洋水中，透射視窗為480nm左右，μ的最小值可低達0.05m；沿岸的海水由於含有較多的懸浮顆粒和黃色物質,透射視窗在530nm附近。精確的光譜實驗沒有發現窄譜段的透射視窗。 透明度Zm是傳統海洋調查中表征海洋水體透明程度的量。在船舷的背陰處，用直徑為30厘米的白色圓板垂直沉入水中,所能看到的最大深度即為Zm。因此,透明度表征了隨深度增加的、漫射光沿垂直方向的衰減量，也可用於表征水中能見度。很多海區的透明度Zm和表層水的線性衰減係數 μ的關係可表示為
。l為衰減長度，是表示水中能見度的一個量度單位。
散射受介質微粒作用而偏離直線傳播方向的光輻射，它包括水中的米散射、瑞利散射和透明物質的折射所引起的隨機過程。海水中直徑遠大於光波波長的懸浮顆粒和透明物質引起的散射強度，比水分子的瑞利散射大得多,其總散射係數b和波長的關係不大，可用下式表示： 式中Ki為有效因子或散射有效面積；Ni為單位體積的粒子數；Di為粒子直徑；n為粒子的光學類型數。
在準直光束的傳輸路徑中，用體積散射函式β(θ)表示從一個小體積元所產生的射散， 式中dI為與光束成θ角方向的輻射強度；dV為散射體積元；E為dV接收到的輻照度。總散射係數b等於β(θ)對整個立體角的積分， 它分為前向散射係數 和後向散射係數 在海水中，瑞利散射的前後向基本對稱，而懸浮顆粒的米散射的前向散射比後向散射強得多。體積散射函式的角分布的最大差值可達4個數量級以上，在與光束成90°方向附近的散射最小，小角度散射特彆強，當角度趨於零時，β(θ)值將從切線方向趨近於入射光束的輻射通量（圖2）。
這種特徵，主要是由於準直光束透過折射率與水相近的透明生物體時，產生折射偏離所造成的。實際上，光束在傳輸路徑上受到海水的散射和造成多次散射。 吸收光子能量轉變為熱能、化學能等引起的多種熱力學不可逆過程。光子的能量轉變為水的熱能是海洋中的主要吸收機制，而通過光合作用轉變為化學能，對海洋生命的存在是不可缺少的。吸收係數用ɑ表示。
線性衰減係數μ=ɑ+b。μ隨波長的變化，幾乎全部是由海中懸浮物選擇吸收所引起的。在清澈的海區，藍光的散射係數和吸收係數大致相等,而其他顏色的光,在大洋水中的吸收占絕對優勢。在含有大量懸浮顆粒的混濁水中，光的衰減主要歸因於散射。水中某些物質分子與光子發生非彈性碰撞而產生螢光輻射和拉曼散射，既是吸收過程，又是受激輻射的過程，它們在強度上較弱，但有相對於入射光的譜線位移。
海洋的表觀光學性質太陽和天空輻射通過海面進入海中所形成的海洋輻射場分布，主要表現為輻亮度分布、輻照度衰減、輻照比和偏振特性等所有與輻射場有關的光學性質。
輻亮度(L)表示單位立體角dΩ和單位發射面積dA發出的輻射通量,L=dF/dAcosθdΩ。θ是光束與dA的法線的夾角。水中的輻亮度分布由海洋輻射傳遞方程來決定。輻亮度沿深度z 的變化，由垂直衰減係數к所決定。射到海面的日光中大約50%是紅外輻射，其中大部分被水深一米以內的表層所吸收，所以在水下測得的太陽光譜的峰值正好處於對海水有最大透射率的藍綠光附近，雖然它們的入射功率還不到太陽總入射功率的1/10，卻是水下光譜的主要成分，甚至在水深 600米處還能用光電法測到。水下能見度主要依賴這段光譜，它對水下動物是很重要的。實測表明：水下太陽垂直平面內的輻亮度角分布隨深度而變化(圖3):在表層有明顯的峰值，隨深度增加，峰值減小，最大值逐漸移向天底角，深度達20個衰減長度後，輻亮度趨於對稱的極限分布，此時輻亮度衰減係數к趨於極限值k,k與方向無關,且小於μ值。因而漸近極坐標曲面就是一個圍繞垂軸旋轉、偏心率為k/μ的橢球。k/μ只取決於固有光學性質，與大氣光學狀態和海況無關。
普賴森多費爾在標量輻照度衰減係數к0為常數的假設下,用輻射傳遞理論完成了漸近分布存在性的數學證明。 輻照度(E) 表示入射到無限小面元上的輻射通量dF與該面積之比。輻照度隨深度z 的增加而按指數律衰減，其衰減係數為 以海平面為基準，法線向上的單位面元上接收到的輻射通量，稱為向下輻照度Ed；法線向下的單位面元上接收到的輻射通量，稱為向上輻照度Eu，它們的分布與太陽高度角、光的波長和海水深度有關（圖4）。一般海區表層水的Ed的極大值處於波長為480～500nm處。在大洋水中，隨深度的增加，此峰值移向 465nm。在懸浮顆粒和黃色物質較多的混濁海區，由於選擇吸收的結果,使極大值移向綠光。輻照度在海洋深層(100～500m)的光譜分布只局限於很窄的藍光區(圖5),其向下輻照度的衰減係數кd也趨於常數,約為0.03。特別令人注意的是,對海洋初級生產力有重大影響的上升流區域,浮游植物富集,кd的光譜分布和葉綠素的光譜吸收曲線十分相似。稱為輻照比(反射比)。R 值隨波長、海水的混濁度和深度而變化，一般為1～10%。
天空光是部分偏振的,太陽的直射光是非偏振的,然而經海面折射進入海水後，隨其天頂角的增大而產生部分偏振。當透射光被海水和懸浮顆粒散射時，它的偏振分布會有很大的變化。太陽方位角不同時，垂直面上的偏振分布不同。偏振度隨著深度的增大而逐漸減小，到達輻亮度極限分布的深度後，偏振度也達到極限值。
參考書目
N.G.Jerlov，Marine Optics，Elsevier ScientificPubl.，Amsterdam，1976
