偏振包含丰富的物体表面反射、散射信息，可有效提高成像探测能力。当前，水下物体偏振成像探测实验主要集中在偏振度研究，而缺乏对Stokes矢量各元素成像效果的研究。通过水槽实验，开展不同水下物体放置深度、泥沙浓度、目标物材质及探测波段的因素对偏振成像探测的影响。结果表明，偏振成像可获得比传统辐射强度成像更为清晰的水下目标物图像，能够更好地获取水下物体的边界轮廓、纹理等信息，可以有效抑制水体对光的吸收、散射影响；与传统的辐射强度成像相比，偏振成像图像的信息量随目标物放置深度衰减较为缓慢，可探测更大深度的水下目标；泥沙浓度对偏振图像的影响比辐射强度图像大，但偏振图像仍然可以较好地在高泥沙水体中检测出目标物的边缘轮廓，且比传统辐射强度图像更为清晰；波长对水下物体偏振成像探测具有一定的影响，在清洁水体，蓝绿波段偏振成像总体效果最佳。

静止轨道海洋水色成像仪(GOCI)拥有高时间分辨率(1 h)和高空间分辨率(500 m×500 m)的观测优势。为了保证GOCI应用的可靠性，对其遥感产品进行检验极为重要。利用辽东湾春季航次观测数据，对4 种二类水体大气校正算法[Korea Ocean Satellite Center(KOSC)校正算法、management unit mathematics models(MUMM)校正算法、紫外(UV)校正算法和近红外(NIR)校正算法]获得的GOCI 遥感反射率产品及GOCI 标准叶绿素浓度、悬浮物浓度遥感产品进行了真实性检验，并探讨了不同观测时相的稳定性。结果表明：KOSC 算法在辽东湾具有最高的校正精度，各波段遥感反射率平均绝对百分比误差(APD)为27.16%(412 nm)、16.03%(443 nm)、13.73%(490 nm)、15.99%(555 nm)、12.83%(660 nm)、12.35%(680 nm)、27.68%(745 nm)、42.81%(865 nm)；叶绿素浓度、悬浮物浓度产品的平均绝对百分比误差分别为29.75%和26.40%。相比于临近中午观测时的结果，GOCI早上和下午观测时反演的结果(包括遥感反射率、叶绿素浓度、悬浮物浓度)与实测值偏差显著增大。

颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学特性, 也是海洋水色的决定因子和海洋水色卫星遥感反演的基础参数。 当前, 利用光学仪器现场原位测量是获取水体颗粒后向散射系数的主要方法。 由于光源自身和仪器光路中镜面反射和折射, 其出射光源可能存在一定的偏振, 进而会影响水体后向散射系数测量的精度。 目前, 关于水体后向散射系数测量仪器的光源偏振性及其对颗粒后散射系数测量精度影响的研究尚为空白。 针对该问题, 以应用广泛的水体后向散射测量仪HydroScat6(HS-6)为例, 对其出射光源的偏振特性进行了系统测量, 并进一步开展了光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量精度影响的实验研究。 结果表明, HS-6六个光学通道除590 nm通道出射光源偏振度略低外(~15%), 其他通道出射光源中心波长偏振度均在20%~30%。 因此, HS-6出射光源具有显著的偏振特性。 光源偏振对颗粒后向散射系数测量具有不可忽略的影响, 且影响程度随着波段, 线偏振角度及悬浮泥沙浓度而变化。 不同悬浮泥沙浓度下, 光源偏振引起的420, 442, 470, 510, 590和670 nm六个波段的平均偏差可达15.49%, 11.27%, 12.79%, 14.43%, 13.76%, 12.46%。 因此, 利用光学仪器现场测量颗粒后向散射系数需要考虑光源偏振的影响, 并需尽可能降低出射光源的偏振度。

现场光谱观测是水色遥感真实性检验的基础。 传统基于航次站位观测获取的水体光谱数据少, 难以满足快速变化的近岸水体遥感产品真实性检验的需求。 为此, 国际上开始发展水体光谱连续观测系统, 但目前近岸水体光谱连续观测系统仍较少, 特别是在高浊度、 高动态的水体。 针对该问题, 在杭州湾建立了一套基于海上塔台的高浑浊水体光谱高频观测系统。 该系统每3 min获取一次水体光谱数据, 实现与过境卫星观测时间的匹配。 本文重点开发了基于海上塔台特点的水体光谱高频观测数据的处理方法, 实现了晴空、 耀斑、 阴影、 弱光照等自动判别, 并对处理结果进行了检验。 结果表明, 塔台观测获得的归一化离水辐亮度光谱与船测结果具有较高的一致性, 相关系数大于0.99, 平均相对误差为9.96%。 此外, 对塔台水体高频观测系统的长期观测能力进行了评价, 结果表明, 尽管系统运行一年之久, 系统与便携式地物光谱仪ASD同步观测获得的水体归一化离水辐亮度在谱形和数值上一致性均较好, 相关系数大于0.90, 平均相对误差为6.48%。 同时, 利用系统高频观测的水体光谱可有效监测悬浮物浓度随潮汐的快速动态变化。 杭州湾塔台水体高频观测系统为进一步开展浑浊水体水色卫星遥感产品真实性检验提供了丰富的现场光谱数据, 特别是高时间分辨率的静止轨道水色卫星遥感产品的真实性检验。

通过对紫外可见光分光光度计的光源偏振性进行系统测量，并开展了光源偏振性对水体黄色物质和颗粒物光谱吸收系数测量影响的实验研究，结果表明，紫外可见光分光光度计光源具有显著的偏振性，但分光光度计光源偏振对水体黄色物质光谱吸收系数测量的影响可忽略不计，对水体颗粒物光谱吸收系数测量的影响也较小。

针对商业化的走航水体高光谱观测系统SAS(Surface Acquisition Systems)，提出了在走航观测的复杂条件下，针对关键角度的计算、水气界面反射系数的估算和异常数据剔除等问题，开发出实用的数据处理方法，并利用现场数据进行了检验.结果表明，SAS走航观测获得的离水辐亮度与站点测量结果具有很好的一致性，且与同步走航水体浊度的变化趋势一致，具有较好的可靠性.

吸收系数和衰减系数是水体的固有光学量，也是水色遥感的基本参数，对于水色遥感建模和反演具有重要的作用.高光谱水体吸收衰减测量仪则是目前国际上原位测量水体吸收和衰减系数的主要仪器.本文详细阐述了该仪器数据处理的原理、方法及步骤，并且将之应用于2009年冬季东海航次的测量数据，获得了原位的东海冬季水体吸收和衰减系数分布特征.本文方法可以较好地剔除异常数据，获得高精度的水体吸收和衰减系数数据，可为水色遥感模型开发与验证提供可靠的现场测量数据.

详细导出了粗糙海面的反射矩阵、透射矩阵和源函数矢量计算模型,并应用于海洋大气耦合矢量辐射传输数值计算模型PCOART。在此基础上,分别利用粗糙海面瑞利大气矢量辐射传输问题和海洋大气耦合辐射传输问题对粗糙海面模型进行了验证,结果表明,模型计算得到的粗糙海面大气瑞利散射斯托克斯矢量是精确的,且瑞利散射辐亮度计算相对误差小于0.5%。粗糙海面海洋大气耦合辐射传输问题验证结果表明该粗糙海面计算模型是精确的。相对已有的标量粗糙海面海洋大气耦合辐射传输模型,该模型不仅可以获得整个海洋大气耦合系统的辐亮度场,而且可以获得辐射斯托克斯矢量场。

辐射偏振校正对具有相对较大偏振响应的海洋水色卫星遥感器(如Aqua MODIS)是十分必要的,可在一定程度上提高海洋水色信息提取的精度.目前, MODIS已经实现了业务化的辐射偏振校正,但其算法中忽略了气溶胶散射对大气顶辐射偏振分量的影响.利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型PCOART,分别模拟获得纯瑞利大气(无气溶胶)和气溶胶光学厚度为0.2大气时的大气顶辐射偏振分量.结果表明,除太阳耀斑区外,气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献很小,可以忽略不计,而对近红外波段(865 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献显著.此外,将PCOART数值模拟的大气顶瑞利散射辐射线偏振反射率与POLDER实际观测的大气顶线偏振反射率进行了比较,结果同样说明了气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振反射率的贡献很小,而对近红外波段(865 nm).大气顶线偏振反射率的贡献显著.最后,在现有MODIS辐射偏振校正算法基础上,提出了考虑气溶胶散射的海洋水色卫星遥感辐射偏振校正算法,并利用POLDER实测的大气顶线偏振反射率对算法进行了检验,结果表明,无论是在443 nm波段,还是在865 nm波段,均比MODIS辐射偏振校正算法估算大气顶辐射偏振分量更接近POLDER实测结果.

海洋水色水温扫描仪(COCTS)是中国海洋水色系列卫星上的主遥感器,主要用于探测我国及全球部分海域的海洋水色和水温环境信息。大气漫射透射比计算是COCTS大气校正的必需过程,直接影响COCTS大气校正和水色信息反演的精度。提出了基于加倍法解大气海洋耦合矢量辐射传输方程的大气漫射透射比精确计算方法,通过与SeaWiFS精确大气漫射透射比查找表计算结果的比较,结果表明计算相对误差小于1.5%,而当观测天顶角小于60°时,计算相对误差小于0.5%,可以用来生成COCTS的精确大气漫射透射比查找表。在此基础上,生成了专门针对COCTS的精确大气漫射透射比查找表。