海底光谱反射率是光学浅水中太阳辐射传输的重要组成部分, 影响着海水表面离水辐亮度的光谱特性, 因此底质光谱信息的准确获取对于浅海遥感工作的开展至关重要。 专门设计了一套海底光谱反射率测量系统填补了国际上在这方面的空白。 采用可自由伸缩并旋转角度的参考白板贴近目标物测量, 以消除探头到目标物之间水体吸收衰减的影响, 双光路采集系统同步测量的设计避免了水下光场迅速变化对辐射测量的影响。 于2018年9月3日—8日, 用该系统在三亚珊瑚礁保护区进行原位海底反射率测量试验, 测量对象包括珊瑚、 海草、 泥沙、 沙滩等多种底质。 各底质类型之间具有光谱可分性, 具体表现为, 在波长大于580 nm的长波段, 浅海沙子底质与岸上沙滩光谱反射率特征差异明显, 表明相对于空气中, 水体和水中微藻介质的吸收散射作用严重影响着水下光谱辐射的测量, 证实了空气中测量的目标光谱不可替代水中的结果。 珊瑚和水草的光谱反射率特征主要区别在于海草反射率光谱在540～600 nm波段有一个宽反射峰, 而珊瑚的典型特征是在575, 600和650 nm附近有三个特征反射峰。 此外, 珊瑚、 沙子和沙滩三种碳酸盐质底质在395, 430, 490和520 nm存在反射峰, 485和585 nm处有一个小吸收峰, 而海草则相反, 在395, 430, 490和520 nm存在吸收峰, 485和585 nm处显示反射峰。 以上数据为将来利用底质反射率提取底栖物质组成信息奠定了基础, 同时其结果也能够证实系统的可靠性和有效性。

基于SIA顺序注射法以及分光光度原理研制了海水硝酸盐/亚硝酸盐原位快速测量仪。 对最佳不完全显色反应时间以及硝酸盐镉铜柱还原速度进行了实验优化筛选, 采用液芯波导替代比色皿作为样品池, 在实现原位快速测量(测量时间可短至4　min)的同时也大大减少了样品量, 缩小了仪器体积、 重量, 降低了仪器功耗, 提高其灵敏度(nmol·L-1), 使其更适于原位测量。 仪器具有良好的通用性和可扩展性, 稍作调整, 即可用于不同海域各种营养要素的剖面及定点测量。

由于Teflon AF具有气体渗透性结构、 疏水性、 化学惰性、 比水低的折射率等特点， 因此Teflon AF液芯波导在吸收、 荧光、 拉曼光谱分析、 气体传感器等诸多领域得到了广泛的应用。 本文将剖析Teflon AF液芯波导的特性， 分析Teflon AF液芯波导的应用研究进展， 展望Teflon AF液芯波导的应用研究前景。

针对有色溶解有机物(CDOM)和颗粒物在短波波段的强吸收特性对海冰内部及下层海水生物的区大影响，研究了辽东湾海冰内部CDOM和颗粒物的吸收特性。海冰内部CDOM的吸收为下层海水CDOM吸收的1/5~1/2，海冰内部CDOM吸收的最大值一般出现于海冰的表层和底层。由于大气的沉降作用，海冰内部颗粒物吸收的最大值出现于海冰表层。辽东湾海冰CDOM斜率范围为0.0122～0.0231 nm-1，下层海水CDOM斜率范围为0.0174～0.0190 nm-1。海冰生长速率和下层海水CDOM决定着海冰CDOM斜率剖面分布。较高的海冰内部CDOM和颗粒物浓度导致衰减系数的谷值向长波方向移动。

海冰反照率是研究海冰表面特性、 海冰分布、 海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。 将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值, 对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。 研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。 结果表明： (1)反照率与海冰组分密切相关, 海冰表层颗粒物浓度越高, 反照率α(λ)的值越小, 气泡的含量越高, α(λ)越大； (2)当仪器探头天顶角θ为0°时, 所测量的双向反射因子Ｒｆ与反照率α(λ)的值是相似的； 随着θ的增大, Ｒｆ的值逐渐增大, 且与探头方位角的相关性逐渐增强； 当θ的值等于太阳天顶角63°时, Ｒｆ的值最大, 且与探头方位角的相关性最强； (3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。

海冰是地球气候系统中的关键要素之一， 为此设计了用于测量海冰光学特性的海冰高光谱辐射测量系统， 可实现3个通道的同时测量， 设计了2种类型的光学探头， 解决了探头水密性的问题， 搭配“L”型支架实现冰下辐射的现场测量。 设计了双向反射率支架， 搭配角度传感器可实现探头于任一角度位置对海冰双向反射率的测量。 系统积分时间智能设定， 实现了积分时间设定的最优化和自动化。 解决了低温工作的难题。 另外系统还集成了4个温度探头和1个全球定位系统GPS。 通过在辽东湾附近海域对海冰的现场实验， 验证了系统的可靠性及准确性。

海洋光学浮标在水色遥感现场辐射定标和数据真实性检验、海洋科学观测、近海海洋环境监测等方面有重要应用价值。采用子母浮标技术设计了海洋光学浮标系统,该系统可同步测量海面和海水近表层及真光层的光谱辐照度和光谱辐亮度分布、水体光谱吸收/散射系数,以及风速风向等辅助参数。浮标利用GPS定位,采用低功耗的PC104嵌入式电脑作为控制核心实现数据的自动采集,采用CDMA/GPRS无线网络与海事卫星两种方式实现数据和指令的实时传输。近海试验表明,设计的子母浮标能较好地满足水下光辐射测量对浮标姿态和稳性的要求,系统的数据采集和远程传输技术可靠,光学仪器防污染技术能确保光学浮标长期有效地工作。

研制了海洋水色高光谱辐射实时观测系统。该系统主要包括用于现场测量海面与海水近表层上行辐亮度和下行辐照度的高光谱光纤辐射计, 装载高光谱光纤辐射计及其它辅助设施的海上观测平台, 数据采集、实时通讯的控制系统。采用6通道光纤光谱仪解决了多参数测量同步性问题, 通过自动调整光谱仪CCD积分时间提高其测量的动态范围; 采用光纤光谱仪减小了光接收器的体积, 减小了自阴影效应的影响; 采用防污染装置解决了光学探头水下防污染问题。对系统的性能进行了室内测试及近海36 d试验。结果表明,光学系统零漂误差小于±5%, 光学系统稳定可靠; 浮标性能可很好地满足水下光辐射测量对浮标体姿态和稳定性的要求; 控制系统的数据采集和通讯可靠有效。