针对国内尚没有大角度范围的水体颗粒偏振体散射函数测量仪的问题，基于潜望镜式光路结构与旋转偏振探测器的探测方式，建立了水体颗粒偏振体散射特性测量系统，验证了采用半衰片胶合方式的出射棱镜对大角度偏振体散射特性测量的适用性，实现了10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵的测量。对系统开展了角度、幅值及偏振标定，根据系统结构和水下传输原理进行了散射光程归一化和水下衰减矫正。实验结果表明，3 μm直径聚苯乙烯标准颗粒测量结果与理论计算值吻合良好，证明了该套系统的可靠性。同时在千岛湖自然水体对该套系统进行了测试验证，获得的水体颗粒物10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵测量结果表明偏振体散射特性能够提供更丰富的颗粒特性信息。

针对水色卫星遥感器的紫外波段,利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型开展了355 nm和385 nm两个紫外波段大气顶(TOA)表观辐射的偏振特性分析。研究发现水色卫星紫外遥感器入瞳处光的偏振信号主要来源于大气分子散射,与仅考虑大气分子散射相比,气溶胶、水-气界面层和水体会减弱紫外遥感器入瞳处光的总偏振度(DOP)。在不同的大气顶观测方位下,上述两个波段紫外光的总偏振度变化范围在0%~70%之间。同水色卫星遥感器通常设置的412 nm可见光波段相比,在同一条件下到达水色卫星紫外遥感器入瞳处的紫外光的偏振度变化不大。

水体可溶性有机物(也叫黄色物质, CDOM), 直接影响水体光学特性和遥感光谱特征, 在水体生态系统、光学遥感、海洋碳循环中都发挥重要的作用。针对现有水体黄色物质(CDOM)常规测量需要对水样进行过滤等耗时耗力预处理过程, 研制了一种水体黄色物质快速测量的可用于实验室及野外分析的激光诱导荧光仪, 该仪器集成了405 nm 激光激发、高光谱接收和特征荧光光谱解析技术, 使得激光雷达能够从各种成分的叠加信号中分离和确认出特定组分。此外, 在实验室测量和分析了温度对于CDOM荧光光谱的影响, 并提出了一种荧光数据的温度校正算法。该仪器在中国东海2013年4月的测量结果与常规仪器测量结果具有显著的相关性(R2=0.83), 揭示了激光诱导荧光技术在CDOM实时监测上的应用潜力。

针对国产机载激光雷达测深系统海陆波形分类识别的需求, 基于多通道海洋激光雷达波形数据的特点, 通过提取多通道波形的特征参数, 采用支持向量机的方法构建分类模型对海陆波形进行分类。通过检验结果证明, 该分类方法总体精度和Kappa系数分别达99.03%和0.9805。该方法海陆波形分类精度满足工程应用需求, 适用于国产机载激光雷达测深系统的波形分类处理, 为后续深度计算过程中水体介质光速校正和潮汐波浪改正奠定基础。

研究了水下高光谱衰减测量仪（ACS）的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒（2，5，10，20 μm）的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计（PE35）的实测值对比，得出：PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境，利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量，结果表明：ACS在浑浊水体下的测量结果被低估，其不确定度与波长呈负相关；水体的浊度对ACS 衰减测量的不确定度影响较大，且呈正相关，在低浊度水体下ACS(10 cm)的测量值被低估17.2%~19.04%，ACS(25 cm)的测量值被低估7.84%~15.36%，在高浊度水体下ACS(10 cm)的低估则增至26.4%~28.24%。

基于矩阵算法建立了一个可用于模拟水体非弹性散射过程的水体辐射传输数值模型。该模型采用单个均匀介质层中辐射能量随深度增大而呈指数衰减的假设，将非弹性散射作为源矩阵算子引入到矩阵算法当中进行解算。通过Mobley水体辐射传输标准问题7的验证以及与Hydrolight 5.0结果的比较，说明该模型对多次散射和非弹性散射的处理是正确的，是一个适合于全面模拟水体各种辐射传输过程的数值计算模型。同时在该模型的基础上利用三分量模型，模拟分析了水体各成分对水体非弹性散射的影响以及非弹性散射在遥感反射率中所占的比重。分析结果表明拉曼散射只在清洁水体中对遥感反射率的贡献较大。而随着水体中黄色物质浓度和叶绿素浓度的提高，相应波段的遥感反射率中非弹性散射所占的比重不断提高，但是叶绿素和黄色物质彼此之间却是相互抑制对方的非弹性散射作用。另外悬浮泥沙对非弹性散射作用的削弱非常明显，在高浓度悬浮泥沙水体中非弹性散射过程甚至可以忽略。

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。