为研究气-海跨介质的蓝绿激光传输特性,针对气-海跨介质界面及海面下气泡层,依据基尔霍夫近似、Mie理论与Beer理论建立了蓝绿激光通过海面-气泡层的下行传输模型。充分考虑了受风速影响的海面高度起伏、海水中气泡浓度变化、海水中洁净气泡和有薄膜覆盖气泡的混合等因素,数值计算了蓝绿激光经过海面-气泡层的透过率随风速、海水中的传输深度以及接收平面与发射平面夹角的变化关系。结果表明,蓝绿激光通过气-海界面及海水中的透过率主要取决于风速的大小与激光在海水中的传输深度;随着风速的增大,海面粗糙度与上层海洋中气泡浓度增大,激光透过率降低;与海水相比,气泡层对激光透过率的影响会随着深度的增加而降低;对于半径大于10 μm的气泡,蛋白质薄膜的覆盖对蓝绿激光的衰减影响不大。

在蓝绿激光对潜通信及对潜探测应用中, 激光分别通过大气、气-海界面以及海水信道传输。由于海面上方覆盖海雾、风速引起海面粗糙度变化以及覆盖泡沫、海水信道中存在悬浮粒子等多种因素的影响, 蓝绿激光传输信道呈现复杂特征。基于米散射理论、粗糙面散射理论及辐射传输理论, 针对上述复杂海况开展海雾大气、泡沫覆盖风驱粗糙海面及考虑浮游植物分布的海水信道的激光传输特性研究, 并详细讨论了风速、海雾能见度及浮游植物分布对激光功率的衰减作用。结果表明：海雾、粗糙海面泡沫和海水信道中浮游植物对传输激光功率共同起作用, 其中海水信道中浮游植物对激光功率的衰减最为显著, 风速改变带来的海面粗糙度变化以及覆盖泡沫主要对激光透射角域产生显著影响, 同时对激光功率的透射极值产生一定的影响。

对潜通信及对潜探测中蓝绿激光将穿透海水表面，大气/海水界面由于风速及其他外力作用而呈现复杂状况，将影响蓝绿激光在界面的传输特性。针对泡沫-海面复合模型，采用矢量辐射传输理论、米氏理论以及粗糙面散射理论对泡沫海面的散射特性进行了分析。采用基尔霍夫近似针对JONSWAP 海谱，讨论了泡沫海面在蓝绿激光波段的后向散射系数与入射角、风速、风区以及海水温度、含盐度等参量的关系。结果表明：随着海面上方风速、风区及介电常数的增大，泡沫层对海面的激光散射具有相当大的影响，尤其是在入射角度较大的状态下。

通过测量空间辐射反演海雾气溶胶的微观特性是一种重要的遥感方法, 但是海雾对辐射的反射会受到海面背景的影响。 该工作研究了海雾与海面的耦合多次散射。 利用Mie理论研究了海雾气溶胶的单次散射特性, 利用辐射传输理论研究太阳光在无下垫面海雾中传输多次散射特性; 在基尔霍夫近似下研究了风驱粗糙海面的散射特性, 并考虑了海面的遮蔽效应, 得到了风驱海面随风速的反射函数。 根据累加法研究了海雾和海面的耦合散射, 计算结果表明海雾在有粗糙海面作为背景的情况下, 其整体反射有较大增强。

研究了计算海面激光反射的几何光学方法。首先根据JONSWAP非稳态海谱模型数值模拟出二维随机粗糙海面,再采用几何光学方法对入射激光光束在海面上的反射光进行建模,最后计算出海面激光光斑反射光强的空间分布。编制了相关的计算机程序,分析了在不同入射角度和不同风速下的激光光束反射特性。计算结果表明该方法对研究二维随机粗糙海表面激光反射特性有一定参考价值。

应用蒙特卡罗方法实现了粗糙海面的仿真与模拟，建立了基于双积分方程的高功率微波（HPM）近海面传输特性矩量法计算模型。模型采用光滑窗函数对均匀平面波进行调制，把均匀平面波入射调制为锥形波，消除了粗糙海面突然被截断而引起的边缘效应的影响；重新推导了锥形波入射下的基尔霍夫近似公式，并在满足基尔霍夫近似的条件下，通过对比分析，验证了模型的正确性；采用模型计算分析了不同海面几何参数和海水媒质参数对HPM近海面传输系数的影响。结果表明：粗糙海面的均方根高度对HPM传输系数影响明显，均方根高度越大，传输系数越小，能量分布越均匀；另外随着海水介电常数实部和虚部的增加，传输系数均有所增加，并且实部的影响更明显。

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。