Optical Variability in the Ocean

海洋上层光学性质的预测在海洋学中具有中心重要性。这些特性调节海洋中可见辐射的反射和穿透，对海洋物理和生物过程以及行星气候变化具有重要影响。例如，与陆地表面相比，海洋是“黑暗的”，上层吸收的太阳辐射加热并稳定了海洋。可见辐射衰减速率的变率因此在上层海洋热结构和动力学的发展中起着重要作用。吸收的辐射的一小部分负责推动光合作用过程，而海洋中的生命和许多化学转化都依赖于光合作用。从实际应用的角度来看，可见波长的衰减决定了海面或深海点源和漫射源的有效透射。我的研究计划的目标是检查海洋光学特性变化的来源，并评估这种变化对海洋生物地球化学循环和物理气候相互作用的影响。具体的目标首先包括阐明海洋光学特性变率的来源。这些包括生物过程、流体动力学过程（特别是湍流）、无生命但具有光学活性的海洋成分（例如气泡），以及受大气、海气界面和海洋内部辐射传输的净效应影响的辐射场的物理性质。其次，我计划评估海洋光学特性的变异性在确定海洋初级生产速率方面的作用，特别是在适合确定海洋生物地球化学过程在全球碳循环中的作用的尺度上。第三，我们将评估海洋光学性质的变率在确定上层海洋热结构和动力学中的作用。一个特别的重点将是发展适当的自主观测系统和传感器，以便在一定尺度上观测海洋光学特性，这将有助于对上层海洋物理、化学和生物学演变的数值预测。

Prediction of the optical properties of the upper ocean is of central importance in oceanography. These properties regulate the reflection from and the penetration of visible radiation in the sea with important ramifications for physical and biological oceanographic processes as well as planetary climate changes. For example, the ocean is "dark" as compared to the terrestrial surface, and the solar radiation absorbed  in the upper layers heats and stabilizes the ocean. Variability in the rate of attenuation of visible radiation consequently plays a strong role in the development of upper ocean thermal structure and dynamics. A fraction of the absorbed radiation is responsible for driving the photosynthetic process on which life in the sea,  and many chemical transformations, depends. For applied interests, the attenuation of visible wavelengths  dictates the effective transmission from point and diffuse sources either at the sea surface, or at depth. The  goals of my research program are to examine both the sources of variability in ocean optical properties, and to  evaluate the effect of this variability on both oceanic biogeochemical cycles and physical climate interactions.  Specific objectives include first the elucidation of the sources of variability in the optical properties of the ocean. These include biological processes, fluid dynamical processes (particularly turbulence), nonliving, but optically active ocean constituents (e.g. bubbles), and the physical properties of the radiance field as influenced by the atmosphere, air-sea interface, and the net effects of radiative transfer within the ocean interior.  Second, I plan to evaluate the role of variability in oceanic optical properties in determining rates of primary production in the sea, particularly on scales appropriate for the determination of the role of oceanic biogeochemical processes in the global carbon cycle.  Thirdly, we will evaluate the role of variability in oceanic optical properties in determining the thermal structure and dynamics of the upper ocean. A particular focus will be on the development of appropriate autonomous observation systems and sensors for the observation of ocean optical properties at scales that will be useful for the numerical prediction of the  evolution of the upper ocean physics, chemistry and biology.