Optical Variability in the Ocean

对海洋上层大气光学性质的预测在海洋学中具有十分重要的意义。这些性质可以调节上层海洋中可见光辐射的反射率和透射率，对上层海洋的物理结构、生物和海洋学过程以及全球气候变化都有重要的影响。例如，与陆地表面的光合作用过程相比，海洋上层吸收的太阳辐射的一小部分是“暗的”，这是驱动海洋上层的光合作用过程的主要原因，也是对海洋生物的稳定。可见辐射率的变化对上层海洋热结构和动力学的发展起着非常重要的作用。因此，吸收的太阳辐射的一小部分是驱动地球表面的光合作用过程的主要原因，而海洋上层吸收的太阳辐射的衰减对海洋的影响是稳定的。因此，在上层海洋的热结构和动力学的发展过程中，吸收的太阳辐射的一小部分是起重要作用的。许多化学物质的变化要视情况而定。对于应用利益而言，可见光波长的衰减系数决定了有效的从点到面的光传输和漫反射光源。我的研究计划的主要目标是既要考察海洋光学性质变化的主要来源，又要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。具体的目标包括首先阐明海洋的光学性质变化的主要来源。这些包括生物过程、流体和动力过程(特别是湍流)、非生物的、但光学上活跃的海洋初级生产力成分(如气泡)，以及受全球大气、海气界面和海洋内部辐射输送的影响而影响的海洋辐射场的主要物理性质。第二，我计划评估海洋光学性质在决定海洋初级生产力的速率方面的作用，特别是在尺度上的作用，这对于进一步确定海洋生物地球化学过程在全球碳循环中的作用是合适的。第三，我计划评估海洋光学性质在确定海洋初级生产力在全球碳循环中的重要作用方面的作用。我们还将评估大气变异性在确定大洋上层海洋的热力结构和动力学特征方面的重要作用。特别是将重点放在发展适当的自主海洋观测系统和传感器，以用于在不同尺度上对海洋的光学性质进行更多的观测，这将有助于建立全球上层海洋物理、化学和生物科学演化的最新数值预报模型。

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.