当太阳光穿过海面并进入水体，这个过程涉及水体的吸收和散射。返回大气的反射光，即所谓的海面向上辐射，其光谱特性体现了这种作用，也被称作海面向上光谱辐射（参见图3——海面辐射的物理模型）。太阳辐射在海面的初始辐照度E，经过海面后变为向下辐射E(0)，随着深度增加，其强度会因衰减系数的影响而逐渐减弱。到达深度z的向下辐射，可以用辐射衰减系数κ来描述，而上行辐射则由水体的体积散射函数和吸收系数决定，即E(z) = R(z)·E(z)。

水平面深度z的向上辐射类似于漫射表面的辐射，其亮度L(z)与辐射衰减和水体的线性衰减系数μ有关，而海面之上的向上辐亮度L(0)则是L(z)透过海面的部分。这些参数，包括辐射衰减系数、体积散射函数、吸收系数和线性衰减系数，都受波长影响，光谱波段中散射较强而吸收较弱时，海面向上辐亮度较强。

海面向上光谱辐射与海水水质紧密相连，它影响着海水的颜色。如大洋水呈现蓝色，沿岸水可能呈黄色，富含叶绿素的营养水则呈现绿色。叶绿素在特定波长（450nm和550nm）有显著的吸收或透射特性，叶绿素浓度的变化会显著影响450nm处的辐射减少和550nm处的辐射增加（参见图4——典型的海面向上光谱辐射）。研究海面向上光谱辐射的变化，对于监测海水中叶绿素含量具有重要意义。

然而，利用光学遥感探测海面向上光谱辐射时，必须进行大气辐射校正，因为大气对上行光谱辐亮度有显著影响。上行光谱辐亮度L可以通过以下公式计算：L = (表面海水透射系数T·天空入射光辐亮度L) / 大气透射系数T + 大气散射引入的大气路径辐亮度L，以消除大气效应，从而提取反映海面和海水光学性质的反射辐亮度L和海面向上辐亮度L(0)信息。

扩展资料

包括光从海面向大气的反射、海洋水体向大气的光辐射和海面热辐射，是海洋光学的重要研究内容。海面光辐射和海洋环境特性之间的关系是光学遥感技术探测海洋的主要依据。