湖泊光学研究动态及其应用
张运林!，"，秦伯强!，陈伟民!
（!#中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京"!$$$%；"#中国科学院研究生院，北京!$$$&’）
摘要：简述了湖泊光学研究几十年来所取得的成果，如湖水的光学特性；水下辐射能的观测、传输和计算。论述了
湖泊光学研究的重点，包括黄色物质吸收系数!的确定；()*+辐射对湖泊生态系统的影响；光的生态效应；光化学
过程（,-./.0-123045,6.017717）、生物*光学模式（+3.*89/3045:.;15）估算湖泊初级生产力以及湖泊富营养化限制因子分析
及防治。总结了湖泊光学研究的主要应用领域，包括估算湖泊初级生产力、叶绿素4的浓度、悬浮物的估算以及水
色遥感研究等。阐述了湖泊光学未来研究方向，当前研究工作中国内与国外的差距及国内需要开展的工作。
关键词：湖泊光学；辐射；叶绿素；悬浮物；水色
中图分类号：,"&"#&；<&=&#!!
文献标识码：>文章编号：!$$!*?@’!（"$$&）$=*?=&*$@收稿日期："$$"*$=*"!；修订日期："$$"*$@*!$
基金项目：中国科学院知识创新工程资助项目（ABCD"*&!!；ABCD"*E$&）
作者简介：张运林（!’@?F ），男，湖南邵阳人，中国科学院博士研究生，主要从事湖泊光学和湖泊环境研究。G*2435：H5I-4JKL J3K547#40#0J 湖泊光学作为物理湖泊学研究的一个方向，"$世纪@$年代国外就开展了此项研究［!］，由于湖水光学特性
及水下光传输与光强度分布对生物生长及水体初级生产力影响很大而引起国内外重视［"，&］。研究湖泊光学与湖
泊环境、水生生物、植物生态学的相互关系已成为湖泊光学研究中极具生命力的部分，并发展了生物光学模式
（+3.*.9/30452.;15）来计算水体初级生产力［E ］。国外这部分工作开展较多，但国内在"$世纪’$年代初，蔡启铭
和扬平等在太湖开展了初步观测研究，取得部分成果［=M @］。太阳辐射是湖泊生态系统的主要能量来源，波长
E$$M @$$J2的可见光
（即光合有效辐射，,>N ）是湖泊中植物进行光合作用的动力，它直接决定着湖泊中各种生物的生长及湖泊初级生产力，同时光化学过程和紫外辐射也深刻地影响湖泊生态系统和碳循环。因此，研究湖泊水体的光学特性和变化规律将有助于了解湖泊中生物生长、藻类爆发及湖泊富营养化的防治。
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研究成果!"!湖水光学特性
湖水的光学特性决定了水下光照强度和光谱分布，进而决定了湖泊水体初级生产力。分析湖水的光学特性，包括纯水的光学特性和各影响因子的光学特性。湖泊水体中影响光的强度及光谱分布的物质大致可分为&类［%］：!黄色物质（H155.O 7PQ7/4J01或K35R3J ），主要是由黄腐酸、腐殖酸组成的溶解性有机物；"悬浮物质，主要是浮游植物死亡产生的有机碎屑以及陆生或湖体底泥再悬浮而产生的无机、有机悬浮颗粒，对于浅水湖泊而言，底泥的再悬浮占了很大比例；#浮游植物，主要是各种浮游藻类。
光进入湖体后，散射同吸收联合作用引起了辐射光的衰减，包括纯水及湖水中物质对光衰减的各物理过程，总的衰减系数用公式表示，即为
"（!）#"O （!）$"K （!）$";（!）$"0（!）（!）式中"（!）、"O （!）、"K （!）、";（!）及"0（!）
分别为总衰减系数、纯水衰减系数、黄质衰减系数、悬浮颗粒衰减系数及浮游藻类衰减系数，其值可以通过仪器测量或有关公式计算求得。但由于影响光衰减因素的复杂性，光照本身的不确定性及仪器的精度和一些技术问题，要详细的测定和计算各因素的吸收和散射系数还有一定的困难。此
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