Солнечный свет в океане важен по многим причинам: он нагревает морскую воду через верхние слои, снабжает фитопланктон необходимой энергией, используется для животными живущими у поверхност идля навигации: и отражённый подповерхностный свет используется для картирования концентрации хлорофила из космоса.

Скорость света в океане эквивалентна скорости света в вакууме поделённой на коэффициент рефракции (n), который обычно составляет n=1.33. Отсюда скорость света в воде приблизительно 2.25*108м/с. Так как скорость света в воде меньше чем в воздухе, часть его отражается от поверхности моря. Для света падающего под прямым углом к поверхности моря отражательная способность составляет (n-1)2/(n+1)2, то есть 0,02=2%. Таким образом большинство солнечного света достигающего поверхности моря проходит вглубь, и лишь малая часть его отражается назад в атмосферу. Это значит что солнечный свет в тропиках в большинстве своём поглощается под поверхностью моря.

Уровень на котором солнечный свет слабнет, разграничивает глубину на которой он абсорбируется и глубину нагреваемую солнцем. Ослабление происходит благодаря абсорбции пигментами и рассеивании молекулами и частицами. Ослабление зависит от длинны волны. Голубой/фиолетовый цвет абсорбируется в наименьшей степени, тогда как красный в более сильной. Ослабление на единицу расстояния пропорционально излучению и облучённости света

(6.12)

Где x – расстояние вдоль луча, c – коэффициент ослабления (Рисунок 6.19), и I – излучение или облучённость.

Излучение – энергия на единицу площади на пространственный угол. Она используется для описания энергии в потоке света приходящего с определённого направления. Иногда мы хотим знать сколько света достигает некоторой глубины в океане не принимая во внимание направление с которого он приходит. В этом случае мы используем облучённость – энергию на единицу площади поверхности.

Если коэффициент поглощения постоянен, интенсивность света экспоненциально уменьшается с расстоянием.

I2 = I1 exp(-cx) (6.12)

Где I1 – первоначальное излучение или облучённость света, I2 – радиация или иррадиация света после абсорбции.

Прозрачность Воды в Океане Морская вода в центре океана очень прозрачная, прозрачнее чем дистилированная вода. . These waters are a very deep, cobalt, blue-almost black. Таким образом течение текущее на север вдоль побережья Японии несущее очень прозрачные воды из центра Тихого океана в высокие широты, известно как Чёрное Течение или Куросио по японски. Наиболее прозрачная океанская вода называется водой I Типа по классификации Жерлова (Рисунок 6.20). Эта вода настолько чиста что 10% света проходящего через поверхность достигает глубины 90 м.

В субтропиках и средних широтах ближе к побережью, морская вода содержит больше фитопланктона чем очень прозрачные воды центрального океана. Хлорофил в фитопланктоне абсорбирует свет, а сами растения рассеивают свет. И для наблюдателя вместе эти процессы изменяют цвет океана. Очень продуктивные воды, с большой концентрацией фитоплпнктона, имеют голубовато-зелёный или зелёный цвет (Рисунок 6.12). В безоблачную погоду цвет океана можно наблюдать из космоса. Это позволяет сканерам цвета океана, таким как Sea Wi FS?, картировать распределение фитопланктона на больших пространствах.

При увеличении концентрации фитопланктона, глубина на которой солнечный свет полностью абсорбируется уменьшается. Более мутные тропические и среднеширотные воды относятся по классификации Жерлова ко II и III типу (Рисунок 6.9). Таким образом глубина до которой солнечный свет нагревает воду зависит от продуктивности вод. Это усложняет расчёт солнечного прогрева перемешанного слоя.

Чем ближе вода к берегу тем она менее прозрачна. Воды находящиеся у самого побережья относятся к типу 1–9 показанному на рисунке 6.19. Они содержат пигменты попадающие с земли, иногда называемые гельбштоф, что просто означает жёлтое вещество, мутную речную воду и ил поднятый волнами на мелководье. Очень мало света здесь проходит глубже нескольких метров.

Рисунок 6.19 Коэффициент ослабления c и коэффициент рассеивания b для чистой воды как функция длинны волны l излучения (Взято из Dietrich, et al. 1980).

Рисунок 6.20 Слева: ослабление дневного света в океане в % на метр как функция длинны волны I: очень чистый океан; II: мутные тропические и субтропические воды; III: среднеширотные воды; 1–9: прибрежные воды увеличивающейся замутнённости. Угол падения для первых трёх случаев 90° для остальных случаев 45° . (Взято из Jerlov, 1951). Справа: Количество света с длинной волны 465 нм достигающего определённой индикаторной глубины в тех же типах воды. (Взято из Jerlov, 1968).

Рисунок 6.21 Спектральная отражательная способность морской воды полученная в результате пролёта самолёта на высоте 305 м над водами с разной цветностью в Северозападной Атлантике. Численные значения – среднее содержание хлорофила в фотической зоне в мг/м3. Отражательная способность дана для вертикально поляризованного света наблюдаемого под углом Брюстера – 53°. Этот угол минимизирует отражённый от поверхности свет и выделяет свет из подповерхностных слоёв. (Взято из Clarke, Ewing, и Lorenzen, 1970).

Измерения хлорофила из космоса Цвет океана а следовательно концентрация хлорофила в верхних слоях океана, была измерена с помощью Coastal Zone Color Scannercarried, прибора на спутнике Nimbus-7, запушщенного в 1978 и Sea-viewing Wide Field?-of-view Sensor (Sea Wi FS?), установленном на спутнике Sea Star?, запущенном в 1997 году. Sea Wi FS? измеряет восходящее излучение в восьми каналах между 412 нм и 856 нм.

Большинство наблюдаемого спутником восходящего излучения приходит из атмосферы. Только около 10% приходит от поверхности моря. И молекулы воздуха и аэрозоли рассеивают свет; и для устранения влияния атмосферы была разработана очень точная техника.
Полное излучение Lt, принимаемое прибором представляет собой:

Lt(li) = t(li)LW(li) + Lr(li) + La(li)

Где l1 длинна волны излучения в канале измеренная инструментом, LW – излучение покинувшее поверхность моря (с поверхности моря), Lr – излучение рассеянное молекулами, называемое ещё Релеевской радиацией, La – излучение рассеянное аэрозолями, и t – коэффициент прозрачности атмосферы. Lr – может быть теоретически расчитано, а La может быть посчитано исходя из количества красного света принятого инструментом, потому что очень мало красного света отражается от поверхности воды. Следовательно LW может быть посчитано их излучения измеряемого спутником. Концентрация хлорофила в столбе воды рассчитывается исходя из соотношения LW в двух частотных каналах. Используя данные с Coastal Zone Color Scanner, Gordon et al. (1983) предложили:

(6.15a)

(6.15b)

где C – концентрация хлорофила в поверхностных слоях в мг пигмента/м3, а LW(443), LW(520), и LW(550) излучение на длинах волн 443, 520, и 550 нм. C13 используется когда C13 1.5 мг/м3; в других случаях используют C23.
Этот способ позволяет расчитывать концентрацию хлорофила с точностью 50% в широком диапазоне от 0,01 до 10 мг/м3