光作为信息的载体被用于水下光探测和水下光通讯,但光在海洋中的传播受到海洋湍流的影响。相关研究的基础之一是海洋光学湍流的折射率功率谱,它描述了海洋光学湍流折射率的统计规律。1999年,Nikishov功率谱作为一种海洋光学湍流的Kolmogorov折射率功率谱被提出,并被广泛使用。2018年,学者注意到Nikishov功率谱所依据的标量功率谱模型——Hill第一模型——精度较低。相应地,基于精度较高的Hill第四模型的Yi功率谱被提出,该折射率功率谱适用于Prandtl数取值为7且Schmidt数取值为700的海洋环境。而大气中有关折射率功率谱的研究早在1990年就使用了精度较高的Hill第四模型。进一步比较发现大气相关研究的发展较快,近年还发展出了针对非经典湍流的非Kolmogorov折射率功率谱。有关研究也从功率谱的构建转向了对湍流强弱和精细结构的表征,所使用的折射率结构系数和内尺度成为了近年大气湍流测量的主要参量。上述大气光学湍流的发展为海洋光学湍流的研究提供了借鉴。据此,本文开展三部分研究,分别是:研究了海洋理想光学湍流,提出了Prandtl数和Schmidt数可变的基于Hill第四模型的海洋光学湍流Kolmogorov折射率功率谱;研究了海洋非理想光学湍流,提出了海洋光学湍流的非Kolmogorov折射率功率谱;研究了海洋光学湍流的参数化表征,获得了海洋光学湍流折射率功率谱的等效结构系数和等效内尺度,以描述光学湍流的强弱和精细结构。主要研究内容如下:首先,本文基于Hill第四模型,针对海洋环境中Prandtl数和Schmidt数取值范围大的特点,提出了一种海洋光学湍流Kolmogorov折射率功率谱。具体工作包括:通过对Hill第四模型进行数值求解和数值拟合,给出了适用于海洋宽范围Prandtl数和宽范围Schmidt数的Kolmogorov标量功率谱,其可描述Kolmogorov情形下的温度功率谱和盐度功率谱,且其分布与Hill第四模型的数值曲线吻合;在此基础上,借鉴Nikishov功率谱中导出温度-盐度耦合谱的方法,取得了相应的温度-盐度耦合谱,并结合所得标量功率谱,得到了海洋光学湍流的Kolmogorov折射率功率谱;另外,依据功率谱所含参数与环境、波长的关系,建立了功率谱与平均温度、平均盐度、温盐梯度比、波长等参数的联系,并基于上述结果,讨论了所得Kolmogorov折射率功率谱对应的光传播统计特性,所得统计特性与Hill第四模型数值数据对应的光传播统计特性相吻合。然后,本文针对海洋非经典湍流,提出了一种海洋光学湍流非Kolmogorov折射率功率谱。具体工作包括:将前述所得基于Hill第四模型的标量功率谱拓展到了非Kolmogorov情形,所得非Kolmogorov标量功率谱满足结构函数在大、小尺度上的表示;在此基础上,通过引入谱相关度的概念,获得了非Kolmogorov情形下的温度-盐度耦合谱,并结合所得非Kolmogorov标量功率谱,得到了海洋光学湍流的非Kolmogorov折射率功率谱。最后,考虑到结构系数和内尺度在现有大气光传播研究中的重要作用,本文获得了海洋光学湍流折射率功率谱的等效结构系数和等效内尺度。具体工作包括:探究发现了海洋光学湍流具有与大气一致的平面波尺度规律;在尺度规律的基础上,通过将海洋光学湍流的平面波波结构函数在大、小尺度上与大气的类比,取得了海洋光学湍流折射率功率谱的等效结构系数和等效内尺度;为验证所得等效结构系数能否有效描述光学湍流的强弱,以及所得等效内尺度能否有效描述光学湍流的精细结构,本文从平面波角谱分布、光闪烁、折射率精细结构等三个角度进行了分析,验证了所得等效参量是有效的。