水中の撮影では、自然光（太陽光）が十分にあり、補助光を用いなくとも十分撮影できる『場』であれば、プログラムオートや絞り優先などで対応可能です。
　しかし、20m以深の深場や、伊豆の海などの懸濁物質が多い透視度の悪い海、また、曇天など太陽光の日差しが弱いときなど、水中に十分な自然光が届かない『場』における撮影では、被写体がもつ「自然の色」を撮影するためには、補助光（ストロボ光）を使うことが必須であると思います。

　水中で使用すべき補助光、すわなちストロボ光を当該環境下で利用する際の注意点は、陸上とは違い、水中での使用となるため、光が伝播する媒体である「水」での物理現象について知る必要があります。

　また、海とは生命の揺りかごであり、また、地球という生物の各部位へ養分を運ぶ血液の役割を担っているため、その血液（海中）では多くの生物が存在し、また、その他の懸濁物質により、時々刻々と、自身の形相を変化させています。

　このことからも、純水中での光の伝播現象については（ある程度）理論的に計算できるが、海中では、それが持つ生命力により、計測によってのみ、光の伝播現象が判断できる。　その結果は「散乱」「吸収」「光合成」などにより減衰し、前述の理論値より下回る傾向にあると想像に易いが、どれくらい乖離しているか？は誰も推測の域をでない、と思います。

　よって、理論値や、実地計測結果、半経験的な結果として、いろいろな推測値が公表されていますので、それらを総合し参照しながら光の水中での伝播現象を、以下考察することとにしました。

ストロボの仕様

　通常、ストロボメーカーでは、水中での減衰に関する詳しい記述は避け、以下のような表記になっていて、露光計算表および、その調光範囲を載せているだけです。
　ストロボの取扱説明書には。。。

『水中では光の吸収が激しいため、陸上GN値の、1/2 ～ 1/3 位置にしてください』

YS-90DX 露出計算表

　なぜ、メーカーが詳しい表記をしないのか？それには理由があると思います。
　わたくしなりに想像しますと、水中での光の伝播は、陸上のそれとは大きく異なり、水による光の減衰の影響が如実に現れ、規定しある（空気中での）GN（ガイドナンバー）の計算が、陸上のそれとはまったく違ってくることに起因します。

　水中での光の消散について、各種データから情報を取りまとめました。

純水の消散係数

　太陽から到達する光は特徴的な波長、強度および方向をもっています。光は地球大気に入り込み海面に到達する前に、選択的に吸収され、散乱され、そして反射ないしは屈折させられます。ひとたび海面に到達すると、それはされに密度の大きい液体の媒体によって変化を受けます。
　海中を透過する光は、吸収と散乱の2つの過程によって消散していきます。吸収は光のエネルギーを熱エネルギーなどに変換し、散乱は光エネルギーの進行方向を変えます。したがって、吸収と散乱は海中の光学的諸現象を支配する基本的な要因となります。

　光の水中での消散において、以下のように表すことができます。

水面、または水中でのストロボ光 0cm の強度

z[cm] での光の強度

z　媒体中（水中）での距離
c　消散係数（=吸収係数 a ＋散乱係数 b ） [/cm]

　ここで、消散係数とは、光が物質により吸収されたりすることを、単位距離あたり消えて無くなる値をしめしたものです。　また、透過率T [%] は以下のように示すことができます。　通常、透過率とは、単位距離（z=1 [m] ）のときの値をいう。

　以下では、上記に示した数式をグラフ化したものを記載いたします。
[Fig 1] 波長と消散係数の関係　純水の消散係数は、光の波長によって著しく異なっています。
　右グラフFig 1では、Hulburt [1945] が測定した、蒸留水の波長毎における消散係数の変化をグラフ化し、また、その値を基に透過率（1m）を各波長毎にグラフ化、さらに Tyler and Smith [1970] が計測した Crarke 湖の消散係数から計算した透過率（1m）を各波長毎にプロットしたグラフです。
　波長と実際の色との関係を理解しやすいように、波長毎に色付けした横軸にしてみました。

　消散係数は散乱係数と吸収係数から成り立っているが、一般に、懸濁物質の散乱係数は光の波長に無関係に一定であるものとされているので、懸濁物質の消散係数が光の波長で異なるのは、吸収係数によるものである。

　海洋用に検討するとするば、海水の光の散乱は水自身による消散（上記グラフ）と、塩分、懸濁粒子および溶存有機物による消散に起因する。塩分による光の消散は可視光域では無視できるほど小さい。
　ここで使用する吸収係数 a は、波長による吸収される係数 ap と、海水中の黄色物質と呼ばれる溶存有機物による吸収係数 ay 、つまり、 a=ap+ay の関係がある。ここでap は長波長側にいけば大きくなるし、ay は逆に短波長側にいけば大きくなる（上記グラフでは記載していない）

　上記の消散係数を基に、横軸に光源からの距離[cm]、縦軸に変化する透過率[%]として、代表色毎にその関係をグラフにしてました。
　左グラフFig 2は 0m－20m での変化を、右グラフFig 3は 0cm－200cm での変化とした。


Fig 2
Fig 3


　次に、より現実的な事例として、Jerlov [1951] が測定した結果がある。
　大西洋、太平洋、地中海で、太陽の高度が高いとき、いくつかの波長について測定した表層の下方向照度の消散係数を基にして、外洋水をⅠ、Ⅱ、Ⅲの３種類に、沿岸水を１～９の９種類に分類（光学的水型）とした。
　右グラフFig 4に、これらの光学的水型の下方向照度についての深さ 1[m] あたりの分光透過率を、透過率曲線として記載いたします。
Fig 4

　Clark、James、Sullivanによると、懸濁物質を含まない海水の消散係数は、蒸留水のそれに近いとされている。
　沿岸域の水型についてみると、透過率の変化は長波長（赤色側）域に比べて、短波長（紫色側）域のほうが大きい。これは明らかに沿岸水に含まれている懸濁粒子や黄色物質による選択吸収によるものでしょう。

透明度と消散係数
　今日までの多くの観測結果から Jerlov の光学的水型別に平均的な一定値を求めると以下のようになる。

水型 透明度 D 消散係数 c c × D
外洋水 Ⅰ 60.0 0.021 1.26
ⅠＡ 45.0 0.028 1.26
ⅠＢ 36.0 0.035 1.26
Ⅱ 25.0 0.064 1.60
Ⅲ 14.0 0.118 1.65
沿岸水 １ 10 .0 0.121 1.21
３ 5.8 0.199 1.15
５ 3.2 0.316 1.01
７ 2.2 0.458 1.00
９ 1.8 0.580 1.00

Poole と Atkins、Clarke の研究によると、海中でもっとも透過が良い青緑色光（515[nm]）による下方向照度の消散係数 c と透明度 D との間には

外洋域　c×D=1.7
沿岸域　c×D=1.0
の関係があることが知られている。　ただ、検討したい海域の状態や、季節によって多少変わることがある。　この経験値から、透明度からその海域での消散係数を導き出すことができる。

　この水型は具体的にはどのような海域であるか、消散係数を基に予想してみる。しかしながら、単に消散係数からのデータのみで判断している。

水型 海域
外洋水 Ⅰ 　
ⅠＡ 　
ⅠＢ 日本海の大和堆、サルガッソー海
Ⅱ 大島、カリブ海
Ⅲ 地中海、ガラパゴス、バミューダ、ロスアンゼルス沖合北大西洋
沿岸水 １ 伊東沖
３ 熱海沖、カテガット海峡
５ バルチック海
７ 三河湾、ボスニア海
９ ロスアンゼルス沿岸

電磁気学による吸収係数
　物理学における教科書（電磁気学＠J.D.ジャクソン著）に寄れば、水媒体中における電磁波と吸収係数との関係を以下に記載します。

　振動数の関数としての水の屈折率（上図）と吸収係数（下図）。横軸にはエネルギーの目盛り（矢印）と波長（鉛直線）を記載。振動数スペクトルの可視光域は鉛直な破線で示している。


水の振動数における
屈折率（上図）と吸収率（下図）
電磁気学（上）　J.D.Jackson　より

　あまりに大きな振動数の範囲であるためわかりにくいが、破線で示された区間が可視光領域です。このグラフは横軸上、左に行けば振動数が減る＝波長が長くなり、右に行けば振動数が増える＝波長が短くなることを意味する。

　赤外領域では水分子自身の振動モードと、おそらく、近くの分子の場内での分子の振動に関連した吸収大河、吸収係数～10e4[/m］のピーク値に達する吸収を引き起こしています。その後、吸収係数は8桁も急落し、赤外線域（4×10e14）～紫外線域（8×10e14）までの短い区間で吸収係数＜0.3まで減少しています。　そこからまた、急激に8桁も増加しています。

　これは、わたくしたちが可視光域とよぶ劇的な『窓』であります。

　この範囲にある電磁波（＝可視光）であるからこそ、動物の目は赤から紫までの光のスペクトルを感じることができるのです。　自然の摂理とは素晴らしいものですね。

　ちなみに、前述の消散係数と、今回の吸収係数との関係を比較すると、桁数も合っておりますし、また、可視光域の両端で数量が上がることも非常に似ています。

透明度と透視度
　透明度は、海水の清濁の程度を示す最も簡単な指標である。直径30cmの白色の平らな円板でできた透明度版を海水中に降ろし、上からみてこれが見えなくなる限界の深さを透明度といい m 単位で表す。
　透明度版を用いる時は、できるだけ鉛直に沈むように適当なウェイト（5kgぐらい）をつけて静かに海中に沈め、見えなくなる深さと、ゆっくり引き上げていって見え始めた深さの測定とを反復し、平均する。
　海面の波浪、天空の状態に左右されやすいこともあり、船の影の場所から下に降ろすように『海洋観測指針』では統一されている。

　透明度と透視度は、測定原理は一緒である。　透明度は水面に対し鉛直方向の透明度。透視度は水面に対し水平方向の透明度を呼ぶ。
　透視度での正確は測定は難しい。水中での水面に対して水平方向の測定は困難を極めるので、ダイビングでは目視での数値を各自の距離感を基に決定している。
　ただ、この目視、と言うことが実は曲者です。一般的には、水中で人間の目視では、屈折率の関係で、通常陸上で見ている距離感と比べて、1.33倍大きく（遠く）に見えてしまいます。　具体的には10m程度見えていると感じても、実際には7.5m程度となる。

　しかし、ダイビングでダイバーが一般に使用する用語の透明度とは、透視度のことを言っていることが多く、また、その透視度も、目視で感じた距離を数値化しているだけである。　でも、この透視度、どのダイバーも1.33で割った数字を言うことはないため、逆に、この値がその海域での『綺麗さ』『透き通り具合』を述べていることになります。
　経験上、目視での透視度では、伊豆で10m～15mがせいぜい。30mを越えるところは、サイパンなど潮流れが速いところです。

参考文献ほか

• 海洋学講座第１４巻　海洋測定法　1972年　東京大学出版会　
• 海洋環境調査法　1979年　恒星社厚生閣　ISBN4-7699-0531-9
• 陸水学　1999年　京都大学学術出版会　ISBN4-87698-085-3
• 電磁気学（上）　2002年　吉岡出版　ISBN4-8427-0305-9
• 海からの発想　1975年　東海大学出版社　ISBN4-486-00986-X
• ダイビングの世界　1996年　岩波書店　ISBC4-00-430621-3
• 理科年表 環境編　2003年 丸善 ISBN4-624-07335-4
• YS-90DX、YS90AUTO取扱説明書　株式会社シーアンドシー
• Underwater Lighting Conditions by Andrew Trevor-Jones
• 水中通信＠科学談話室
• 深海生物常設展示＠橿原水族館