1.叶绿素a浓度
叶绿素是水体中浮游植物进行光合作用的重要色素，其中叶绿素a是浮游植物普遍含有的色素，其浓度可以在一定程度上反映浮游植物的生物量、水体营养化程度。
目前，大洋水体的叶绿素a浓度反演主要采用经验算法，如OC2、OC3、OC4算法等，反演误差约为35%。OC4算法是其中最具有代表性的蓝绿波段比值法：
式中，C chla表示叶绿素a浓度，a0～a4为系数，R rs（λblue）是440nm到520nm波段遥感反射率的最大值，R rs（λgreen）是绿光波段的遥感反射率。将OC4算法应用于SeaWiFS遥感数据时，a0～a4取值依次为0.3272，-2.9940，2.7218，-1.2259和-0.5683，λgreen=555nm，R rs（λblue）=max{R rs（443），R rs（490），R rs（510）}。
以2009年为例，图5.10给出了基于SeaWiFS数据和OC4算法反演得到的全球叶绿素a浓度分布。由图可见，全球海洋叶绿素a浓度的分布具有明显的区域特征，近岸叶绿素a浓度高，开阔大洋的叶绿素a浓度较低。南北半球在中高纬度海域的叶绿素a浓度较高（大于0.3mg/m3），赤道附近海域的浓度略高于中低纬度海域，而在南美洲西部的南太平洋海域，叶绿素a浓度基本表现为低浓度特征（＜0.03mg/m3）。
图5.10 利用SeaWiFS数据和OC4算法制作的2009年年平均全球叶绿素a浓度分布图
开阔大洋水体的叶绿素a浓度反演精度相对较高，其原因在于这类水体的光学性质主要由浮游植物主导，通常将这类水体称为一类水体。而沿岸水体则受陆源物质排放的影响比较严重，其光学性质由浮游植物、悬浮颗粒物和黄色物质共同决定，叶绿素a浓度的反演受到悬浮物和CDOM的影响，反演精度相对较低。
Tassan（1994）等建立了二类水体叶绿素a浓度统计模型，该模型的特点是在传统的蓝绿波段比值基础上进行模型优化，以进一步消除黄色物质和悬浮泥沙对叶绿素反演的影响。在该经验模型的基础上，Sun等（2005）建立了针对MODIS的中国近海叶绿素a浓度反演算法：
式中，区域系数a=-0.8。
2.悬浮物
悬浮物浓度是重要的水质参数之一，包括水中的有机颗粒和无机颗粒，其含量直接影响水体透明度、浑浊度、水色。图5.11为在我国近海观测的光谱数据，从中可以看出，随着悬浮物浓度的增加，海水光谱可发生非常显著的变化。(www.xing528.com)
图5.11 不同悬浮物浓度的水体遥感反射率光谱曲线
由于大洋中悬浮物浓度较低，因此悬浮物浓度遥感反演方法的研究主要集中在近岸海域（特别是河口区）和内陆水体。Tassan提出的悬浮物浓度反演模型为：
式中，b为区域系数。唐军武等（2004）发展了适用于我国黄东海近岸二类水体的统计反演模型：
除上述的经验模型外，半分析方法也得到了一定的发展。比较典型的算法（Nechad等，2010）是：
式中，
，γ为系数，Cpγ=πRf/Q，悬浮物浓度反演的最优波段范围为730～832nm。
3.黄色物质
黄色物质，也称有色溶解有机物（CDOM），其浓度通常采用355 nm、375 nm、440 nm等波长的吸收系数表示；吸收系数越大，对应的CDOM浓度就越高。CDOM是一类重要的光吸收物质，其吸收光谱从紫外到可见光随波长的增加大致呈指数下降趋势。
通常采用波段比建立CDOM吸收系数的遥感反演模型，如Shanmugam（2011）利用Rrs（443）和Rrs（555）建立的a CDOM（350）和a CDOM（412）反演模型：
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