近岸海域硝酸盐含量与化学需氧量预测分析方法

论文摘要

目前,水体富营养化是困扰我国近岸海域生态环境最为突出的问题。富营养化是由于水体内的氮、磷等营养元素含量过高,使营养盐的输入输出失去平衡性,从而使水体生态系统的稳定性和功能性遭到破坏。水体富营养化严重影响着海域生态环境和海洋经济的可持续发展,因此,如何有效对近岸海域水体富营养化进行预测和预防已经成为国内外学者研究热点问题。根据水体富营养化评价方法,硝酸盐与化学需氧量是影响水体富营养化的关键指标,此两项因子的变化规律间接反映了富营养化现象的发生规律。因而,可通过对硝酸盐与化学需氧量的变化规律来预测水体富营养化现象。本文基于对威海市海洋与渔业监测减灾中心获取的近岸海域水质监测数据,采用渐进梯度回归树模型和时间序列分析方法对近岸海域硝酸盐和化学需氧量的含量进行建模分析,获取硝酸盐含量和化学需氧量的变化规律。本文的主要工作包括:(1)水质数据预处理。对原始监测数据采用异常值处理与缺失值插补方法进行预处理。其中,异常值处理基于拉以达法则,在满足正态分布的阈值范围内筛选出满足条件的水质监测数据,缺失值插补采用LIN插补算法,根据邻近日期间监测日期监测值间的相关性计算得到插补缺失值。(2)将海域功能区域划分纳入硝酸盐含量和化学需氧量的规律分析。该方法根据地理位置和海域功能等特征对整体水域进行划分,通过对划分后小流域分别建模进行预测分析,有效地提高了分析预测效果。(3)采用时间序列分析方法对化学需氧量进行预测分析。通过对获取的化学需氧量周期信号进行经验模态分解,获取多个子信号,分别对子信号进行自回归平均移动模型建模处理,组合预测结果得到完整预测结果。本文选择威海市2005年至2018年近岸海域的水质监测数据作为实验数据,实验验证了本文提出的机器学习模型在近岸海域内的规律分析的可行性与有效性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 常爱馨

导师: 程杰

关键词: 硝酸盐,化学需氧量,渐进梯度回归树,海域水质富营养化

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 山东大学

分类号: X55;X834

总页数: 77

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