共查询到19条相似文献，搜索用时 171 毫秒
1.
为了探讨水文模型在不同水文数据同化方案下的径流模拟差异,本文采用集合卡尔曼滤波算法,以遥感蒸散发产品、实测径流为观测数据,构建了基于新安江模型的数据同化框架。基于此框架设计了4种不同同化方案(DA-ET、DAET(K)、DA-ET-Q、DA-ET-Q(K))以及1种对照方案OL,以赣江流域开展实例研究,评估了水文数据同化中遥感蒸散发产品的时间分辨率、模型蒸散发相关参数时变与否以及多源数据同化对径流模拟的影响。结果表明:在DA-ET方案下,同化两种不同时间分辨率的蒸散发产品均能提高模型整体的径流模拟精度,且时间分辨率更高的产品的同化效果更好;在DA-ET方案的基础上,考虑加入实测径流进行同化能够提升模型径流模拟精度,且DA-ET(K)与DA-ET-Q(K)方案所得径流相对误差的减幅均超过了20%,说明在蒸散发同化过程中同时考虑蒸散发参数动态变化的结果更优;相较于OL方案,4种同化方案均能不同程度地提高模型对径流高水部分的模拟能力,但DA-ET-Q(K)方案表现最差,而其余方案差异并不显著。本研究有助于进一步了解不同数据同化方案在径流模拟中的差异,从而为水资源高效利用与科学管理提供科学依据... 相似文献
2.
针对河流模拟中未知不确定性源对模拟精度的影响,以巢湖流域南淝河为研究对象,建立了基于四维变分同化方法的南淝河干流水质模型,研究了含未知污染源的南淝河水质过程模拟.模型以未知污染负荷的动态变化过程为控制变量,通过同化沿河不同断面的逐日水质监测数据,识别不同河段的逐日入河污染负荷过程来实现水质过程的模拟,改变了常规模型模拟需提前预知并输入污染负荷的应用前提.模拟结果表明,采用四维变分同化方法的水质模拟结果有明显改进,重点河段水质模拟的纳什效率系数从小于0提高到0.5以上.识别的入河污染过程与降雨过程波动总体一致,证实南淝河的入河污染与降雨过程密切;同时,模型也可识别异常的入河负荷,提高模型对水环境问题的诊断分析能力.该方法可推广应用于复杂河流系统,为巢湖等流域污染来源定量解析、水质预测预警及污染管控提供支持. 相似文献
3.
富营养化模型是进行湖泊水环境质量预测和管理的重要工具,然而模型客观存在的误差一直是应用者关心的重要问题.数据同化作为连接观测数据与数值模型的重要方法,可以有效提高模型的准确性.集合卡尔曼滤波(En KF)是众多数据同化算法中应用最为广泛的一种,可进行非线性系统的数据同化,并能有效降低数据同化的计算量.本研究以太湖作为具体实例,选择Delft3D-BLOOM作为富营养化模型,在数值实验确定En KF集合数为100、观测误差方差为1%、模拟误差方差为10%的基础上分别进行模型状态变量同化以及状态变量与关键参数同步同化.结果显示,仅同化状态变量时,模型预测精度有所增加;同时同化状态变量和关键参数时,可显著提升模型在湖泊水环境质量预测中的精度.该研究为应用集合卡尔曼滤波以提高复杂的湖库富营养化模型模拟精度提供了有效的方法. 相似文献
4.
5.
水体的透明度是评价水质的重要指标,在水生态系统中起着重要的作用.借助遥感技术可以获得大范围、实时数据,并且有节省人力物力的优点.本文利用岱海的野外实测透明度数据和光谱数据,针对Sentinel-2 MSI和Landsat-8 OLI卫星数据波段设置,建立了岱海水体透明度反演模型.结果表明：1）本文建立的透明度反演模型中,蓝红波段比二次模型反演精度最好,决定系数R2=0.66,均方根误差（RMSE）为24.02 cm,平均绝对百分比误差（MAPE）为21.24%.2）将蓝红波段比二次模型应用于Landsat-8 OLI和Sentinel-2 MSI卫星数据,透明度反演精度较好,MAPE<28.82%,RMSE<23.26 cm,R2>0.60.3）此算法应用于时间序列MSI和OLI影像,得到了岱海水体透明度时空分布特征.结果表明,岱海水体透明度年平均变化范围在90.71~120.77 cm,2015年的平均透明度最高,2013年的平均透明度最低;月平均变化范围在90.68~122.53 cm,7月的平均透明度最高,5月的平均透明度最低.岱海透明度在空间上的分布趋势大致表现为西北高,东南低,中部高,四周低.4）影响岱海水体透明度变化的主要因素为风速和降水,透明度与风速和降水分别具有显著的负相关和正相关关系. 相似文献
6.
基于残差重采样粒子滤波的土壤水分估算和水力参数同步优化 总被引：1，自引：0，他引：1
陆面数据同化由于能将观测数据和模型模拟有机结合,已逐步发展为地球科学研究的重要方法之一.通过数据同化方法在模型中不断融入新的观测数据,一方面可以有效地校正陆面过程模型的预测轨迹,提高模型状态变量的估算精度,另一方面可以不断减小模型中的不确定因素,优化模型中的相关参数.在众多数据同化算法中,粒子滤波算法不受模型线性和误差高斯分布假设的约束,适用于任意非线性非高斯动态系统,逐渐成为当前数据同化算法研究的热点.本研究基于残差重采样粒子滤波算法发展了一个数据同化方案,将微波亮温数据同化到大尺度半分布式VIC(Variable Infiltration Capacity)陆面水文模型中,对土壤水分进行估算,并对模型中的三个水力参数进行同步优化.最后设计了一系列对比实验并利用美国亚利桑那州在SMEX04(Soil Moisture Experiment 2004)期间获取的一套完整的实验数据对该同化方案进行了验证.结果表明,该同化方案能够大幅度提高土壤水分估算精度,同时模型中的三个水力参数也得到了较好的优化,从而证明了该数据同化方案的有效性. 相似文献
7.
湖泊富营养化响应与流域优化调控决策的模型研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
湖泊富营养化是全球水环境领域面临的长期挑战,富营养化响应与流域优化决策模型是制定经济和高效调控方案的关键.然而已有的模型研究综述主要集中于模型开发、案例应用、敏感性分析、不确定性分析等单一方面,而缺少针对非线性响应、生态系统长期演变等最新湖泊治理挑战的研究总结.本文对数据驱动的统计模型、因果驱动的机理模型和决策导向的优化模型进行了综述.其中,统计模型包含经典统计、贝叶斯统计和机器学习模型,常用于建立响应关系、时间序列特征分析以及预报预警;机理模型包含流域的水文与污染物输移模拟以及湖泊的水文、水动力、水质、水生态等过程的模拟,用于不同时空尺度的变化过程模拟,其中复杂机理模型的敏感性分析、参数校验、模型不确定性等需要较高的计算成本;优化模型结合机理模型形成“模拟优化”体系,在不确定性条件下衍生出随机、区间优化等多种方法,通过并行计算、简化与替代模型可一定程度上解决计算时间成本的瓶颈.本文识别了湖泊治理面临的挑战,包括:①如何定量表征外源输入的非线性叠加和湖泊氮、磷、藻变化的非均匀性?②如何提高优化调控决策和水质目标的关联与精准性?③如何揭示湖泊生态系统的长期变化轨迹与驱动因素?最后,本文针对这些挑战提出研究展望,主要包括:①基于多源数据融合与机器学习算法以提升湖泊的短期水质预测精度;②以生物量为基础的机理模型与行为驱动的个体模型的升尺度或降尺度耦合以表达多种尺度的物质交互过程;③机器学习算法与机理模型的直接耦合或数据同化以降低模拟误差;④时空尺度各异的多介质模拟模型融合以实现精准和动态的优化调控. 相似文献
8.
基于集合Kalman滤波及SCE-UA(shuffled complex evolution)算法发展了能够直接同化微波亮温的土壤湿度同化方案. 该方案以陆面过程模式CLM 3.0中的土壤水模型作为预报算子, 以辐射传输模型作为观测算子. 整个同化过程分为参数优化和土壤湿度同化两个阶段, 利用SCE-UA算法优化辐射传输模型中难以确定的植被光学厚度参数和地表粗糙度参数, 并利用优化参数作为观测算子的模型参数进行同化. 通过人工理想试验表明该同化方案可以明显改善表层土壤湿度的模拟精度, 并且对深层土壤湿度的模拟也有一定程度的改善; 利用AMSR-E亮温(10.65 GHz垂直极化)所进行的实际同化试验表明顶层(0~10 cm)土壤湿度同化结果与观测的均方根误差(RMSE)由模拟的0.05052减小到0.03355, 相对减小了33.6%, 而较深层(10~50 cm)平均减小了20.9%. 这些同化试验显示该同化方案的合理性. 相似文献
9.
利用陆基高光谱遥感捕捉太湖蓝藻水华日内快速变化过程 总被引：1，自引：0，他引：1
受蓝藻自身垂直迁移和频繁风浪扰动影响,太湖蓝藻水华漂浮混合和迁移堆积等变化迅速,在传统的湖面定位和断面监测中总感觉蓝藻水华有些"来无影、去无踪",限制了对其形成过程、驱动机制和防控治理的深入认识.卫星遥感可以实现蓝藻水华空间分布同步观测,但由于观测频次的限制很难捕捉蓝藻水华快速动态变化过程.本文利用与杭州海康威视数字技术股份有限公司联合自主研发的陆基（地基、岸基或者平台、船舶、桩基等能固定安装的均可）高光谱多参数水质遥感监测仪,架设于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站（简称太湖站）水上观测场,通过对叶绿素a浓度及其他关键水质参数秒-分钟级的连续观测,有效捕捉了一天内蓝藻水华短期突然和快速变化过程.研究结果显示,在微风和小风条件下蓝藻容易在表层水体漂浮,盛行西北风驱动湖面开敞水域蓝藻水华快速漂浮集聚到太湖站岸边,短短半小时内表层水体叶绿素a浓度可以由10 μg/L快速攀升到100 μg/L以上,一天内会出现多个叶绿素a峰值,清晰展示了蓝藻快速日内动态变化过程.受蓝藻快速日内变化影响,透明度、总氮、总磷和高锰酸盐指数等水质参数也呈现出快速日内变化,叶绿素a浓度与透明度存在极显著负相关,与总氮、总磷和高锰酸盐指数存在极显著正相关,叶绿素a能解释总氮、总磷80%以上的变化,说明蓝藻短期内的漂浮和集聚深刻影响到湖泊水质. 相似文献
10.
总悬浮物浓度(CTSM)是水质评价的重要参数.为了提高内陆Ⅱ类水体总悬浮物浓度估算的精度,利用主成分分析方法对2009年4月太湖水体实测高光谱数据进行降维处理,进而以不同数量的主成分作为变量,分别构建总悬浮颗粒物浓度的多元线性回归估算模型并比较这些模型的效果,从而确定最优的主分量个数;结合近年运行的高光谱传感器,对模型的适用性进行评价.结果表明:①前三个主成分(PC1、PC2、PC3)从不同侧面涵盖了悬浮物浓度信息,它们与ln(CTSM)的相关系数分别为0.728、0.401和0.403;②当主成分个数为6时,模型达到最优;模型的精度高于4个传统经验模型;③在400~850 nm之间,波段数大于45的高光谱传感器数据都能利用主成分分析的方法构建精度较高的总悬浮物浓度估算模型;此外,MERIS、HJ1-HSI、Hyperion和CHRIS这些常用的高光谱传感器的波段设置,都适合于主成分建模. 相似文献
11.
湖北省长湖浮游植物优势种生态位分析 总被引：4，自引：1，他引：3
于2012年4月至2013年1月对长湖浮游植物群落结构特征进行调查分析,使用Levins生态位宽度公式和Levins重叠公式测定长湖浮游植物优势种的生态位指数,分析浮游植物站点分布和环境因子的变化与生态位间的关系.结果显示:整个区域以蓝藻门和绿藻门的种类为主,优势种种类和密度随季节变化,表现出1~2个种类成为主要优势种,在丰度、优势度和生态位宽度上远大于其他优势种的特征.依据优势度指数和生态位宽度将优势种分为3类;小球藻(Chlorella vulgaris)和扭曲小环藻(Cyclotella comta)作为4个季节优势种,占据更多的资源位点,有更大的生态位宽度,在竞争中处于优势.蓝藻门的两栖颤藻(Oscillatoria amphibia)在夏季成为主要优势种,其丰度远大于其他种类,但受到种间竞争及高等水生植物的抑制,没有在竞争中取得绝对优势.其他种在不同季节此消彼长,但仅在若干季节成为优势种.海子湖区周围的进出水口及马洪台区、圆心湖区的围网养殖会直接影响水体中总氮、总磷浓度,进而改变浮游植物优势种在各区域的分布,使用t检验证实了这种差异.环境因子与优势种的相关性分析显示,水温、N/P比是影响浮游植物优势种分布的重要因素. 相似文献
12.
水华的频发已成为当前三峡水库最为突出的生态环境问题之一。尽管水动力调控叠加上温度变暖和营养负荷增加会诱导水华暴发强度和频率增加,但仍缺乏有效的方法框架去利用野外观测数据评估环境因子与浮游植物间的因果关联。本研究以三峡水库澎溪河监测数据为例,采用非线性时序分析的建模框架来量化浮游植物的因果响应规律。数据来自于2007年6月至2018年9月澎溪河流域的高阳平湖和汉丰湖两个观测点,其中包含了水文、气象和水质及叶绿素a等11种变量。首先,利用奇异谱分析(SSA)分离了叶绿素a和环境因子的低维确定性动力学信号;其次,采用收敛交叉映射(CCM)方法检验了叶绿素a与环境因子间的因果关联。结果显示:(1)气象因子、支流流量、水温、三峡大坝水位和上游调节坝水位是影响高阳平湖叶绿素a时序变化的重要因素;(2)总氮、总磷为代表的营养盐只在汉丰湖观测点中表现出与叶绿素a的因果关系,且总氮较之于总磷对叶绿素a变化影响更为显著;(3)CCM结果与传统的皮尔森相关性分析及格兰杰因果检验比较,证实非线性时序分析方法在分析浮游植物的因果响应上更具优势。本研究为水生态系统的因果建模提供了研究范例,也为推动利用长期观测数据... 相似文献
13.
太湖叶绿素a同化系统敏感性分析 总被引：1，自引：1，他引：0
太湖叶绿素a同化系统对于不同参数的敏感性将直接影响到该系统能否精确的估算太湖叶绿素a的浓度分布.利用2009年4月21日环境一号卫星(HJ-1B CCD2)影像数据反演太湖叶绿素a浓度场信息.以此作为背景场信息,结合基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a同化系统,分析和评价了样本数目、同化时长、背景场误差、观测误差和模型误差对于同化系统性能的影响.结果表明:从计算成本、系统运行时间和同化效果等方面分析,当集合样本数目达到30~40左右时同化系统取得了较好的结果;同化系统对于背景场误差的估计变化不是很敏感,即初始场的估计是否准确对于同化系统的性能影响不是很大;同化系统对于模型误差和观测误差的变化较为敏感,不同的测试点位由于水体动力学性质不一,其敏感性的表现形式有所差异;利用数据同化方法可以有效地估算太湖叶绿素a浓度. 相似文献
14.
白洋淀浮游植物群落的时空变化及其与环境因子的关系 总被引：2，自引：0，他引：2
浮游植物和环境因子是水生态中重要的组成部分,研究浮游植物与环境因子的相关关系可为白洋淀水资源管理及水生态保护提供理论基础.本研究于2018年非汛期(5月)和汛期(8月)分别对白洋淀淀区8个采样点的浮游植物及环境因子进行调查分析.采用Pearson相关性分析法筛选主要环境因子,分析白洋淀浮游植物群落结构变化和主要环境因子的分布特征,以及两者间的相互关系.结果表明,汛期主要环境因子为溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)和总磷(TP),非汛期主要环境因子为DO、CODMn、氨氮(NH_3-N)和TP.汛期和非汛期检出浮游植物分别为5门38种和6门43种,浮游植物丰度分别为415.30×10~5～1018.14×10~5cells/L和249.62×10~5～454.21×10~5cells/L,优势种分别为6种和10种,且基本为蓝藻和绿藻.浮游植物群落Shannon-Wiener多样性指数(H')、Margalef物种丰富度指数(d M)、Pielou均匀度指数(J)和物种多样性阈值4项指数均表明汛期浮游植物多样性小于非汛期.浮游植物群落特征与水质关联性较强,水质较好区域(如淀区中心) H'和J均较高,反之在水质较差区域(如府河、孝义河等汇入口) H'和J较低.TP和DO是影响汛期浮游植物群落特征的关键因素,CODMn和TP是影响非汛期浮游植物群落特征关键因素.水质评价结果表明白洋淀水质整体处于富营养状态,与2005年以来对白洋淀进行的3次浮游植物生态调查结果相比,淀区浮游植物多样性与均匀度显著下降,表明淀区富营养化程度持续加深. 相似文献
15.
为了解青藏高原湿地浮游植物在时空不同维度上的分布特征,本文选取西藏四大国际湿地之一的麦地卡湿地作为研究地点,于2019年7月和10月在麦地卡湿地主要水系——麦地藏布及其支流和湖泊,设置了14个样点,采集了2个水情期（丰水期和枯水期）浮游植物的水样共252个.通过活体观察和固定染色方法鉴定浮游藻类物种,使用直接计数法统计浮游藻类的数量.计算麦地卡湿地浮游植物优势种的优势度指数（Y）、更替率（r）、生态位宽度（Bi）、生态位重叠值（Oik）和生态响应速率（R）,运用生态位分化的方法,对麦地卡湿地浮游植物优势种的生态位进行了不同时空维度的研究.结果表明：本研究中鉴定出浮游植物优势种（Y>0.02）共8种,其中克洛脆杆藻（Fragilaria crotomensis）和窗格平板藻（Tabellaria fenestrata）是2个水情期的共有优势种.生态位宽度值差异较大,可分为三大生态位类群,且优势度指数与生态位宽度值呈极显著正相关.总体上浮游植物优势物种的生态位重叠值高,在时间、空间和时空三个维度上Oik>0.6的分别占89.29%、60.71%和28.57%.生态响应速率之和在时间维度上为负数,在空间和时空维度上为正数,说明该湿地浮游植物群落处于发展阶段.冗余分析表明,酸碱度、溶解氧、总氮和浊度是影响麦地卡湿地浮游植物优势种分布的重要因素,浮游植物优势种在这些环境因子上存在明显的生态分化现象. 相似文献
16.
为了解铜陵西湖浮游植物群落结构与水生态健康状况,于2016年9月至2017年7月进行6次调查.结果显示：（1）浮游植物共检出6门88种,总密度变化范围为8.20×105~1.60×108 cells/L,均值为2.19×107cells/L,生物量变化范围为1.34~27.76 mg/L,均值为9.45 mg/L,优势种为铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、浮游蓝丝藻（Planktothrix sp.）和微囊藻（Microcystis sp.）;（2） RDA分析表明浮游植物生物量主要受水温、悬浮物、总氮、亚硝态氮和总磷影响;（3）浮游植物隶属于22组功能群,基于功能群的Q指数表明,铜陵西湖水质整体处于“中等”状态,7月水生态状况最差,11月最佳;（4）依据候选参数与环境因子的相关性,最终选定生物量、密度和Margalef指数来构建铜陵西湖浮游植物生物完整性指数（P-IBI）,其评估结果与Q指数呈显著正相关,但P-IBI评估结果（整体为“较差”状态）更为严格.本研究阐述铜陵西湖浮游植物群落结构特征,并基于浮游植物Q指数和P-IBI评估其生态健康状况,相关研究结果可为其水环境管理及城市湖泊生态健康评估提供一定的科学参考. 相似文献
17.
A unified approach to environmental systems modeling 总被引：1，自引：0，他引：1
P. C. Young Marco Ratto 《Stochastic Environmental Research and Risk Assessment (SERRA)》2009,23(7):1037-1057
The paper considers the differences between hypothetico-deductive and inductive modeling: between modelers who put their primary
trust in their scientific intuition about the nature of an environmental model and tend to produce quite complex computer
simulation models; and those who prefer to rely on the analysis of observational data to identify the simplest form of model that can represent these data. The tension that sometimes arises because of the different philosophical outlooks
of these two modeling groups can be harmful because it tends to fractionate the effort that goes into the investigation of
important environmental problems, such as global warming. In an attempt to improve this situation, the paper will outline
a new Data-Based Mechanistic (DBM) approach to modeling that tries to meld together the best aspects of these two modeling philosophies in order to develop
a unified approach that combines the hypothetico-deductive virtues of good scientific intuition and simulation modeling with
the pragmatism of inductive data-based modeling, where more objective inference from data is the primary driving force. In
particular, it demonstrates the feasibility of a new method for complex simulation model emulation, in which the methodological
tools of DBM modeling are used to develop a reduced dynamic order model that represents the ‘dominant modes’ of the complex
simulation model. In this form, the ‘dynamic emulation’ model can be compared with the DBM model obtained directly from the
analysis of real data and any tensions between the two modeling approaches may be relaxed to produce models that suit multiple
modeling objectives. 相似文献
18.
在半湿润半干旱地区,下垫面条件复杂,产流机制混合多变,而现有的水文模型由于其固定的结构和模式,无法灵活地模拟不同下垫面特征的洪水过程.本文利用CN-地形指数法将流域划分为超渗主导子流域和蓄满主导子流域.将新安江模型(XAJ)、新安江-Green-Ampt模型(XAJG)和Green-Ampt模型(GA)相结合,在子流域分类的基础上构建空间组合模型(SCMs),并在半湿润的东湾流域和半干旱的志丹流域进行检验.结果表明:东湾流域的参数由水文模型来主导;而志丹流域的参数受主导径流影响很大.在东湾流域,偏蓄满的模型模拟结果优于偏超渗的模型,且SCM2模型(XAJ和XAJG的组合模型)的模拟效果最好(径流深合格率为75%,洪峰合格率75%);而SCM5模型(GA和XAJG的组合模型)在以超渗产流为主的志丹流域模拟最好(径流深合格率53.3%,洪峰合格率53.3%).在半干旱半湿润流域,SCMs模型结构灵活,在地形和土壤数据的驱动下,具有更合理的模型结构和参数,模拟精度较高,适应性较强. 相似文献
19.
2002-2017年千岛湖浮游植物群落结构变化及其影响因素 总被引：2，自引：0，他引：2
为认识大型水库中浮游植物群落结构的演替特征及其驱动机制，以钱塘江流域新安江水库（下称"千岛湖"）为例，基于2002-2017年16年的水库浮游植物数据，结合同期千岛湖水质与水文气象资料，分析了千岛湖浮游植物结构及优势属的长期变化特征，探讨了影响浮游植物群落结构变化的主要因素.结果表明：2002-2017年千岛湖共鉴定出浮游植物7门93属，主要由硅藻门、绿藻门、蓝藻门及隐藻门种类组成.16年间，浮游植物年均丰度和群落结构经历了4个阶段：2008年前丰度持续低值且蓝藻不是主要类群，2009-2012年丰度较高且蓝藻成为主要类群，及2013-2015丰度降低且蓝藻占比降低，2016-2017年丰度增加且蓝藻再次成为主要类群.浮游植物门类变化的同时伴随着优势属的变化：浮游植物年优势属从2002-2008年的小环藻属（Cyclotella）、隐藻属（Cryptomonas）和蓝隐藻属（Chroomonas）转变为2009-2012年的颤藻属（Oscillatoria）、小球藻属（Chlorella）、小环藻属和蓝隐藻属，2013-2017年又转变为鱼腥藻属（Anabaena）、束丝藻属（Aphanizomenon）、小环藻属、针杆藻属（Synedra）、直链藻属（Melosira）、栅藻属（Scenedesmus）和蓝隐藻属.冗余分析表明，气温、风速、水位、入库流量等气象水文因子和总氮浓度、电导率、氮磷比、透明度等水质因子与浮游植物群落结构变化关系密切.研究结果表明，在千岛湖这种大型贫-中营养水库，浮游植物群落结构不仅受来水营养盐负荷的影响，还在很大程度上受水文、气象条件的影响，给水库藻类水华等生态风险的预测以及水库水质管理带来了挑战. 相似文献