结冰湖泊冰下溶解氧浓度变化的离散小波分析

摘要

溶解氧是水生生物生命活动不可缺少的环境因子，溶解氧的含量是衡量水体自净化能力的一个指标，溶解氧浓度是体现溶解氧含量的重要参数。影响溶解氧浓度变化的因素非常多。经大量研究发现，大气压强，大气中气态氧，水生植物的光合作用和温度等都对溶解氧浓度有很大影响，导致溶解氧变化情况极其复杂。而冰下溶解氧变化的状况是有所不同的，由于水体被冰面覆盖，阻断了与大气的接触，大气几乎不再产生影响，光合作用的影响也大幅度减弱。特别在高纬度地区，冬季昼夜时长不相等且在不断改变，在冰融化过程，随着气温升高，冰层消融，影响水中溶解氧浓度的因素再次增多，使溶解氧浓度变化情况更加复杂。
　　小波变换是对非平稳信号进行分析的理想工具，目前离散小波变换方法在许多科学和工程领域中得到了较为广泛的应用。然而，用小波变换在分析冰下溶解氧浓度变化规律的的文献报道鲜有见到。本文的目的就是将离散小波变换运用到溶解氧浓度数据的分析处理当中，得到溶解氧浓度总体变化趋势和局部变化特点，以此来分析冰下溶解氧浓度的变化规律。
　　本文以离散小波变换的多尺度分析理论为依据，用Daubechies系列小波对芬兰Valkea-kotinen淡水湖No2测点和No1测点自2011年1月13日至5月17日不同深度溶解氧浓度的采集数据进行分解与重构。通过db1-db7小波分解效果比较，发现db4小波的重构效果较好。采用db4小波对该位置各深度溶解氧浓度进行多尺度分析，得到溶解氧浓度的低频和高频重构曲线。通过分析研究溶解氧浓度的低频和高频曲线的特点，及其对曲线的函数拟合得到以下主要研究成果:1.通过低频曲线的突变点和高频曲线波动明显部分确定了冰开始融化和冰层开化的大致时间;2.总结出两个测点各深度溶解氧浓度的总体变化趋势，随深度变化的特点，以及在冰融化过程中溶解氧浓度变化的特殊性;3.对比两个测点的结果，得出湖中不同位置冰下溶解氧浓度变化的特征;4.通过拟合高频和低频曲线，得到各深度溶解氧浓度的函数表达式，为高纬度地区冰下溶解氧浓度随时间变化的研究提供一种新思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冰下溶解氧研究现状

1．2．2 小波变换应用现状

1．3 研究区域和材料

1．4 本文章节安排

2 小波分析

2．1 小波变换

2．1．1 小波变换发展历史

2．1．2 离散小波变换原理

2．2 Daubechies小波介绍

2．3 多尺度分析

3 数据处理过程及方法

3．1 前期处理

3．2 插值处理

3．3 小波变换处理

3．3．1 选择滤波的小波族

3．3．2 确定最优去噪层

3．3．3 确定dbN小波阶数

3．3．4 选择高频分析的尺度

4 湖中心溶解氧浓度变化规律分析

4．1 测点No2各水深溶解氧浓度变化趋势

4．1．1 上层溶解氧浓度变化趋势

4．1．2 中上层溶解氧浓度变化趋势

4．1．3 中层溶解氧浓度变化趋势

4．1．4 下层溶解氧浓度变化趋势

4．2 测点No2深度纵向比较

5 过渡区溶解氧浓度变化规律分析及两测点对比

5．1 测点No1各水深溶解氧浓度变化趋势

5．2 测点No1深度纵向比较

5．3 测点No1与测点No2溶解氧浓度变化比较

6 溶解氧浓度变化简单函数表达式

6．1 低频部分拟合函数表达式

6．2 高频部分拟合函数表达式

结论与展望

本文结论

研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢