人工上升流中叶绿素α参数的高精度逼近建模与计算

摘要

海洋深层蕴含着丰富的营养物质，人工上升流通过将其携带至海洋表层来提高海域的初级生产力，为渔业生产提供了重要的支持作用。上升流水域中水体特性和营养物质分布会产生快速的变化，叶绿素a浓度作为水体评估的关键指标之一，合理地监测水体参数，并对叶绿素a浓度进行准确预测，可以有效地避免人工上升流带来的水体富营养化，使人工上升流的利益最大化。 本文主要基于波浪能人工上升流，利用不连续分片拟合逼近(也可称为回归）与连续分片拟合逼近两种方法，建立以叶绿素a浓度为因变量，盐度，温度，深度，酸碱值，溶解氧含量为自变量的线性模型以及非线性（二次）模型，探寻变量间的关系，并与传统的整体拟合逼近模型进行对比。本文给出了计算不连续分片二次拟合逼近的快速算法及算法时间复杂度，并证明了算法的均方误差上界。考虑物理意义下水体参数的连续性，我们进一步提出连续分片拟合逼近的模型，在最小化误差函数的基础上添加了分片边界相等的条件，构造新的目标函数，并推导出参数方程。在求解拟合参数的过程中，存在系数矩阵条件数过大的问题，因此本文采用了一种正则化迭代方法进行求解。 文章通过将实验室监测数据样本按一定比例分为训练样本及预测样本，进行模型训练以及预测评估，从计算结果中可以发现叶绿素a浓度和盐度，温度，溶解氧含量和酸碱度有着较强的相关性;分片拟合相比整体拟合，模型的拟合优度均有了显著的改善;连续分片二次拟合的泛化能力最优。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1人工上升流简介

1．2叶绿素α建模研究现状

1．3研究意义与主要内容

1．4实验与数据采集

第二章多元拟合模型

2．1多元拟合模型介绍

2．1．1 多元线性拟合模型

2．1．2 多元二次拟合模型

2．1．3 非参数拟合模型

2．2最小二乘法介绍

2．3拟合模型的评价指标

2．4整体拟合数值实例

2．4．1 多元线性拟合参数估计

2．4．2 多元二次拟合参数估计

2．4．3 整体拟合模型数值结果

第三章分片拟合模型

3．1 分片拟合的研究现状

3．2分片拟合的快速算法

3．2．1 算法实现

3．2．2 分片二次拟合快速算法的复杂度及误差分析

3．3分片拟合数值实例

第四章连续分片拟合模型

4．1 连续分片拟合模型参数方程推导

4．2正则化方法求解参数方程

4．3连续分片拟合数值实例

第五章总结和展望

5．1 文章总结

5．2研究拓展

参考文献

致谢