浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境時空分析及預測關鍵技術研究.pdf

1、浙江近岸海域是陸海相互作用劇烈的區(qū)域，隨著海洋開發(fā)熱潮的興起，面臨著一系列生態(tài)環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，近岸海域水質污染、生態(tài)系統(tǒng)結構退化、赤潮等環(huán)境災害頻發(fā)已經(jīng)成為制約海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。因此，針對浙江近岸海域高濁度、復雜多變的水體環(huán)境，如何全面分析和認識海洋生態(tài)環(huán)境，從而科學、合理、經(jīng)濟、可持續(xù)地開發(fā)利用近海資源，是我們面臨的重大難題，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境具有高度復雜非線性特性，基于機理的生態(tài)環(huán)境

2、動力學模型或傳統(tǒng)的數(shù)學統(tǒng)計分析往往受到限制。近年來隨著立體監(jiān)測網(wǎng)的形成，已逐漸積累了規(guī)模宏大、復雜難辨、高維動態(tài)的數(shù)據(jù)海洋，利用數(shù)據(jù)驅動技術來研究海洋生態(tài)環(huán)境已成為一種新的途徑和方法。本論文正是在這樣的背景下，以浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境為研究對象，利用地理信息科學和數(shù)據(jù)挖掘等技術，系統(tǒng)化研究了海洋生態(tài)環(huán)境在時空分析與預測等方面的關鍵技術，旨在探索一個切實可行的完整技術框架與方法體系用于浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境的綜合分析和決策支持服務。論

3、文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)面向時空分析與預測的海洋生態(tài)環(huán)境時空數(shù)據(jù)組織與管理研究。針對海洋生態(tài)環(huán)境時空過程關聯(lián)分析和動態(tài)預測的需求，構建了融合海洋現(xiàn)象、時空過程和演變機制的三元組統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)了對各類海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)象不同時空粒度和不同演變因子的統(tǒng)一組織和存儲;設計了面向多源動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多級聯(lián)動交換模型和動態(tài)集成框架，實現(xiàn)了海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)在多級部門的聯(lián)動交換和準實時集成，為海洋生態(tài)環(huán)境的實時分析與動態(tài)

4、預測提供了數(shù)據(jù)保障。
　　(2)基于EA-SAA-VA三元混合框架的海洋生態(tài)環(huán)境時空格局分析研究。針對近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境具有趨勢性、相關性和變異性等復雜特征，重點研究了探索性分析方法，空間自相關分析方法和變異性分析方法，設計了基于EA-SAA-VA三元混合的海洋生態(tài)環(huán)境時空格局分析框架，從分布特征、分布模式和時空變異多角度分析了浙江近岸海域海水富營養(yǎng)化狀況的時空演變格局。
　　(3)基于時空影響域和上下文約束的海洋生態(tài)環(huán)境

5、關聯(lián)規(guī)則挖掘分析研究。為了探索海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)象時空演變與環(huán)境要素之間的聯(lián)動性和關聯(lián)關系，設計了基于關聯(lián)規(guī)則的海洋生態(tài)環(huán)境時空挖掘分析框架，重點研究了基于時空影響域和上下文約束的關聯(lián)規(guī)則挖掘策略，并以浙江近岸海域赤潮為例進行了挖掘分析，為赤潮預測預警提供了依據(jù)。
　　(4)基于深度學習的海洋生態(tài)環(huán)境赤潮災害動態(tài)預測模型研究。針對浙江近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境高度復雜非線性特性，提出了基于深度學習的赤潮動態(tài)預測模型，克服了傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡等

6、淺層學習預測模型對復雜現(xiàn)象預測能力不足的局限性，同時采用粒子群算法動態(tài)優(yōu)化模型結構參數(shù)，提高模型在不同海域的實際泛化能力。
　　基于上述的研究工作，本文最后設計并實現(xiàn)了近岸海域海洋生態(tài)環(huán)境綜合分析與決策支持服務原型系統(tǒng)，形成了一個從“多源監(jiān)測數(shù)據(jù)組織管理——時空分析與挖掘——動態(tài)預測預警”環(huán)環(huán)相扣的服務鏈條。通過本系統(tǒng)在浙江臺州大陳赤潮實時監(jiān)控中的應用案例分析，說明了本研究工作的可行性和實用性，可以為海洋管理部門提供綜合分析和輔助