基于粒子濾波的太湖水質同化模擬研究.pdf

1、水資源是人類賴以生存的物質基礎。近年來，水污染與富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，湖泊水體中水質安全狀況顯得尤為重要，對水質監(jiān)測和保護工作刻不容緩。目前，數值模型模擬是研究水體水質參數分布規(guī)律的重要方法之一，已經成為研究湖泊水體運動規(guī)律和定量評價水污染的有效手段。
　　由于湖泊水動力和水質機制演化過程非常復雜，且數值模型參數較多，數據獲取困難，致使數值模型模擬結果存在一定誤差，難以精確模擬水體水質變化，而現場實測數據能夠得到所監(jiān)測的水質在監(jiān)測

2、時刻和所代表的空間上的“真值”，可以較精確的高頻次監(jiān)測水質變化。數據同化方法能夠根據現場實測數據對水動力與水質數值模型的模擬過程進行實時校正，使其更加精確體現水動力與水質參數分布規(guī)律。
　　基于此，本文利用數據同化方法，結合水體動力學數值模型，開展基于數據同化方法的數值模型模擬研究。以太湖為研究區(qū)，以葉綠素為例，將粒子濾波方法與FVCOM模型相耦合，實現太湖葉綠素的時空同化模擬分析。本文的主要研究內容與成果如下:
　　(1)

3、基于粒子濾波的方法研究。粒子濾波方法是通過非參數化的蒙特卡羅采樣方法從時域實現遞推貝葉斯估計的一種濾波算法，它不用滿足系統為線性、噪聲高斯分布的限制條件，應用范圍較廣。因此，本文將粒子濾波方法引入到三維水體水動力與水質模型中，構建了基于控制模型模擬與粒子濾波處理于一體的太湖同化模擬模型，有效的結合了實測數據與模型模擬的結果，實現了太湖水質參數的同化模擬方法研究。
　　(2)太湖同化模擬實驗研究。以太湖為研究區(qū)，葉綠素濃度變化為實驗

4、對象，基于FVCOM水動力模型，以粒子濾波方法，從三角網格構建、FVCOM影響參數、初始濃度場生成、FVCOM模型參數率定、同化模擬影響因子、多線程計算模式六個方面構建同化模擬模型，對太湖葉綠素濃度變化規(guī)律及其細節(jié)特征進行實時動態(tài)模擬。通過對同化模擬結果對比、誤差統計分析，可以得出同化模擬效果要優(yōu)于不進行同化的控制模型模擬結果，同化模擬結果的精度較高。
　　(3)太湖水質同化模擬系統。結合模擬預測的精度需求，基于GIS可視化技術，