渤海灣是一個(gè)半封閉的淤泥質(zhì)淺水海灣,與外海的水交換能力較弱。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和近岸排污量的增加,水體富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮災(zāi)害頻發(fā)等海洋水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨明顯。近岸海域水生態(tài)環(huán)境特性及模擬方法的研究,對(duì)認(rèn)識(shí)海洋生態(tài)過(guò)程、保護(hù)近岸海洋生態(tài)系統(tǒng)和海洋管理有重要的意義。 由于水生態(tài)環(huán)境的高度復(fù)雜性、非線性和時(shí)空特異性,系統(tǒng)的內(nèi)部作用機(jī)理及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程還未被完全知曉,使得單純用傳統(tǒng)的基于機(jī)理或假設(shè)的確定性水生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型方法受到了限制。隨著包括遙感在內(nèi)的海洋生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)信息量的飛快增加,越來(lái)越多的信息學(xué)技術(shù)被應(yīng)用于水生態(tài)環(huán)境的研究中。本文利用現(xiàn)代水信息技術(shù),系統(tǒng)地研究了近岸海域水生態(tài)環(huán)境的特性及建模方法。 本文首先分析了近岸海域水生態(tài)環(huán)境的特性及模擬研究中需要解決的問(wèn)題:如何有效地提取出海量數(shù)據(jù)中潛在有用的信息和知識(shí);如何準(zhǔn)確地分析水生態(tài)環(huán)境的空間特性;如何有效地模擬水生態(tài)環(huán)境的高度復(fù)雜性和非線性關(guān)系;如何在動(dòng)態(tài)演變中體現(xiàn)出空間異質(zhì)性和局部相互作用的影響;如何有效地耦合水動(dòng)力學(xué)模型和生態(tài)模型。 其次,利用數(shù)據(jù)挖掘方法和空間數(shù)據(jù)分析方法對(duì)渤海灣水生態(tài)環(huán)境特性進(jìn)行了分析。聚類分析、關(guān)聯(lián)分析和決策樹分析提取出了渤海灣水生態(tài)環(huán)境中一些潛在的知識(shí);空間自相關(guān)和空間自回歸分析的研究表明渤海灣各生態(tài)環(huán)境指標(biāo)具有高度的正空間自相關(guān)性,同時(shí)發(fā)掘了渤海灣赤潮前后的一些特性及異常現(xiàn)象。然后利用非確定性的軟計(jì)算方法研究近岸海域水生態(tài)系統(tǒng)的高度復(fù)雜性和非線性關(guān)系,建立了基于混合軟計(jì)算方法的生態(tài)模型Eco_HSC,研究表明該模型能較好地反映出各站位葉綠素a濃度實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì),并具有較強(qiáng)的泛化能力;利用元胞自動(dòng)機(jī)(CA)的局部網(wǎng)格動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì),綜合考慮了局部作用、空間差異和外在因子的影響,建立了基于CA-SVM的渤海灣遙感葉綠素濃度模型,研究表明該模型總體上能較好地反映出渤海灣空間上葉綠素濃度的時(shí)空變化特征。 最后,探討了確定性方法與非確定性方法的結(jié)合。通過(guò)將水動(dòng)力學(xué)模塊的模擬結(jié)果引入到的CA-SVM生態(tài)模塊中,建立了渤海灣的生態(tài)和水動(dòng)力學(xué)耦合模型,研究表明該模型能很好地模擬渤海灣遙感葉綠素濃度的時(shí)空變化特征。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X171
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 近岸海域水生態(tài)環(huán)境的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 水信息學(xué)的研究進(jìn)展
    1.3 渤海灣水生態(tài)環(huán)境的研究問(wèn)題
    1.4 本文的主要工作
第二章 基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的水生態(tài)環(huán)境特性研究及其應(yīng)用
    2.1 數(shù)據(jù)挖掘理論和方法
        2.1.1 數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)涵
        2.1.2 數(shù)據(jù)挖掘的一般過(guò)程
        2.1.3 數(shù)據(jù)挖掘方法
    2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及其一般性質(zhì)
    2.3 數(shù)據(jù)挖掘方法在渤海灣水生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用
        2.3.1 渤海灣水生態(tài)環(huán)境的聚類分析
        2.3.2 渤海灣水生態(tài)環(huán)境的關(guān)聯(lián)分析
        2.3.3 渤海灣水生態(tài)環(huán)境的決策樹分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于空間數(shù)據(jù)分析方法的赤潮空間分析及其應(yīng)用
    3.1 空間數(shù)據(jù)分析理論和方法
        3.1.1 空間數(shù)據(jù)的性質(zhì)
        3.1.2 探索性數(shù)據(jù)分析技術(shù)
        3.1.3 空間自相關(guān)
        3.1.4 空間自回歸
    3.2 渤海灣赤潮遙感數(shù)據(jù)的探索性分析
    3.3 渤海灣赤潮遙感數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)分析
        3.3.1 渤海灣水生態(tài)環(huán)境全局空間自相關(guān)分析
        3.3.2 渤海灣水生態(tài)環(huán)境局部空間自相關(guān)分析
    3.4 渤海灣遙感葉綠素濃度的空間自回歸模型
        3.4.1 空間自回歸模型研究
        3.4.2 渤海灣空間自回歸模型的結(jié)果及分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于混合軟計(jì)算方法的水生態(tài)環(huán)境模擬研究及其應(yīng)用
    4.1 混合軟計(jì)算的理論和方法
        4.1.1 軟計(jì)算方法
        4.1.2 軟計(jì)算方法的混合形式
    4.2 基于混合軟計(jì)算方法的生態(tài)模型Eco_HSC 的建立
    4.3 Eco_HSC 模型在渤海灣水生態(tài)環(huán)境模擬中的應(yīng)用
        4.3.1 研究對(duì)象
        4.3.2 模型的輸入輸出
        4.3.3 葉綠素a 濃度的模擬結(jié)果及分析
        4.3.4 葉綠素a 濃度的預(yù)測(cè)結(jié)果及分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 基于CA-SVM 的遙感葉綠素濃度模擬及其應(yīng)用
    5.1 元胞自動(dòng)機(jī)的理論和方法
        5.1.1 元胞自動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程
        5.1.2 元胞自動(dòng)機(jī)的概念及組成
        5.1.3 元胞自動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展研究
    5.2 基于CA-SVM 的遙感葉綠素濃度模型的建立
        5.2.1 CA-SVM 模型的流程
        5.2.2 CA-SVM 模型的組成
        5.2.3 CA-SVM 模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)
    5.3 CA-SVM 模型在渤海灣水生態(tài)環(huán)境模擬中的應(yīng)用
        5.3.1 方案1 的結(jié)果及分析
        5.3.2 方案2 的結(jié)果及分析
        5.3.3 方案3 的結(jié)果及分析
        5.3.4 模型結(jié)果的比較及討論
    5.4 本章小結(jié)
第六章 生態(tài)和水動(dòng)力學(xué)的耦合模型及其應(yīng)用
    6.1 渤海灣水動(dòng)力學(xué)模型
    6.2 生態(tài)和水動(dòng)力學(xué)的耦合模型
    6.3 模型結(jié)果及分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 建議與展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2840839