基于EnKF算法的太湖叶绿素a浓度同化研究

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1、ByWangZeRenADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofCartographyandGISNanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciencesMay,2013致谢致谢光阴荏苒，岁月不居，随着硕士学位论文的完成，在中国科学院大学美好而充实的三年硕士生活即将划上

2、圆满的句号。回首这三年的点点滴滴，一幕幕一景景都铭记于心。谨借此机会对关心和帮助我的人，表示衷心的感谢。衷心感谢恩师马荣华研究员。感谢您给我提供了良好的学习条件和科研环境，使我能够全身心投入到学习和研究中。您渊博的学识，严谨的作风和忘我的工作精神在我心里留下了深深的烙印，影响着我以后的工作与学习。在本次学位论文完成过程中，从前期资料收集到论文选题，从内容研究到论文写作、修改和审阅，无不凝聚着您的心血。除了学习与工作，您也乐于分享您的经历和感悟，使我们明白做人与做事的道理。三年来，我收获的每一点进步都渗透着您的汗水：克服的每一个困难

3、都离不开您的支持，学生永记在心!诚挚感谢段洪涛副研究员。三年来，您给予我学业上热情的指导和鼓励，生活中无私的帮助和引导，您乐观风趣的生活态度，认真踏实的工作习惯均深深地感染着我，使我终身受益。在本次论文的写作过程中，您提出了许多宝贵意见，您的指导使我受益匪浅，在此深表感谢!衷心感谢南京大学冯学智教授，居为民教授，南京地理与湖泊研究所胡维平研究员在论文的开题过程中给予的宝贵意见；衷心感谢团队的张玉超老师，许金朵老师，林晨老师，罗菊花老师，王贞老师，刘臣炜老师和团队秘书洪竹君，感谢各位在各方面给我的帮助。衷心感谢同门姜广甲，郝景燕、周

4、琳、尚琳琳、齐琳、苑惠丽，胡祺，饶加旺，赵晨露，王长凤、黄佳慧、李晶，能够成为你们的同门是我一生的幸运，谢谢你们能够包容我的冒失，谅解我的过错。感谢邢永超、吕春光，周文鑫，郭承燕，南京大学的林珊、项文华等等，谢谢你们给我鼓励和支持。感谢南京地理与湖泊研究所“湖泊与流域数据中，D”为本文提供基础数据。在三年的学习生活中，南京地理与湖泊研究所研究生部卞怡老师给予了极大的关怀、支持和帮助，在此深表感谢!感谢一起奋斗的南京地理与湖泊研究所10级硕士班全体同学，研究生三年，你们一直都是我坚强的后盾。特别感谢我的父母。养育大恩无以言谢，儿铭记

5、在心!谨向所有支持、关心、帮助过我的老师、同学和朋友表示衷-D的感谢王泽人2013年5月摘要摘要湖泊水体富营养化引起的蓝藻水华问题，严重威胁着湖泊中饮用水源地的安全。数据同化可以利用时空连续的模型模拟数据结合瞬时的遥感监测数据，更加准确的实现对未来水质变化的了解，确保湖泊饮用水源地供水安全。本文以太湖作为研究区，将集合卡尔曼滤波同化方案引入蓝藻水华问题的研究中，设计并实现了太湖叶绿素口浓度同化试验系统。该系统结合基于水质分析模拟项目的二维水动力水质耦合模型，采用集合卡尔曼滤波方案同化空间分辨率为250m的MODIS叶绿素a浓度反演

6、数据。本文优化的内容包括可以有效减轻滤波发散，滤除远距离相关影响的局地化方法；观测数据的质量控制方案和集合效果的诊断方案。研究结果表明：(1)利用同化技术可以有效地提高叶绿素a浓度的预测精度，分析值与观测值偏差明显小于预报值与观测值的偏差，Bias由·22．471．tg／L提高到0．7799／L，RMSE由35．7699／L减小到30．9699／L，ME由．0．06提高到O．2l。(2)结合二维水动力水质耦合模型，利用集合卡尔曼滤波同化方案，可以将遥感数据的时间维度和空间维度进行拓展，弥补遥感观测数据因为光谱分辨率、时间分辨率、空

7、间分辨率和云层遮盖导致的观测时间不连续和空间不完整的情况。(3)建立的基于集合卡尔曼滤波同化方案的太湖叶绿素a浓度同化试验系统采用C函数作为局地化函数，并且将Schur半径设置为250m时可以有效的滤除远距离相关。(4)数据质量控制方案可以有效滤除可疑异常数据。采用本文设计的观测数据质量控制方案，在保留数据整体统计特征的情况下，可以有效地滤除插值之后观测数据的可疑异常数据。关键词：太湖，叶绿素a浓度，集合卡尔曼滤波，局地化，数据质量控制IIIABSlRACTABSTRACTEutrophicationoflakewaterduet

8、oexcessiveenrichmentofnutrientiSaseriousproblem，whichthreatsthesafetyofthedrinkingwatersource．Byusingspace-timecontinuummode