[发明专利]一种基于海洋物理生态耦合模型的参数优化方法

摘要

本发明涉及一种基于海洋物理生态耦合模型的生态参数优化方法，包括以下步骤：选取适合研究区域的海洋物理生态耦合模型，初步调试模型至能再现海洋生态要素尤其是营养盐的空间分布及季节变化趋势；通过敏感性实验分析所选生态模块中生态参数的敏感度，选择最为敏感的几个参数参与后续参数优化工作以提高后续参数优化效率；设计多个测试方案，分别应用于经过初步调试的海洋物理生态耦合模型，并获得对应测试方案的叶绿素或初级生产力模拟结果；通过与卫星数据或观测数据进行对比并构造代价函数，找到敏感参数取值与代价函数之间的一个对应的多元关系，基于梯度下降方法寻优，得到优化后的一组参数。

主权项

1.一种基于海洋物理生态耦合模型的生态参数优化方法，包括以下步骤：(1)选取适合研究区域的海洋物理生态耦合模型，通过调试所选取的海洋物理生态耦合模型，获得稳定且较为真实的物理场；获得生态模块中生态参数取值范围，初步调试模型至能再现海洋生态要素尤其是营养盐的空间分布及季节变化趋势；(2)通过敏感性实验分析所选生态模块中生态参数的敏感度，选择最为敏感的几个参数参与后续参数优化工作以提高后续参数优化效率。方法如下：将每个生态参数依次增大某个确定的百分比，通过计算叶绿素或初级生产力的变化率以及每次增大的参数的变化率之间的比值，对此比值的绝对值进行排序，判断各个参数的敏感程度，随后即基于此结果选取最为敏感的几个参数；(3)基于步骤(2)中获得的最为敏感的几个参数，结合步骤(1)所获得的这些敏感参数的取值范围，对这几个参数的取值范围分别进行一定精度的细分采样取值，随后，基于每个参数的采样值，通过排列组合的方法设计多个测试方案，分别应用于步骤(1)中经过初步调试的海洋物理生态耦合模型，并获得对应测试方案的叶绿素或初级生产力模拟结果；(4)基于上一步模型运行结果，通过与卫星数据或观测数据进行对比并构造代价函数，代价函数计算公式如下：其中，m为选择的样本点数量，主要由卫星或观测点数量决定，hi为i点卫星或观测值，yi为模型在对应点的模拟值，当两者的值越接近，模型模拟结果越好，参数优化这一过程可以用减少代价函数这一定量过程描述；基于测试方案的参数取值以及每个测试方案的代价函数值，找到敏感参数取值与代价函数之间的一个对应的多元关系，基于梯度下降方法寻优，得到优化后的一组参数。