基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测
作者:任树顺; 高萌; 王煦雯; 余镒琦; 陈纪新; 陈能汪
更新时间:
湖库富营养化和有害藻华是全球性的生态环境问题。藻华预测与预警是保证湖泊和水库水源供水安全的关键技术。如何基于高频水生态在线监测数据对藻华进行实时动态预测,已成为水生态管理领域的主要需求,基于连续三年观测的每小时平均总叶绿素a浓度数据,SARIMA的预测效果,比较了藻华(日平均·叶绿素a大于15g·L-1)上的Prophet和LSTM(长期和短期记忆神经网络)。研究结果表明:(1)时间序列模型要求的参数少,灵活性强,能够清晰地反映水质特征和未来的变化趋势,可以弥补传统藻类监测和预警方法的局限性。(2) 基于深度学习框架的LSTM模型具有独特的迭代优化算法,对藻类的非线性变化特征具有很强的识别和预测能力。其总叶绿素a的日预测和7天预测效果明显优于SARIMA模型和Prophet模型。(3) 输入数据的长度会在一定程度上影响模型的预测效果,输入数据的最佳时间长度为7d。输入数据的频率也会影响预测效果。在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据。在预测藻华日时,两个频率数据之间没有显著差异,但每日频率数据可以更准确地识别藻华日的特征。综上所述,基于LSTM模型实现了总叶绿素a浓度的短期预测,可以为九龙江河库区藻华的预警和供水安全提供技术支持