缺氧状况综合评估方法、装置、设备及介质与流程

本技术涉及一种缺氧状况综合评估方法、装置、设备及介质，属于海洋科学研究及其应用。

背景技术：

1、海水中的溶解氧（do，均指溶解的o2）是海洋生物赖以生存和繁衍的基本环境要素。严重低氧（又称缺氧，do < 2.0~3.0 mg/l）甚至无氧（do < 0.5 mg/l），甚至可能导致鱼类死亡乃至海洋生物多样性降低或者生态系统服务功能退化。国内外科研工作者通过大量的海洋调查、海洋数值模拟等方式揭示了近海低氧发生的海域、时间和严重程度，部分国家通过长期观测来全面评估近海生态系统的演变与溶解氧状况的变化。但目前来看，近海低氧受复杂多变的水动力条件与生物地球化学过程耦合因素的控制，其时间尺度具有从潮周期到年代际甚至以上的多尺度剧烈变化，其空间范围也有动态变化。这为近海低氧的预警评估造成了巨大困难，不同的观测采样或者数值模拟仅从一个侧面反应了低氧现象的某个角度。三维的数值模式一定程度上可以弥补对近海缺氧认识的时空不连续性，但由于对物理世界与生态动力过程的数学简化、边界条件与初始条件的不确定性、数值计算误差积累等因素，数值模式的准确性与误差范围也需要基于实测数据进行评估。

2、此外，缺氧的状态不仅仅反映在面积或溶解氧浓度上可能还反映在厚度、表观耗氧量等其他指标上，因此有必要找到一个综合的指标来更全面地表达缺氧的严重程度。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本技术的实施例分别提供了一种缺氧状况综合评估方法、装置、设备及介质，以比较不同年份近海缺氧相对严重程度。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种缺氧状况综合评估方法，所述方法包括：

4、获取不同年份的三维水文环境数据；其中，所述三维水文环境数据包括温度、盐度、溶解氧数据以及卫星叶绿素数据；

5、计算不同年份下的缺氧程度单一评估指标；其中，所述缺氧程度单一评估指标包括缺氧面积、缺氧平均厚度、最低溶解氧浓度、底层缺氧区平均溶解氧浓度、缺氧水体平均表观耗氧量和初级生产力中的至少两种；

6、对所述不同年份下的缺氧程度单一评估指标进行标准化处理，得到标准化结果；

7、根据所述标准化结果，计算不同年份的缺氧指数。

8、进一步地，不同年份的温度、盐度、溶解氧数据中均包括经度、纬度和深度。

9、进一步地，通过如下方法计算缺氧面积、缺氧平均厚度、最低溶解氧浓度、底层缺氧区平均溶解氧浓度、缺氧水体平均表观耗氧量和初级生产力：

10、根据底层水体溶解氧浓度达到缺氧阈值的所有海域范围，再取对数，计算得到缺氧面积；

11、以所有目标单元上的垂向厚度的平均值作为缺氧平均厚度；其中，所述目标单元为一确定站位或网格点，所述垂向厚度为一确定站位或网格点在垂直方向上，水体溶解氧浓度小于等于缺氧阈值时的最大水深和最小水深之差；

12、以目标单元上垂向溶解氧浓度的最小值作为最低溶解氧浓度；

13、获取目标单元底层的溶解氧浓度，并计算小于缺氧阈值的溶解氧平均值，得到底层缺氧区平均溶解氧浓度；

14、根据目标单元的温度和盐度计算饱和溶解氧浓度，并计算饱和溶解氧浓度与目标单元的实际溶解氧浓度的插值作为目标单元的表观耗氧量，取所有目标单元的表观耗氧量的均值作为缺氧水体平均表观耗氧量；

15、基于设定海域范围，获取卫星叶绿素数据，并对大于5mg/m3的叶绿素浓度求平均值，得到初级生产力。

16、进一步地，若获取的三维水文环境数据为实测数据，则通过如下方法计算缺氧面积：

17、获取某一航次观测站位底层水体的溶解氧数据；

18、利用克里金插值法将观测站位的底层溶解氧浓度插值到规则网格；

19、计算缺氧范围内的海域面积之和获得底层水体缺氧面积作为缺氧面积。

20、进一步地，若获取的三维水文环境数据为数值模拟数据，则通过如下方法计算缺氧面积：

21、根据模拟航次的时间范围，确定海域范围，从数值模拟结果中输出所述时间范围和空间范围内所有网格点的底层水体溶解氧浓度；

22、利用内插法将网格点上的溶解氧浓度插值到规则网格，插值后的网格分辨率不低于数值模式的最小网格分辨率；

23、计算缺氧范围内的海域面积之和，得到的模拟底层水体缺氧面积作为缺氧面积。

24、进一步地，对所述不同年份下的缺氧程度单一评估指标进行标准化处理，得到标准化结果，包括：

25、以不同年份下的缺氧程度单一评估指标作为原始数据，将所述原始数据转换为标准正态分布，计算公式如下：

26、z = (x - mean) / std

27、式中，z表示标准化结果，x表示原始数据，mean表示原始数据的均值，std表示不同年份下的缺氧程度单一评估指标的标准差。

28、进一步地，根据所述标准化结果，计算不同年份的缺氧指数，包括：

29、在缺氧阈值取3mg/l且观测数据没有温度和盐度数据的情况下，选取统计的缺氧程度单一评估指标为缺氧面积、缺氧平均厚度、最低溶解氧浓度和底层缺氧区平均溶解氧浓度，缺氧指数hi计算公式如下：

30、hi=0.47×area+0.47×h+(-0.55)×domin+(-0.5)×dobot

31、式中，area表示标准化的缺氧面积，h表示标准化的缺氧平均厚度，domin表示标准化的最低溶解氧浓度，dobot表示标准化的底层缺氧区平均溶解氧浓度；

32、在缺氧阈值取3mg/l且观测数据有温度和盐度数据的情况下，选取统计的缺氧程度单一评估指标为缺氧面积、缺氧平均厚度、最低溶解氧浓度、底层缺氧区平均溶解氧浓度、缺氧水体平均表观耗氧量和初级生产力，缺氧指数hi计算公式如下：

33、hi=0.38×area+0.39×h+(-0.49)×domin+(-0.49)×dobot+0.39×aou+0.23×chla

34、式中，aou表示标准化的缺氧水体平均表观耗氧量，chla表示标准化的初级生产力；

35、在缺氧阈值取2mg/l且观测数据没有温度和盐度数据的情况下，选取统计的缺氧程度单一评估指标为缺氧面积、最低溶解氧浓度和底层缺氧区平均溶解氧浓度，缺氧指数hi计算公式如下：

36、hi=0.56×area +(-0.58)×domin+(-0.59)×dobot

37、在缺氧阈值取2mg/l且观测数据有温度和盐度数据的情况下，选取统计的缺氧程度单一评估指标为缺氧面积、最低溶解氧浓度、底层缺氧区平均溶解氧浓度、缺氧水体平均表观耗氧量和初级生产力5个指标，缺氧指数hi计算公式如下：

38、hi=0.45×area+(-0.51)×domin+(-0.5)×dobot+0.38×aou+0.35×chla。

39、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种缺氧状况综合评估装置，包括：

40、数据获取模块，被配置为获取不同年份的三维水文环境数据；其中，所述三维水文环境数据包括温度、盐度、溶解氧数据以及卫星叶绿素数据；

41、指标计算模块，被配置为计算不同年份下的缺氧程度单一评估指标；其中，所述缺氧程度单一评估指标包括缺氧面积、缺氧平均厚度、最低溶解氧浓度、底层缺氧区平均溶解氧浓度、缺氧水体平均表观耗氧量和初级生产力中的至少两种；

42、标准处理模块，被配置为对所述不同年份下的缺氧程度单一评估指标进行标准化处理，得到标准化结果；

43、指数计算模块，被配置为根据所述标准化结果，计算不同年份的缺氧指数。

44、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：控制器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述控制器执行时，使得所述控制器实现上所述的缺氧状况综合评估方法。

45、根据本技术实施例的一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行上述的缺氧状况综合评估方法。

46、根据本技术实施例的一个方面，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述的缺氧状况综合评估方法。

47、在本技术的实施例所提供的技术方案中，至少具有以下优点：

48、通过本技术计算得到的缺氧指数，以该缺氧指数作为综合的缺氧评估指标，其大小表示不同年份缺氧相对严重程度，也就是缺氧指数越大，该年份缺氧越严重，因此本技术可以基于计算得到的缺氧指数，以往对于近海缺氧的定性认知就更易于提升到定量评估，可以对不同年份的缺氧状态有一个简单直观的评估，也有利于更有效地向决策者与社会大众传达确定性的信息，还有助于制定科学合理的早期预警和环境保护措施，经济有效地降低或缓解缺氧对海洋生态健康和海洋经济可持续发展的危害。

49、应理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。