[发明专利]一种现场紫外分光光度计的硝酸盐浓度数据处理方法

说明书

本发明涉及一种现场紫外分光光度计的硝酸盐浓度数据处理方法，包括下列步骤：数据获取和转换；数据质量控制：将所获得的各站位硝酸盐原始数据进行质量控制，过程如下：去除现场紫外分光光度计预热阶段获取的数据；将由于采样频率引起的误差数据赋nan值；将仪器误差范围内的不合理数据重新赋值；基于标准偏差的倍数对数据进行去尖峰处理；数据平均。

技术领域

本发明属于海洋科学领域，具体涉及一种现场紫外分光光度计(简称SUNA)的硝酸盐数据处理方法。

背景技术

在海洋中，硝酸盐是三大营养盐之一，硝酸盐的浓度对海洋的生物生产力有显著的控制作用。此外，硝酸盐在海洋中的分布变化与水文之间有着紧密的联系，根据硝酸盐的分布情况也可判断水文的变化。测定海水中的硝酸盐硝酸盐浓度，对渔业、水文和氮的地球化学的研究具有重要的意义。MBARI-SUNA现场紫外分光光度计采用紫外吸收光谱法来测量现场硝酸盐和其他化学物质的溶解度；该传感器不使用化学试剂，能够提供精确、实时和连续的硝酸盐浓度数据，此外，该仪器可在深水区域使用，具有数据精度高、准确度高的特点；是研究人员进行海洋物理、化学和生物研究的得力助手。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于现场紫外分光光度计的硝酸盐浓度数据处理方法，旨在改善由于仪器采样频率引起的异常值，精确获取并有效处理硝酸盐数据，实现数据处理的可重复性和海洋中硝酸盐浓度空间及时间特征的有效重现，为研究海水的理化性质提供更精确的数据基础。本发明的技术方案如下：

一种现场紫外分光光度计的硝酸盐浓度数据处理方法，包括下列步骤：

(1)数据获取：基于现场紫外分光光度计实时获取观测海域各站点处的硝酸盐浓度数据；

(2)数据转换：将现场紫外分光光度计观测获得的原始数据转换为可以用电子制表软件使用的标准文件；再利用matlab将硝酸盐浓度数据汇总成易于处理的.mat格式；

(3)数据质量控制：将所获得的各站位硝酸盐原始数据进行质量控制，过程如下：

(31)去除现场紫外分光光度计预热阶段获取的数据；

(32)将由于采样频率引起的误差数据赋nan值；

(33)将仪器误差范围内的不合理数据重新赋值；

(34)基于标准偏差的倍数对数据进行去尖峰处理，计算硝酸盐浓度剖面在对应时间上的一阶导数以及导数的局部标准差，将两者的比值超过某一设定阈值的信号作为尖峰去除，并用尖峰两端信号的平均值替代，公式如下：

式中，i为某一站点的数据序列，z_i为对应位置的时间，x_i为多现场紫外分光光度计测得的对应位置的硝酸盐浓度数据，D_i为对应时间的硝酸盐浓度一阶导数，s为该站点的数据对应时间一阶导数的标准差；

根据标准差确定阈值，使得其中lim为设定阈值，将两者比值超过设定阈值lim的信号作为尖峰去除，并用尖峰两端的平均信号代替；

(4)数据平均：由于现场紫外分光光度计得到的原始数据中不包含深度信息，因此，需要结合CTD温盐深仪，将硝酸盐浓度信息填充对应深度上，将各站位质量控制后的数据进行滑动平均处理，过程如下：

(41)将对应站位上的CTD数据处理成为n米平均的数据，得到其对应每n米的起止时间；

(42)寻找在这一时间段内的硝酸盐浓度，做平均则得到对应站位n米平均的硝酸盐浓度剖面。