[發明專利]一種現場紫外分光光度計的硝酸鹽濃度數據處理方法

在審

• 申請號: 202110813404.2
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113376115A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 魏碩;徐鵬昭;李志成;聶紅濤;魏皓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G06F17/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種現場紫外分光光度計的硝酸鹽濃度數據處理方法，包括下列步驟：數據獲取和轉換；數據質量控制：將所獲得的各站位硝酸鹽原始數據進行質量控制，過程如下：去除現場紫外分光光度計預熱階段獲取的數據；將由于采樣頻率引起的誤差數據賦nan值；將儀器誤差范圍內的不合理數據重新賦值；基于標準偏差的倍數對數據進行去尖峰處理；數據平均。

技術領域

本發明屬于海洋科學領域，具體涉及一種現場紫外分光光度計(簡稱SUNA)的硝酸鹽數據處理方法。

背景技術

在海洋中，硝酸鹽是三大營養鹽之一，硝酸鹽的濃度對海洋的生物生產力有顯著的控制作用。此外，硝酸鹽在海洋中的分布變化與水文之間有著緊密的聯系，根據硝酸鹽的分布情況也可判斷水文的變化。測定海水中的硝酸鹽硝酸鹽濃度，對漁業、水文和氮的地球化學的研究具有重要的意義。MBARI-SUNA現場紫外分光光度計采用紫外吸收光譜法來測量現場硝酸鹽和其他化學物質的溶解度；該傳感器不使用化學試劑，能夠提供精確、實時和連續的硝酸鹽濃度數據，此外，該儀器可在深水區域使用，具有數據精度高、準確度高的特點；是研究人員進行海洋物理、化學和生物研究的得力助手。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于現場紫外分光光度計的硝酸鹽濃度數據處理方法，旨在改善由于儀器采樣頻率引起的異常值，精確獲取并有效處理硝酸鹽數據，實現數據處理的可重復性和海洋中硝酸鹽濃度空間及時間特征的有效重現，為研究海水的理化性質提供更精確的數據基礎。本發明的技術方案如下：

一種現場紫外分光光度計的硝酸鹽濃度數據處理方法，包括下列步驟：

(1)數據獲取：基于現場紫外分光光度計實時獲取觀測海域各站點處的硝酸鹽濃度數據；

(2)數據轉換：將現場紫外分光光度計觀測獲得的原始數據轉換為可以用電子制表軟件使用的標準文件；再利用matlab將硝酸鹽濃度數據匯總成易于處理的.mat格式；

(3)數據質量控制：將所獲得的各站位硝酸鹽原始數據進行質量控制，過程如下：

(31)去除現場紫外分光光度計預熱階段獲取的數據；

(32)將由于采樣頻率引起的誤差數據賦nan值；

(33)將儀器誤差范圍內的不合理數據重新賦值；

(34)基于標準偏差的倍數對數據進行去尖峰處理，計算硝酸鹽濃度剖面在對應時間上的一階導數以及導數的局部標準差，將兩者的比值超過某一設定閾值的信號作為尖峰去除，并用尖峰兩端信號的平均值替代，公式如下：

式中，i為某一站點的數據序列，z_i為對應位置的時間，x_i為多現場紫外分光光度計測得的對應位置的硝酸鹽濃度數據，D_i為對應時間的硝酸鹽濃度一階導數，s為該站點的數據對應時間一階導數的標準差；

根據標準差確定閾值，使得其中lim為設定閾值，將兩者比值超過設定閾值lim的信號作為尖峰去除，并用尖峰兩端的平均信號代替；

(4)數據平均：由于現場紫外分光光度計得到的原始數據中不包含深度信息，因此，需要結合CTD溫鹽深儀，將硝酸鹽濃度信息填充對應深度上，將各站位質量控制后的數據進行滑動平均處理，過程如下：

(41)將對應站位上的CTD數據處理成為n米平均的數據，得到其對應每n米的起止時間；

(42)尋找在這一時間段內的硝酸鹽濃度，做平均則得到對應站位n米平均的硝酸鹽濃度剖面。