针对传统蒙特卡洛算法随机抽样的局限，引入交叉熵抽样方法进行改进，并以大凌河为例，对比改进前后算法对大凌河氨氮和溶解氧浓度预测精度。结果表明：相比于改进前，改进算法下大凌河水质浓度预测精度有所改善，氨氮和溶解氧预测值和监测值之间相关系数分别提高0.35和0.25,相对误差均值分别降低17.5%和12.9%。改进算法和水质-水动力模型耦合后，可实现河流水质浓度区间沿程变化，为河流水质预警提高支撑依据。
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