经略２１世纪海上丝路之海洋环境特征：极值风速和极值波高

极值风速和极值波高是海洋工程、海洋能开发、防灾减灾等极为关注要素。文章基于来自欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）的ＥＲＡ－ｉｎｔｅｒｉｍ 海浪再分析资料、ＥＲＡ 阵风资料,计算了“２１世纪海上丝绸之路”涉及海域的年极值风速、极值波高,并首次计算了不同季节的极值。结果表明：①南海的５０年一遇年极值风速大于孟加拉湾,孟加拉湾大于阿拉伯海;极值波高的分布特征与极值风速大体一致。②南海的极值风速在各个季节都大于孟加拉湾,孟加拉湾大于阿拉伯海;南海－ 北印度洋的极值风速在ＪＪＡ 和ＳＯＮ 期间明显大于ＭＡＭ 期间,ＤＪＦ期间最小。③南海各个季节的极值波高都大于北印度洋,阿拉伯海的极值波高在ＭＡＭ和ＪＪＡ 期间明显大于孟加拉湾;南海的极值波高在ＪＪＡ 和ＳＯＮ 期间明显大于ＭＡＭ 和ＤＪＦ期间;北印度洋的极值波高在ＪＪＡ 期间最大,ＭＡＭ 次之,ＤＪＦ最小。     

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。     

误差椭圆极值E、F求解公式的改进

利用纯数学运算方法对误差曲线中极值E、F求解公式作进一步的演算,演算步骤严密和清晰,易于记忆。     

异常增减水极值序列的频率分析

以青岛观象台的增、减水极值序列为例，探讨了异常增、减水极值序列的频率分析方法。用以分析的增、减水序列，分为不完整年级值序列和不完整过程极值序列。对以上两种序列，采用过程极值频率与年极值频率的转换关系，运用皮尔逊Ⅱ型曲线以及耿贝尔方法进行了计算，获得理想的结果。     

台风风暴潮极值高潮位的统计预报

本文通过分析前期高潮位、台风参数与极值高潮位的关系，建立了一个包括台风中心气压、局地风速、前期高潮位的三元线性回归的极值高潮位预报公式，并考虑到同一参数对极值高潮位不同时刻的影响，引进权函数，在此基础上，实现了回归计算和极值高潮位预报的计算机自动化。在实时预报中，只需输入台风参数，即可得到极值高潮位值。     

运用SWAN数值模拟对渤海波浪极值参数的研究(英文)

本文以高分辨率后报风场资料为输入,采用SWAN波浪模式,模拟了渤海海域1985年至2004年共20年间的波浪场。通过有效波高数据的比较,可看出波浪数值结果与实测资料符合较好,可以用数值结果分析渤海海域的波浪特征。利用计算的年极值波要素,本文给出并分析了渤海海域不同重现期下的极值参数分布情况。     

江苏滨海海域海上风电场的极值波高推算

为了给江苏滨海海域海上风电场的结构设计提供更为合理的设计参数,本文利用定量分析法对比分析了采用不同推算方法推算得到的工程海域极值波高,讨论了不同推算方法的差异及影响。结果表明：采用年极值法、条件极值法（包括风暴统计法、阈值上限法）和组合法推算出的工程海域极值波高受理论频率曲线、热带风暴年均频次、极端设计风速和特定水位的影响较大。其中,热带风暴年均频次主要影响风暴统计法推算的结果,当热带风暴年均频次不小于1时,推算的结果趋于稳定,相对偏差小于5%;极端设计风速和特定水位主要影响组合法推算的结果,极端设计风速的选择主要影响极值波高在各个方向上的分布,特定水位的叠加主要影响极值波高的幅值;对于非特定水位下的极值波高,利用条件极值法中的风暴统计法推算的结果最大,为6.55 m;利用年极值法中P-Ⅲ型曲线推算的结果最小,为5.48 m;两者相对偏差约20%;对于特定水位下的极值波高,利用组合法推算出的NW—SE方向极值波高与水位呈正相关,即叠加正水位时,极值波高增大,叠加负水位时,极值波高减小,幅值变化可达±15%;且极值波高的方向分布与所采用的极端设计风速的方向分布相同,利用极值波高对应的设计...     

渤海南部海域年极值波浪和设计波浪的特征研究

本文用统计计算和后报方法，获得了本海域不同海区多年年极值波高（Ｈ１／１０）资料。用Ｐ－Ⅲ型和短期测波资料频率分析方法，估算了各海区的设计波高，并依据文献［３］计算出对应的平均周期。用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｆｆ适合度方法检验所得的结果表明，依Ｐ－Ⅲ型方法拟配的理论频率曲线与经验点十分吻合，从而确定了本海域不同海区最佳的设计波浪。分析本海域年极值波浪的基本特征表明，本海域除了渤海湾北部海区以外，主浪向一般为ＮＮＥ向，渤海海峡区的年极值波高和设计波高均为最大，而向莱州湾及渤海湾沿岸海区逐渐减小；在沿岸海区，由龙口至黄河口一带的极值波高较大。     

渤海和南海海域极值风速的置信区间

目前我国海洋台站积累的实测日最大风速资料长度还较短，本文提出采用实测日4次（或3次）平均风速产生日最大风速样本的方法。认为极值风速是随机变量，采用本文方法产生的日最大风速样本，统计推算了渤海和南海海域15个台站的若干年一遇极值风速的统计参数，得到了不同重现期的不同置信水平的极值风速区间，为更合理地确定海洋平台结构设计风荷载提供了依据。     

“海上丝绸之路”的恶劣环境及应对——极值风速和波高

海洋环境不仅决定着工程及人员的安全,也决定着工程建设的效率和经济收益。由此,在海上丝路建设过程中,需要重视海洋环境对经济建设、岛礁建设和战略通道安全的影响,以达到更好更快地建设海上丝路。文章利用ERA-interim阵风资料、ERA-interim海浪再分析资料,采用Gumbel曲线法推算了海上丝路0.25°×0.25°逐网格点上的50年一遇极值风速、极值波高。另外,还计算了某边远海岛的1年一遇、2年一遇、10年一遇……1 000年一遇的极值风速、极值波高。期望可以为海上丝路建设提供参考。     

日照地区风暴潮增水重现值计算

为给政府、规划、设计部门决策提供参考,采用组合分布法对日照地区风暴潮增水的重现值进行了计算。提出了以台风发生强烈的季节和月份进行统计抽样统计的替代方法,简化了工程设计初期的数据处理工作量;并给出了适用于日照地区风暴潮增水的分布模式。与传统的年极值法和过阈法相比,该方法考虑了风暴潮增水的季节变化,物理意义更趋明确。     

极值波高与历时联合分布的重现水平分析

使用美国北卡罗来纳州的 FRF 1985—2016 年的极值波高及其持续时间数据，采用最优的 Gumbel-Hougaard copula函数和 Kendall 分布函数构建极值波高和相应历时不同组合的联合概率分布模式，分析各个组合的遭遇概率、“或”重现期、“且”重现期和 Kendall 重现期，以出现最大可能概率的方法推算各组合联合设计值。结果表明：Kendall 重现期所对应的累积频率更准确地代表了特定设计频率下的风险率；重现期分别为 5 年、10 年、20 年、50 年、100 年、200 年推算的 Kendall重现期设计值介于“或”重现期和“且”重现期设计值之间，小于相应的边缘分布设计值；基于 Kendall 重现期的极值波高及其持续时间不同重现期组合推算的结果可为海洋工程构筑物设计与风险管理提供新的选择与参考。     

渤海及黄海北部年极值冰厚概率分布的统计分析

采用渤海及黄海北部后报30a最大冰厚样本序列,采用平稳二项随机过程模型和组合概率分析方法,统计得到了年最大冰厚概率分布,估计了模型参数,并推算了不同重现期的极值冰厚.推算结果表明,该模型较好地刻划了该海域年最大冰厚的概率特性,为渤海海域平台结构设计和可靠性分析提供了重要的荷载基础.     

海洋重现期波高统一化计算方法

重现期波高是港口海岸及海洋工程设计中不可回避的一个重要设计参数,尤其对深水海港、海上平台、海底油气管道、沿海核电站等重大涉海工程设计具有巨大的经济价值和深远的社会效益。但是,现有重现期波高推算缺乏统一的计算方法,导致计算结果相差悬殊。研究重现期波高的统一化计算方法,分析重现期波高计算中存在的各种不确定因素,提出减少这些不确定因素的新方法,建立误差小、应用方便、方法统一的重现期波高计算方法。基于澳大利亚悉尼站的长期连续观测波浪数据,研究发现:广义帕累托函数(generalized Pareto distribution III,GPD-III)和威布尔(Weibull)是重现期波高计算的最佳候选极值分布函数,新推导的函数形状参数计算公式较好提高重现期波高的计算精度,极值波高数据的分析方法和样本大小是影响重现期波高计算精确度的两个重要因素,短期波浪资料和年极值法可能高估重现期波高值。逐个风暴的极值波高数据分析法及最佳候选极值分布函数GPD-III和Weibull建议应用于涉海工程设计的重现期波高推算。     

海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响

利用乳山口24a的年极值高、低水位和年平均海平面,分析讨论了平均海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响.同时讨论了消除平均海平面中长期变化的途径.比较了消除平均海平面长期变化和保留这种变化情况下推算出的两种多年一遇极值水位,可以发现,对多年一遇高水位来说,保留平均海平面长期变化所得结果高于消除了的,而对多年一遇低水位而言,情况正好相反.     

A comparison of the main methods for estimating probabilities of extreme still water levels

Sea-level return periods are estimated at 18 sites around the English Channel using: (i) the annual maxima method; (ii) the r-largest method; (iii) the joint probability method; and (iv) the revised joint probability method. Tests are undertaken to determine how sensitive these four methods are to three factors which may significantly influence the results; (a) the treatment of the long-term trends in extreme sea level; (b) the relative magnitudes of the tidal and non-tidal components of sea level; and (c) the frequency, length and completeness of the available data. Results show that unless sea-level records with lengths of at least 50 years are used, the way in which the long-term trends is handled in the different methods can lead to significant differences in the estimated return levels. The direct methods (i.e. methods i and ii) underestimate the long (> 20 years) period return levels when the astronomical tidal variations of sea level (relative to a mean of zero) are about twice that of the non-tidal variations. The performance of each of the four methods is assessed using prediction errors (the difference between the return periods of the observed maximum level at each site and the corresponding data range). Finally, return periods, estimated using the four methods, are compared with estimates from the spatial revised joint probability method along the UK south coast and are found to be significantly larger at most sites along this coast, due to the comparatively short records originally used to calibrate the model in this area. The revised joint probability method is found to have the lowest prediction errors at most sites analysed and this method is recommended for application wherever possible. However, no method can compensate for poor data.     

北部湾沿海最大风速分布特征及工程设计风速推算

利用北部湾沿海7个气象站建站至2008年的年最大风速资料,采用指数律风速廓线公式和＂时次换算＂方法对年最大风速进行订正,得到长年代10m高度10min平均年最大风速序列;采用离差系数Cv分析最大风速的年际变化,应用极值Ⅰ型分布推算北部湾沿海距地10m高50a一遇和100a一遇风速的极大值.结果表明,北部湾沿海年最大风速多出现在7～9月,年最大风速离差系数Cv为0.22～0.35,与沿海城市上海、福州、广州相近;北部湾沿海50a一遇、100a一遇风速的极大值分别为22.9～42.6和24.8～46.5m/s,其空间分布特征是：越靠近海的地方多年一遇风速的极大值就越大.     

Estimation of wind speed and wave height during cyclones

Wave and wind characteristics based on the cyclones, in the vicinity of the Nagapattinam coastline (east coast of India) were estimated. In all, 11 cyclones have crossed near the study region during 1960–1996. For the four severe cyclones, the isobaric charts were collected at three hourly intervals from the India Meteorological Department. The storm variables such as central pressure, radius of maximum wind, speed of forward motion and direction of storm movement were extracted and the method based on standard Hydromet pressure profile, were used for the hindcast of storm wind fields. For all the cyclones the maximum significant wave height within the storm and its associated spectral peak period was estimated using the Young’s model considering the moving wind field and the results are compared with the hurricane wave prediction techniques provided in the shore protection manual published by the US Army Corps of Engineers in 1984. The study shows that the estimated wind speed and the data reported by ships were comparable. Empirical expressions relating wind speed, wave height and wave period to storm parameters were derived. The design wave height for different return periods was obtained by fitting a two-parameter Weibull distribution to the estimated significant wave heights. The design wave height was 9.39 m for 1 in 100 year return period for a direct hit of cyclone.     

威海靖海湾港区张家埠新港建设对泥沙冲淤影响预测分析

运用ECOMSED(水动力泥沙)三维模型模拟潮流、波浪(施加风)作用条件下威海靖海湾港区张家埠新港建设前后周围海域海底地形的演化,分析其冲淤变化.并利用冲淤平衡时波潮流共同作用下对海底的切应力与沉积物临界起动剪切力相等的原理,对新港建设后的极限冲刷深度进行预测.结果表明,在引堤透空段附近和防波堤端头冲刷较严重,50年一...     

Design pressure distributions on the hull of the FLOW wave energy converter

This paper presents a procedure to calculate the design pressure distributions on the hull of a wave energy converter (WEC). Design pressures are the maximum pressure values that the device is expected to experience during its operational life time. The procedure is applied to the prototype under development by Martifer Energy (FLOW—Future Life in Ocean Waves).A boundary integral method is used to solve the hydrodynamic problem. The hydrodynamic pressures are combined with the hydrostatic ones and the internal pressures of the large ballast tanks. The first step consists of validating the numerical results of motions by comparison with measured experimental data obtained with a scaled model of the WEC. The numerical model is tuned by adjusting the damping of the device rotational motions and the equivalent damping and stiffness of the power take-off system. The pressure distributions are calculated for all irregular sea states representative of the Portuguese Pilot Zone where the prototype will be installed and a long term distribution method is used to calculate the expected maximum pressures on the hull corresponding to the 100-year return period.