基于现场实测的渤海风速特性研究

风荷载是影响海洋结构物设计和安全服役最为显著的环境因素之一。利用在役海洋平台监测系统对渤海风速场展开长期监测,获得了长期的风速信息。对极值风速进行分析,利用极值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分布对风速极值的概率密度进行拟合。基于极值Ⅰ型概率分布,获得了渤海海域重现期为5 a、10 a、30 a和50 a的最大风速值。对年最大风速的脉动风分量、湍流强度、阵风因子进行了分析。考虑高频分量的影响,利用小波变换,得到了脉动风速的近似分量和细节分量,计算了实测风速的纵向和横向的空间积分尺度。对比经验脉动风谱与实测脉动风谱,证明了Davenport风速谱能够较好地拟合渤海现场风速场。     

考虑风向分布的芝罘岛极值风速季节变化研究

基于角度-线性模型,提出利用风玫瑰图数据直接建立风速与风向联合分布的方法,对烟台芝罘岛地区四季度风玫瑰图建立联合分布模型,采用决定系数评价模型与原始玫瑰图一致性,结果表明统计模型可靠性高,与原始风向风速分布相关性极强;利用联合分布模型,结合根据条件概率推导得到的二维风向风速伪随机数生成算法,对芝罘岛地区100年的风况进行了蒙特卡洛模拟,从中筛选各季节、方位年极值风速数据,结合收集到的该地区1981—1992年极值风速观测数据进行比较,结果显示模拟数据可较好的反映各方位极值风速的变化;进一步利用模拟的年极值数据,对芝罘岛地区各季节,不同方位的10、20及50年风速重现值进行了预测。     

欧洲北海海域波高区间分布概率研究

为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况,从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据,确定典型计算工况的发生概率;同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数据缺失导致大波高分布概率偏小的问题,利用三参数Weibull分布确定不同重现期下的极值风速,作为典型计算工况的补充。以不同风速、风向的定常风场为输入项,利用第三代海浪数值模型SWAN模型,对北海全区域波高进行数值模拟。将数值模拟的稳态形式依照各工况的发生概率进行归一化累加处理,认为其结果可以表征全区域的波高概率分布情况。以波高概率分布的计算结果为依据,分析北海海域波浪环境的统计学特征,发现有效波高为7 m以上的大波高频发区在北海北部区域有大范围分布;有效波高4～5 m为北海东北区域的多发海况,极端海况下的有效波高主要分布于7～14 m区间,在地形突变区域的波高发生显著变化。     

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。     

中国东南沿海区域台风数值模拟与危险性分析

通过网格定点法对我国东南沿海区域性台风危险性进行了分析。利用对各网格点有影响的历史台风数据,建立了各网格点的台风关键参数的最优概率模型。利用Monte-Carlo方法产生每个网格点1000年间的虚拟台风事件。采用YanMeng(YM)风场模型模拟了100个历史台风的最大风速,通过使这些最大风速与观测的最大风速误差和最小,建立了一组新的计算最大风半径Rmax和Holland气压参数B的公式,结果表明新的台风参数计算方案效果良好。利用新的参数计算方案、YM风场模型、特定地点的台风衰减模型以及合适的极值分布模型,预测了各个网格点不同重现期的极值风速,进而绘制了台风多发区域的设计风速图。最后研究了不同B模型、Rmax模型和极值分布模型对预测的极值风速的影响。可以为结构抗风设计和台风防灾减灾提供新的参考。     

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。     

一个基于TOPEX卫星极端海面风速预测的海洋地理信息系统

在基于 TOPEX卫星数据建立全球极端海面风速预测模型的基础上 ,开发出用于极端海面风速预测和可视化预测结果的海洋地理信息系统 (MGIS)。并论述全球极端海面风速预测的意义和 MGIS在预测过程中的重要性及必要性 ;给出全球极端海面风速预测的统计模型 ;简述极端海面风速预测海洋地理信息系统的结构、工作流程和功能 ;同时 ,对系统的预测结果进行初步分析     

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...     

浙江近海热带气旋极值风速统计及重现期分析

极值风速重现期不仅是海岸工程设计的重要参考项,也是海洋预报部门发布预报、预警的重要依据。因此,本文通过统计分析1949-2015年之间经过浙江近海的热带气旋过程中的风速极值,采用P-III分布和Gumbel分布求矩适线法对其进行重现期的计算。由最小二乘法准则可知,P-III分布求矩适线法的拟合曲线优于Gumbel分布求矩适线法的拟合曲线,能够很好地拟合实测数据序列。比较P-III分布和Gumbel分布的计算结果可知,P-III分布计算结果更符合实测数据,且其计算的百年一遇极值风速设计值为92.26m/s。此外,文中还对计算方法进行了Matlab编程设计,以自适应的过程选取与数据序列拟合最好的曲线,不仅在计算方法上,而且在操作方式上,都较传统适线法更具有客观性和有效性。     

耿贝尔逻辑模型在极值风速和有效波高联合概率分布中的应用

首先介绍了耿贝尔逻辑模型，采用该模型对南海海域的涠州岛海洋站的风速和有效波高实测数据进行了分析，结果表明耿贝尔逻辑模型较好地描述了年极值风速和有效波高两随机变量的联合分布；采用得到的极值风浪联合概率分布推算了不同重现期的极值风速和波高，表明考虑风速和波高相关性对设计荷载的确定有显著影响。由于耿贝尔逻辑模型具有函数结构简单，参数估计方便，因此有望成为极值风速和波高联合分布的较理想概率模型。     

基于危险率分析的风浪联合重现期研究

采用二维逻辑冈贝尔分布,基于工程使用期和危险率,提出海洋工程结构设计过程中海洋环境要素(风速和波高)联合重现期的确定方法,并且以某海区资料为例,介绍基于危险率分析的风浪联合重现期分析过程.通过此例,在考虑工程使用期和危险率的基础上进行联合重现期的计算使海洋工程结构物设计过程中重现期的选取更加合理,安全性以及投资建造成本更加明确.     

基于模糊时间序列的华南台风登陆时最大风速极值预测模型

利用1995—2017年登陆华南地区的台风登陆时最大风速极值数据,构建基于模糊时间序列的台风登陆时最大风速极值预测模型,并将该模型与传统时间序列ARIMA模型作对比。其预测结果表明,模糊时间序列的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差分别为2. 621 m·s-1、0. 066和2. 727 m·s-1,预测的精确度明显高于传统时间序列ARIMA模型,同时也表明将模糊时间序列应用于登陆时最大风速极值的预测能够获得较理想的预测结果。     

海洋环境要素计算不确定性分析

海洋环境要素(如风、浪、流、周期等)极值参数的准确推算在海洋工程设计中具有重要意义。由于极值计算时存在的不确定性因素,导致不同模式、样本的组合会导致极值计算结果产生明显差异。使用南海长期波浪资料,对环境要素计算时存在的统计模型不确定性、取样不确定性和参数求解方法的不确定性等进行了系统的研究和比较,最终对极值理论总体不确定性进行了分析。结果表明,采用复合极值分布并扩大样本数量的方法,可有效减小极值预测的不确定性及海洋结构物设计阶段的风险。     

冰和直立结构相互作用的静冰力可靠性分析

我国渤海每年约有3个月的结冰期,冰与海洋结构的相互作用远较波浪为甚,因此有必要进行冰与海洋结构相互作用的可靠性分析.首先,采用热力学的方法根据每年实测的环境参数对海冰平整冰厚进行数值模拟计算,然后根据计算结果对不同重现期的极值冰厚采用极值统计法给出了极值分布,并与其他文献作比较.其次,以应变速率为海冰强度的主要影响参数,给出了海冰强度的概率分布.最后,以Schwarz公式为静冰力计算公式,结合得到的冰厚和冰强度的概率分布,采用映射变换法进行不同重现期静冰力的可靠度分析计算,并用蒙特卡罗重点抽样法进行模拟.     

基于现场实测数据的半潜式平台运动响应分析和极值预测研究

浮式平台承受风浪流等多种海洋环境载荷作用,呈现出复杂的运动学响应状态.通过对"南海挑战号"半潜式平台的实测六自由度响应数据进行分析,采用广义极值分布建立六自由度响应的概率密度和分布模型,并通过K-S(Kolmogorov-Smirnov)检验验证了分布模型的合理性,进而开展了对该平台多年一遇重现期的六自由度响应极值预测研究.通过与平台的初始设计指标进行对比,发现平台的横荡、纵荡等五个自由度表现良好,而垂荡的响应极值超出设计指标,在现场作业中应予以注意研究成果对平台的安全作业具有辅助指导意义,可将预测结果作为极端恶劣海况下,人员提前撤离的辅助决策支持.通过更新平台的监测数据进行极值分析和预测研究可评估平台的性能变化行为.     

自升式平台的非线性随机波浪载荷响应

本文对受随机波浪载荷的自升式平台结构非线性随机响应,在时域内作了动态分析。分析中考虑了平台桩腿与海底间的相互作用,用随机模拟的方法产生随机波浪外载荷,并考虑了Morison 力中的非线性,在时域内采用 FFT 法进行了动态响应计算。给出了自升式平台 Dyvi-Gama 在随机波浪载荷作用下的非线性随机响应的极值响应结果,并对所得极值作了若干随机分布分析,指出在所分析的结构响应中考虑非线性因素的情况下,几种分布中,唯有冈贝尔(Gumbel)分布较好地描述了其极值分布特征。     

焊接节点低温疲劳试验与低温主S-N曲线的构建

为了拓展主S-N曲线法,使之更好地适用于低温、极地环境下船舶与海洋工程结构物的疲劳评估,进行了EH36材料T型焊接接头的低温疲劳性能试验,收集了国内外多个焊接节点低温疲劳数据,建立了疲劳试验试件的有限元模型,运用等效结构应力法,计算焊接节点的等效结构应力,构建低温环境下焊接节点的主S-N曲线。使用该曲线,预测低温疲劳试验的寿命,并与疲劳试验结果、常温主S-N曲线、常温中值D曲线的预测结果进行了比较,结果表明,所提低温主S-N曲线预测方法具有较高精度,可用于低温环境下船舶与海洋结构物疲劳寿命的预测。     

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。     

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值)，并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格，以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1 000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1 000年的热带气旋事件集，采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速，构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速，并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果，而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低，这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。     

广东沿海的极值风速概率分布研究

简要论述了当前广泛使用的极值理论和极值分布理论3个概率分布模型——标准耿贝尔(SG)分布、广义极值(GEV)分布和广义帕累托分布(GPD).应用模型推算广东沿海9个站点的极值风速,对比分析结果表明:(1)3个模型都是推算极值风速的合适模型,但GPD模型可更充分地利用实际观测站点数据,风速拟合的PPCC和RMSE指标确定GPD是更优的概率模型; (2)选取的超阚值风速样本服从GPD-Ⅱ型分布,偏向于给出比SG模型和GEV模型更大的极值风速估计值; (3)从工程安全考虑,尤其在观测数据较少情况下推算工程设计风速可优先选用GPD模型.