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...     

基于广义极值分布的设计波高推算

简介了广义极值分布函数及其3种参数估计方法,包括极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)估计的计算方法。使用广义极值分布函数推算了北部湾涠洲岛海域3个波向的年波高极值序列设计波高,并与Weibull分布、Gumbel分布和皮尔逊Ⅲ型分布的推算结果加以对比。分析表明,涠洲岛海域极值波高服从于广义极值Ⅲ型分布,拟合优度检验结果表明广义极值分布能更好地拟合极值波高;MPS方法是一种优良的参数估计法,推算的设计波高可作为海岸环境工程设计的首要参考值。     

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。     

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。     

基于模拟退火的改进型混合差分演化算法及其在设计波浪要素推算中的应用

将模拟退火算法与改进的差分演化算法相结合,提出了一种新的混合差分演化算法.通过对标准测试函数优化求解的数值实验,表明该算法的收敛速度和稳健性确有提高,并发现校正变异和校正选择操作的引入相比模拟退火思想更能有效的改进算法的收敛速度和稳健性.以P-Ⅲ型分布为例,分析了设计波浪要素推算的主要问题,以及该算法在设计波浪要素推算中的应用方法,并通过理想样本实验证明了其精确性.最后给出了在成山头海域多年一遇极值波高推算中的应用实例,并与矩法适线结果进行了比较。     

确定海上极值波高的一种方法

本文介绍了海上极值波高设计值的确定方法,在数学原理上,该方法主要是通过波高的理论分布,或者由实测资料得出的波高经验概率分布,推求海上极值波高的众值和具有一定保证率的设计值。对于实测波高经验分布的模拟,本文采用F(x)=1-exp[-αx~bexp(-cx~d)]形式的拟合函数,并用非线性最小二乘法原理确定拟合函数中的非线性参数。实践证明,本方法计算简便,效果良好,可供实际工程设计时使用。     

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.     

山东沿海台风浪数值模拟与统计分析

为了得到山东沿海台风浪的重现期波高分布场,以Jelesnianski-Ⅱ模型构建的风场作为模式驱动,利用SWAN模式建立了山东及其附近海域的台风浪数值模型。通过对典型台风过程"麦莎"和"梅花"的数值计算,将模拟的有效波高与观测数据作了对比分析,验证了模型在计算海域的适用性;基于建立的模型,对1960-2012年期间发生于山东沿海的50场台风进行模拟。选取计算海域10个点的模拟所得波高序列,寻求复合极值分布拟合最优的分布型式,根据所得分布进行重现期波高的统计分析;最终绘制计算海域50年一遇和100年一遇的台风浪波高分布图,为山东沿海的防灾减灾和海洋结构设计提供参考依据。     

基于广义Pareto分布的波高极值序列频率分析

应用广义Pareto分布(GPD)分析超阈值波高序列的设计值。以位于美国北卡罗来纳州的FRF历时32年连续测量的逐日波高序列为例,检验了不同波高阈值样本的泊松分布,采用多种方法综合确定最佳阈值的拟合优度指标。对最优广义Pareto分布和GEV分布及P-Ⅲ分布推算的波高重现水平做了对比分析。得到以下结论:(1)波高的GPD属于短尾型分布;(2)拟合优度指标表明构建的波高GPD模型普遍优于GEV和P-Ⅲ型;(3)GPD的参数估计方法对设计波高的计算结果有较大影响。     

极值波高Weibull分布的参数估计方法对比分析

介绍了三参数威布尔分布及其4种参数估计方法：极大似然估计法、相关系数优化法、灰色估计法和概率权重矩法。利用蒙特卡罗法对以上参数估计方法进行不同样本尺度的模拟,通过偏差、标准差和均方误差对比分析各种方法的特点、精度和适用性。运用上述方法结合涠洲站34a实测年极值波高,推算涠洲岛的设计波高,从相关系数、均方根误差和Q统计值分析各种方法的差异及优劣性。结果表明,小样本情况下各估计法的差别较大,而大样本时差别较小,极大似然估计法能较好拟合各种大小的样本,相关系数优化法次之;选取合适的经验频率会提高参数估计精度;各种参数估计方法计算而得的设计波高相差不大,其中极大似然估计法的精度最高     

利用卫星高度计资料进行多年一遇极值波高推算的方法研究

根据卫星高度计资料的特点 ,在对 3个海洋站的海浪极值推算中引用发展了尾部分布增强法 (Tail Distribution Method) ,并且与 3个海洋站实测资料推算结果相比较 ,结果良好。以此为基础对西北太平洋进行多年一遇极值推算 ,其多年一遇的极值分布与风场的分布是一致的 ,主要呈纬向带状分布特征 :从 35°N～ 55°N,1 4 5°E～ 1 80°E的长方形海域 ,长时间受到季风的作用并且海域开阔 ,所以它的百年一遇波高可以达到 1 3m以上 ;而在赤道无风带控制下的海域 ,它的百年一遇波高一般为 7m左右。     

北印度洋海浪背景误差分析和同化预报初步评估

基于背景误差分析中的观测法,利用Jason-1卫星高度计沿轨有效波高数据并结合Wave Watch Ⅲ海浪模式预报结果,进行北印度洋海域海浪背景误差分析,得到海浪场背景误差方差和各向同性假设下背景误差相关长度的时空分布特征。按经验函数拟合该海域有效波高背景误差协方差时总残差平方和最小的原则给出了更为适用于该海域的描述公式。在上述工作基础上,采用最优插值同化方法将Jason-1和Jason-2卫星高度计有效波高数据连续同化到海浪模式Wave Watch Ⅲ,按业务化标准对2013年1月北印度洋海域的海浪场进行了同化预报试验,经浮标数据检验发现同化可使海浪24 h预报得到明显改进。     

极值分布的推算方法及其在黄河口海区的应用

本文介绍了以两种不同类型的样本求取多年一遇极值的推算方法。第一种类型是用长期资料的年极值为样本,分别依耿贝尔极值分市(矩法估算参数和最小二乘法估算参数)、第一极值分布、皮尔逊Ⅲ型分布,推算了多年一遇的风暴增水和水位;对所有这些分布的推算结果,用柯尔莫哥洛夫方法进行了测适度检验,给出了95%的可信度。第二种类型用短期连续资料力样本,以三个月的实测水位资料用Weibull分布推算了不同重现期的水位。用两种类型推算的结果是相同的。     

杭州湾海域50年一遇波浪数值模拟研究

杭州湾外围海域岛礁众多,波浪传播机制复杂。为了了解该海域的波浪分布特征,采用MIKE 21 SW模块建立了杭州湾海域波浪数值模型,利用实测波浪资料对模型进行了验证,结果表明该模型适用于模拟杭州湾海域的波浪传播。利用1970—2002年嵊山海洋站实测极值波浪资料推算50年一遇波浪要素,将其作为模型边界条件,对杭州湾海域50年一遇的设计波浪进行了模拟,并对该海域的波浪传播特征进行了分析。结果表明,杭州湾内波高较之外海明显减小,外围众多岛礁起到了很好的遮挡保护作用。     

海洋工程设计风速与波高的联合分布

选取我国渤海某处21a的风暴过程后报资料,考虑风暴发生频次的影响,提出泊松二维逻辑分布,并且将其用于海洋石油工程设计中极值风速与波高的联合概率计算,给出了计算海域的风浪设计参数,并与传统的设计标准进行了比较.计算结果表明,新的统计模式适用于受风暴影响海区的海洋工程结构设计,特别是边际油田的开发建设.     

年极值波高的分布特点及其频率曲线的选配

对海岸工程或海洋工程结构物必须考虑防御波浪的能力,因为它关系到工程的安全和造价.为了防止最大波浪的破坏,就要给出某一重现期的单个极值波浪.重现期波高的推算,许多学者做过探讨.尽管讨论的方法不同,但一致的观点是选取拟合资料最好的分布函数.     

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程（包括台风、寒潮和温带气旋）,模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。     

北礵岛附近海域夏季海浪波高-周期分布特征

利用2016年夏季(6—8月)北礵岛附近海域的实测波浪数据,统计分析该海域海浪的波高特征值,探讨各特征波高与平均波高及有效波高之间的关系,找出较适用于该海域的波高分布、周期分布以及波高和周期的联合分布。结果表明:该海域有效波高的平均值为0.73 m,最大值为2.96 m,平均周期的平均值为4.50 s;各特征波高与平均波高及有效波高的比值普遍小于Rayleigh分布理论值;采用双参数Weibull分布,利用最小二乘法拟合出的波高分布和周期分布较适用于该海域。根据实测波高和周期联合分布结果,与已有的波高和周期理论分布进行对比,发现Longuet-Higgins改进分布和孙孚分布较适用于该海域的波高和周期联合分布特征。     

波高与风速联合概率分布研究

基于copula函数论述了两变量的联合概率分布方法.此方法的主要优点是边缘分布可由不同的分布函数构成,变量间可具相关性.以粤东汕尾海域极值波高与相应风速为研究实例,经分析获得以下结果:(1)优选的极值波高和风速可分别由P-Ⅲ型和GEV 分布表示:(2)拟合优度检验指标表明二者的最优连接函数为Archimedean co...     

基于Copula函数的波高与周期长期联合分布

基于二元copula函数构建波高与相应波周期的长期联合分布。以粤东汕尾海域最大波高与相应平均周期为研究实例,经分析获得以下结果:(1)经拟合优度检验优选的年最大波高与相应周期的边缘分布分别为皮尔逊三型分布和广义极值分布,二者之间的较优连接函数为Archimedean类的Gumbel-Hougaard copula函数;(2)同频率条件下年最大波高和相应周期联合概率分布的设计要素值高于单变量的设计值,其中波高设计值的差异略大于周期设计值;(3)同现重现期和联合重现期的设计值可作为海岸海洋工程建设中的设计波高和相应周期的上限和下限;(4)条件概率1表明,同频率下的年最大波高和相应周期的遭遇概率很高,其组合概率可作为工程建筑物损毁风险率。