基于Copula函数的联合概率法在海洋工程中的应用

本文介绍了Copula函数的定义、属性和几种特殊的Copula函数.将Copula函数应用到近海工程中,用其建立了最大有效波高和最大风速的联合分布函数并检验,结果表明:Copula函数能够比较好的模拟实际的联合概率分布。通过Copula方法,可以由边缘分布和一个连接它们的Copula函数来得出联合分布函数,发挥其描述相关性尤其是尾部相关性的优势。该方法在近海工程的工程可靠度、设计标准和失效概率的计算中具有广泛的应用前景。     

海浪灾害对贻贝脱落率的影响

海洋灾害造成贝类养殖损失的价值评估是海洋科学与水产科学交叉产生的新科学命题,同时也是渔业经济学与保险价值核算的难题.本文从海浪导致贻贝脱落致灾的角度展开研究,采用第三代海浪模型SWAN,以嵊泗海域作为研究区,通过P-Ⅲ曲线拟合、波高重现期分析,定量研究了台风期间贻贝脱落率与有效波高之间的相关性.研究表明,当有效波高达到...     

SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响

本文以荷兰哈灵水道海域为实验区域,通过敏感性实验,研究了在14 m/s、31.5 m/s和50 m/s（分别代表一般大风、强热带风暴和强台风的极端条件）定常风速下SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响程度。结果表明,对于近岸浅水区域（水深小于20 m）,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响较小,而且当风速增加到一定程度后,波浪破碎成为影响波高值的主要因素;对于深水区域（水深大于30 m）,一般大风条件下风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响仍然较小,随着风速的继续增大,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高的影响逐渐显著。对于平均周期,风拖曳力系数计算方案的选择和风速的改变对其影响均较小,而由水深变浅导致的波浪破碎对其影响较为显著。根据敏感性实验结果,本文对SWAN模型中风拖曳力系数计算方案的选择做出如下建议:计算近岸浅水区域风浪场或深水区域一般大风条件风浪场时,其风拖曳力系数可以直接采用模型默认选项;而对于深水区域更大风速条件,可首先采用模型默认选项试算,然后结合当地海域实测波浪资料进行修正。     

基于WW3的南海北部有效波高时空变化及其极值重现期估算方法分析

本文基于第3代海浪模式WAVEWATCH III （WW3）模拟的1996–2015年海浪后报数据,分析了南海北部有效波高及其极值的时空变化特征,并采用Pearson-III和Gumbel两种极值分布方法对该区极值波高重现期进行了估算。结果表明,南海北部有效波高的季节变化和空间分布与季风风场基本一致,呈现秋冬高春夏低,并自吕宋海峡西侧向西南降低的特征,与ERA5再分析数据结果高度相似。有效波高极值（简称极值波高）的时空分布特征受时间分辨率强烈影响,采用极值数据的分辨率越高（如逐小时）,所展现的台风型波浪特征越显著。扣除季节变化信号后的有效波高和年极值波高均体现出较强的线性增高趋势,近20年升高的比例分别为7.7%和31.6%,值得警惕和关注。该区多年一遇极值波高存在若干个大值区,且与台风的路径、强度有直接联系,表明台风是引发该区域极端大浪的最主要机制。对比Pearson-III和Gumbel极值分布估算结果发现：若极值波高较低,频率随极值波高升高缓慢降低,此时两种极值分布的估算都比较准确,差异极小,可忽略不计;但当研究时间范围内,某年极值波高远超其他年份时,Pearson-III极值分布估算结果明显高于Gumbel极值分布估算结果,且更接近实际极值波高,即Pearson-III极值分布在此情况下表现更好。本研究表明对于特定海区,在出现超强台风引发极值波高远超出其他年份时,不同计算方法对极值波高的估算差异较大,会显著影响重现期的评估。此外,南海北部年极值波高的强烈增高趋势,也可能给计算未来极值波高重现期和海上工程防护带来不可忽视的影响。     

广义帕雷托分布在波浪极值推算中的应用

以CCMP风场(1988年1月~2010年12月)为驱动,本文采用第三代海浪数值模式SWAN对中国海海区进行风浪场的数值模拟,并利用浮标资料对驱动风场和计算有效波高进行验证。根据模拟的结果分别采用广义帕雷托分布(GPD)和常用的广义极值分布(GEV)拟合累积频率曲线并进行效果检验,进而分析和比较2种分布的优缺点,并运用广义帕雷托分布(GPD)模型进行重现期波要素的推算,分析GPD模型的应用前景。     

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。     

东中国海海浪数值模式的研究

为建立适应东中国海的海浪数值模式，主要基于目前广泛使用的WAVEWATCHⅡⅠ海浪数值模式进行东中国海海域的海浪数值模拟。以NCEP和NCEP与QSCAT的混合风场资料为输入，模拟了两个时间段的东中国海海域的海面风浪场。选取的两个有实测资料的输出点分别在渤海和东海。从所得结果来看，使用NCEP与QSCAT混合风场模拟的东海观测点处的波高和风场的观测值和模拟值符合的较好；利用1998年相应时间段的NCEP风场模拟的上述两点结果与实测比较也是可以接受的。研究结果说明，在目前情况下，运用NCEP与QSCAT混合风场建立统一的东中国海海浪数值预报模式是可行的，同时为东中国海波气候学研究及海洋大气耦合作用研究奠定了模式基础。     

GEOSAT高度计遥感分析南海北部的海浪特征

卫星高度计可获取有关海面波浪和粗糙度的信息,可给出较高精度的海浪有效波高值.本文以1988年GEOSAT卫星高度计资料为依据,研究分析了南海北部海域的有效波高特征,并与常规断面调查所得结论作了比较分析.结果表明,GEOSAT高度计研究区域波浪特征与常规手段所得结论基本一致,但对大风浪海况的研究,卫星高度计资料具有明显的优势.     

Morse-3型S波段测波雷达比对试验结果分析

为了评价Morse-3型S波段测波雷达试验数据的有效性和实际观测效果,在遮浪岛附近以MKⅢ型波浪骑士浮标作为比对仪器进行试验.比对结果显示,所有参数的测量结果均略高于比对仪器的测量结果,且两者的相关性较好,平均波高和对应波周期测量结果最好.波高数据相关系数为0.936,误差介于(-0.1～0.1)m和(-0.2～0.2)m的概率分别为58.59％和99.38％;波周期误差介于(-1.5～1.5)s的概率为64.18％,误差标准偏差为0.50 s.     

Estimation of Design Wave Heights for Coastal Sea Areas

Based on historical wind fields in the Bohai Sea,a sequence of annual extremal wave heightsis produced with numerical wave models for deep-water and shallow water.The design wave heights withdifferent return periods for the nearest deep-water point and for the shallow water point are estimated onthe basis of P-Ⅲ type,Weibull distribution,and Gumbel distribution;and the corresponding values for theshallow water point are also estimated based on the HISWA model with the input of design wave heightsfor the nearest deep-water point.Comparisons between design wave heights for the shallow water point es-timated on the basis of both distribution functions are HISWA model show that the results from differentdistribution functions scatter considerably,and influenced strongly by return periods;however,the resultsfrom the HISWA model are convergent,that is,the influence of the design wave heights estimated with dif-ferent distribution functions for deep water is weakened,and the estimated values decrease for long     

Long-term variation of storm surge-associated waves in the Bohai Sea

When investigating the long-term variation of wave characteristics as associated with storm surges in the Bohai Sea,the Simulating Waves Nearshore(SWAN)model and Advanced CIRCulation(ADCIRC)model were coupled to simulate 32 storm surges between 1985 and 2014.This simulation was validated by reproducing three actual wave processes,showing that the simulated significant wave height(SWH)and mean wave period agreed well with the actual measurements.In addition,the long-term variations in SWH,pattems in SWH extremes along the Bohai Sea coast,the 100-year retum period SWH extreme distribution,and waves conditional probability distribution were calculated and analyzed.We find that the trend of SWH extremes in most of the coastal stations was negative,among which the largest trend was-0.03 m/a in the western part of Liaodong Bay.From the 100-year return period of the SWH distribution calculated in the Gumbel method,we find that the SWH extremes associated with storm surges decreased gradually from the center of the Bohai Sea to the coast.In addition,the joint probability of wave and surge for the entire Bohai Sea in 100-year return period was determined by the Gumbel logistic method.We therefore,assuming a minimum surge of one meter across the entire Bohai Sea,obtained the spatial SWH distribution.The conclusions of this study are significant for offshore and coastal engineering design.     

琼州海峡内潮流场对冬季风浪场影响的数值研究

利用COAWST数值模式就琼州海峡内潮流场对冬季风浪场的影响进行了研究。经实测数据验证,模型可较好的刻画海峡内的强潮流场。选定东、西向最大潮流时刻为典型案例分别就水位场及潮流场对波浪场的作用展开探讨。在琼州海峡东口处,西向最大潮流时刻下的正水位场增加了承载波浪运动的有效水深,有利于波浪能量的西向传播,进而使得当地有效波高增加。东、西向最大潮流均有利于琼州海峡东口处有效波高的增大,但前者主要通过流致辐聚效应实现,而后者主要经由流致波数位移生效。通过流致折射作用,东向（西向）最大潮流可在海峡中轴线以北的海区引起谱峰波向的逆时针（顺时针）旋转,而在以南的海区触发顺时针（逆时针）旋转。     

A 10-year wave energy resource assessment and trends of Indonesia based on satellite observations

Wave energy resource assessment and trends around Indonesian's ocean has been carried out by means of analyzing satellite observations. Wave energy flux or wave power can be approximated using parameterized sea states derived from satellite data. Unfortunately, only some surface parameters can be measured from remote sensing satellites, for example for ocean surface waves: significant wave height. Others, like peak wave period and energy period are not available, but can instead be estimated using empirical models. The results have been assessed by meteorological season. The assessment shows clearly where and when the wave power resource is promising around Indonesian's ocean. The most striking result was found from June to August, in which about 30–40 kW/m(the 90 th percentile: 40–60 kW/m, the 99th percentile: 50–70 kW/m) wave power energy on average has been found around south of the Java Island. The significant trends of wave energy at the 95% level have also been studied and it is found that the trends only occurred for the extreme cases, which is the 99th percentile(i.e.,highest 1%). Wave power energy could increase up to 150 W/m per year. The significant wave heights and wave power have been compared with the results obtained from global wave model hindcast carried out by wave model WAVEWATCH III. The comparisons indicated excellent agreements.     

A maximum-entropy compound distribution model for extreme wave heights of typhoon-affected sea areas

A new compound distribution model for extreme wave heights of typhoon-affected sea areas is proposed on the basis of the maximum-entropy principle.The new model is formed by nesting a discrete distribution in a continuous one,having eight parameters which can be determined in terms of observed data of typhoon occurrence-frequency and extreme wave heights by numerically solving two sets of equations derived in this paper.The model is examined by using it to predict the N-year return-period wave height at two hydrology stations in the Yellow Sea,and the predicted results are compared with those predicted by use of some other compound distribution models.Examinations and comparisons show that the model has some advantages for predicting the N-year return-period wave height in typhoon-affected sea areas.     

元洪港设计波高参数的推算和分析

根据福建元洪港无长期海浪和风观测资料及该水域的多岛礁地形的特征，以邻近的平潭海洋站３０ａ实测海浪资料，采用考虑底摩擦效应的浅水波浪折射数值模式进行港区设计波高计算，并与港工程规范算法相比较，得出码头，航道口门和航道中段的设计波高参数。     

黄海海浪季节变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式SWAN,研究了黄海海浪有效波高的季节变化特征及相关的物理过程。结果表明,在黄海的大部分区域,混合浪有效波高的最大值出现在冬季,而最小值则基本出现在夏季。北黄海北部和山东半岛南岸的近海海域呈现稍微不同的季节变化,有效波高的最大值出现在春季。全年4个季节中混合浪有效波高的空间分布基本一致:均在济州岛西南最大,沿黄海中部区域向北和由中部区域向近岸区域逐渐减小。黄海海浪为风浪占主,涌浪有效波高远小于风浪有效波高。在黄海的大部分区域,白冠耗散和四波非线性相互作用对黄海海浪的季节变化均至关重要;对于外海区域,四波非线性相互作用更为重要,而对于近海区域,白冠耗散则影响更大。本研究旨在研究黄海海浪的季节变化特征及其物理过程,为进一步探讨该海域海浪在其他时间尺度上的变异特征和动力学过程提供研究基础。     

基于核函数NPSSB模型的HY-2A卫星雷达高度计海况偏差研究

利用机器学习的方法,对14个周期HY-2A卫星高度计数据:风速、有效波高和海面高度差值进行训练,探究海况偏差和风速、有效波高之间的关系,创建海况偏差核函数非参数模型(NPSSB),并与参数模型中具有代表性的BM3、BM4模型进行对比。研究表明:(1)核函数NPSSB模型能够很好的反映SSB与U、SWH之间的关系,SSB与U呈二次函数关系,SSB与SWH呈反比例函数关系;(2)核函数NPSSB模型对SSB的模拟能力与训练数据集相关,数据量越多,模拟能力越好;(3)核函数NPSSB模型与BM3、BM4模型都存在0～-0.03 m的差值,随着风速和有效波高的增加,差值的绝对值越大。     

Stokes漂流对全球海表面温度模拟的影响

Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。     

波流耦合作用下渤海及北黄海风暴潮增水及海浪过程的数值模拟

本文基于三维波流耦合FVCOM-SWAVE数值模式,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加而成的合成风场作为外力驱动力,模拟了1818号"温比亚"台风引起北黄海及渤海海域风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程,进而分析该海域在"温比亚"台风作用下波浪对流速垂向分布的影响。研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了"温比亚"台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示"温比亚"期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。研究结果对台风灾害预报、防灾减灾及港口建筑选址具有一定的参考意义。     

中国近海及临近海域海浪的季节特征及其时间变化

利用1992年12月-2005年3月TOPEX卫星高度计资料,对中国近海波浪季节特征及其时间变化进行了分析。分析结果表明,冬季平均波高最大,台湾海峡、南海北部、中南半岛东南海域以及吕宋海峡外侧是冬季的大浪区;夏季平均波高最小;春、秋两季为过渡期。对冬季大浪所在区域波浪时间变化的研究表明,年变化是其主要时间变化特征,而季节内变化是该海区的另一重要特征,并且以5 a为周期的年际变化与ENSO事件有着很好的对应关系。