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。     

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。     

T年重现期波高的最大熵估计

本文在最大熵原则的基础上,通过解一条件变分问题,导出一种由观测数据估计T年（常用的有50a或100a）重现期波高的新方法.本文导出的概率密度函数为f4（H）=αH^γe^-βH4,式中参量α、β、γ可以由年极值波高H的1～4阶分布矩（Hm^-,m=1,2,3,4）显式地表示出来.其具有如下的优越性：（1）参量中包含了H的3阶和4阶分布矩,适用于描述不确定性很大的海浪的重现期波高;（2）符合最大熵原则,即其信息熵最大,从而特别适用于重现期波高的估计;（3）形式简单且其参量容易由已知观测数据确定,便于理论和实际应用.作者对两个水文观测站的实测数据,分别使用该方法,及一些现有常用的方法计算其50、100a重现期波高.比较计算结果表明该方法非常接近于皮尔逊-Ⅲ方法和龚贝尔方法的结果.     

波高的长期极值统计分布

通过对国内外常用的４种极值波高分布模式的拟合与比较,得到了以下结论：（１）由于地区差异,港口工程技术规范给出的一单一模式并非具有普遍性,对同一工程应该采用多种理论分布进行计算比较,从中选择最佳模式。（２）应用麦奎尔特法拟合Ｗｅｉｂｕｌｌ分布实现了对未知参数的一举寻优,解的收敛速度快,结果稳定且精度高。同时对其它几种分布实现了资料的微机化处理;（３）本文算例用４种极值分布对不同重视值波高进行了比较,     

广西沿海年极值波高分析

经分析发现广西沿海极值波高不符合用的P－Ⅲ型分布，并分析了其符合的分布函数，结果表明对Weibull分布符合最好，为解决Weibull分布参数难于确定的问题，引入了共轭梯度法计算其参数，最终计算了多年一遇极值波高。     

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.     

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.     

海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响

基于中国沿海10个验潮站资料,利用皮尔森Ⅲ型(P-Ⅲ)模型探讨了典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP)情景下21世纪海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响。结果表明:海平面上升将显著缩短极值水位的重现期。在RCP8.5情景下极值水位的重现期缩短最为显著。预估到2050年,在RCP8.5情景下,所研究的中国沿海地区潮位站的百年一遇极值水位将变为9~43 a一遇。到2100年,在RCP8.5情景下,百年一遇极值水位变为1~18 a一遇。当前极值水位的低概率事件将在2100年变得普遍,在RCP8.5情景下,到2100年千年一遇的几乎每两百年发生一次。由于极值水位的重现期会随着气候变化而缩短,未来沿海地区将会面临更严峻的风险与挑战。     

涠洲岛海域风侯和波侯特征分析

根据涠洲海洋监测站多年风和波浪实时观测资料,分析得出:涠洲岛海域累年强风向为N和NNE,其平均风速分别为5.9 m/s和5.3 m/s;常风向为NNE和ENE,其频率分别为18.2％和12.4％;夏季(6-8月)月平均风速最大,春季(3-5月)月平均风速最小.涠洲岛海域累年强浪向为SSW,其波高(H1/10)平均值为0...     

不同气候情景下中国滨海城市海岸极值水位重现期预估

气候变化背景下,海平面上升叠加台风—风暴潮、天文大潮等产生的海岸极值水位事件趋多增强,对我国滨海城市社会经济可持发展构成了严重威胁。为认识未来我国滨海城市海岸极值水位危害性（强度和频率）的变化,本文首先采用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）数据,分析了不同气候情景下（RCP2.6, 4.5, 8.5,简称为RCPs）下,未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国滨海城市沿岸海平面变化幅度;其次,基于沿海验潮站的历史观测资料和文献数据,分析了未来热带气旋强度变化对海岸极值水位的影响;最后,利用皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ）水文概率曲线方法,预估了不同气候（RCPs）情景下未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国9个滨海城市海岸极值水位重现期的变化。结果表明：（1）在不同气候情景下,我国滨海城市沿海平均海平面均呈现上升趋势,其中,到21世纪末,长三角地区沿海海平面上升幅度最大,上升速度比全国平均高出约30%;（2）热带气旋的强度与台风—风暴潮的增水幅度存在正相关关系。预计到21世纪末,热带气旋的整体强度很可能将增强,热带气旋引发的台风—风暴潮的增水幅度较当前很可能有明显提高。（3）未来我国滨海城市沿海极值水位将有显著增高的趋势,当前极值水位的重现期将明显缩短。到21世纪末,我国滨海城市当前百年一遇的极值水位,重现期几乎都将缩短至20年一遇以下,其中,大连、青岛、上海和厦门等城市海岸极值水位重现期很可能缩短为（或低于）1年一遇。本文虽在一定程度上反映了不同气候情景下海岸洪水危害性的变化,但对于未来热带气旋的变化及其影响的研究尚有待进一步深入。     

青岛近岸波高的统计分析

根据小麦岛海洋站１９６０－１９９４年共３５ａ的测波资料及其它相关资料,在资料整理的基础上对青岛近岸波高的基本特征,波高与天气形势及波高的长期极值作了统计分析。     

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...     

TOPEX卫星高度计有效波高数据分析与极值统计预报

利用 TOPEX卫星高度计测量的有效波高资料 ,对中国近海 9个海域进行卫星高度计的 C,Ku两波段测量值的比较分析与处理 ,得出合理的有效波高数值。利用三参数 Weibull分布 ,以渤海海域、上海附近海域和南海东部海域作为特定区进行有效波高的极值统计预报 ,并进行了统计分析     

利用正态分布计算年最大波高

本文提出用正态分布计算年最大波高,这种方法与当前使用的计算方法主要不同是,它具有较完善的子样检验方法,并且在一定的概率下计算出年最大波高。     

渤海重现期波高的数值计算

利用RAMS大气模式给出的20年风场资料,利用SWAN近海波浪模式对渤海海域的波浪进行了20 a数值计算.通过与一般过程和大风过程的实测资料的对比后发现.波浪模拟值与实潮值符合地较好,SWAN模式适合渤海海域波浪的计算。通过分析发现.辽东湾常浪向为SSW。强浪向为SSW;渤海中部常浪向为S,强浪向为NE;渤海海峡常浪向为NNW,强浪向为NNW;莱州湾常浪向为S,强浪向为NNE;渤海湾常浪向为S.强浪向为NE。渤中偏东南海域(38°～39°N,119.5°～120.5°E)多年一遇有效波高最大.其中百年一遇有效波高最大值达到6.7m。     

“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。     

TOPEX卫星高度计有效波高数据分析与极值统计预报

利用TOPEX卫生高度计测量的有效波高资料，对中国近海9个海域进行了卫星主度计的C，Ku两波段测量值的比较分析与处理,出合理的有效波高数值。利用三参数Weibull分布，以渤海海域、上海附近海域和南海东部海域的作为特定区进行有效波高的极值统计预报，并进行了统计分析。     

用短期测波资料分析重现期波高的改进

一、前言 波浪观测是海港工程水文勘察的重要项目之一。整理分析波浪资料,求出设计波浪,这是波浪观测的目的。目前求出设计波浪的途径有三: 1.有长期波浪观测资料（15年以上）,可从实测资料中,按某一种分析方法抽样,组成系列进行分析: 2.没有长期波浪观测资料,可利用长期风速资料或历史天气图进行计算分析; 3.利用短期波浪观测资料（1～3年）进行分析。