基于平均条件超越率和插值法的风速极值预测

船舶和海洋结构物长期服役在恶劣的海洋环境中,受到风、浪、流等各种随机载荷甚至极端载荷的作用,而极端载荷将造成不可逆的结构损伤,严重影响海上作业安全。确定船舶与海洋结构物所在海域的极端天气情况,包括重现期内的最大风速或最大浪高等成为结构设计的关键问题之一。基于平均条件超越率(Arerage Conditional Exceedance Rate,ACER)方法的基本原理,利用蒙特卡罗法产生多组随机风速载荷样本,建立基于极值分布规律的插值计算方法,利用平均超越率和极值的关系,对由蒙特卡罗法产生的模拟随机风速数据进行了重现期为25,50和100a的极值预测。本方法适用于包括非独立同分布在内的任何分布类型数据的极值预测,且通过对比验证了方法的预测精度。     

基于时间平均的海底沉积物声速预测

在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。     

基于时间平均的海底沉积物声速预测

在海底沉积物声速预测中,把不同海域的物理性质完全不同的沉积物试验数据拟合出一个统一的方程存在不足,不但数据过于离散,而且方程中参量的物理意义不明确。借鉴Wyllie等建立的时间平均方程的思路,基于声传播过程中路程、时间和声速之间的基本关系,引入了表征固液双相之间的堆垒方式和耦合状态对声传播路径影响的耦合系数,建立了沉积物声速预测模型。将鹿回头外海、南海南部和北部的沉积物测量数据进行线性回归分析,分别得出适用于不同海域的沉积物声速预测模型,拟合的复相关系数较大,偏差较小,证明该模型能够反映声速随孔隙度的变化规律,且各参数物理意义明确,具有一定的研究和理论探索意义。     

基于动态极值理论和Copula函数的极端海平面高度预测建模

全球气候变化背景下,海平面上升是一个潜在的重大风险,为防范气候灾害,应对极端气象海洋事件,需客观、定量地对未来极端海平面变化进行科学预测。为此,基于Copula函数和动态极值分析理论,综合考虑平均海平面变化(包括垂直陆地运动和基准的局地变化)与潮、涌、浪等其他气候变化的增水对极端海平面高度的影响,采用DREAM方法改进Bayes推断对动态极值模型的参数空间估计问题,提出一种新的模型对未来极端海平面高度变化进行预测,旨在改进传统模型存在的不确定性问题,并运用该模型对气候变化背景下厦门地区未来35年的海平面变化情景进行了模型应用和实验模拟。     

基于最优插值法的Argo数据网格化实验

利用最优插值数据同化方法对Argo资料进行了网格化实验,得到了与WOA05较为一致的结果,验证了最优插值法对Argo资料网格化的有效性,并为加快开发制作适用于海洋模式和数据分析的Argo网格化数据集打下了很好的基础。     

湛江周边区域台风风速的长期极值预测

对湛江附近海域1974年至2006年33年的热带气旋过程观测资料进行统计分析.考虑到热带气旋发生频次的影响,建立Poisson-Weibull复合极值分布,对影响湛江地区的台风风速进行长期极值预测,推算出湛江周边区域的多年一遇设计风速,并与传统设计方法进行比较.计算结果表明,复合极值统计模式计算结果较稳定,该方法适用于受热带气旋影响区域的极值风速的长期统计分析.     

台风灾害极值预测——模式和应用

台风灾害是影响中国2.5亿人民生命财产和经济发展的重大问题。鉴于现行台风防灾减灾领域存在的问题,提出了"多维复合极值分布"理论及相应的"双层嵌套多目标概率模式",并应用于美国卡特列娜飓风巨灾预测和验证、上海设防标准、杭州湾特大超高水位,三峡设计洪水的概率预测及风险分析,显示了新理论的科学性、先进性和实用性。     

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.     

黄河下游泥沙输沙率的预测

利用黄河利津站的精密水文泥沙测量结果对一些常用水流泥沙输沙率公式进行验证表明，Ｖａｎ Ｒｉｊｎ公式最适合于黄河泥沙输沙率的预测，对公式做部分校正则可以大大提高其预测能力。     

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。     

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。     

分形方法分析和预测月平均海面水温

本文用分段变维分形方法分析了西北太平洋３０°Ｎ、１２５°Ｅ坐标点处１９４９～１９７５年各年月平均海面水温资料，给出各年分形分布的平均分线数Ｄ．应用分形方法还给出了某些情况下适用的，根据任一点处１～８月月平均海面水温预测９～１２月月平均海面水温的方法．     

平移分形分析和预测月平均海面水温

本文给出平移分形的概念，即对某一区段内的数据点的ｒ坐标进行平移处理，使这些数据点位于双对数坐标上的一条直线上。应用平移分形分析了西北太平洋３０°Ｎ、１２５°Ｅ坐标点的月平均海面水温资料，并根据该点某年４－８月的月平均海面水温预测该点该年９－１２月的月平均海面水温。     

用Gumbel极值分布推算气候极值的方法

介绍了用Gumbel极值分布理论推算气候极值的矩法、Thomas曲线公式和最小二乘法。并计算多年一遇的年最高气温、年最大均风速、年最大日降雨量和年最大波高。指出,变率小的要素极值再现期短;变率大的要素极值再现期长;Thomas曲线公式的计算结果较其它两种方法接近历史实况,且计算简便。     

基于杨赤中插值法的坡度、坡向计算的实现与分析

应用杨赤中滤波推估法,将地形碎部点高程观测值看作一种包含规律性和随机性变化的复合变量,求其二项系数加权游动平均,建立估值数学模型,求得各格网点高程估值。将离散的数据经插值计算转换为DEM数据,并根据其网格顶点来分析、推算和显示网格单元的坡度和坡向。     

海洋工程中极值水位估计的一种条件分部联合概率方法

在海洋工程建设(如港口建设、沿岸工程和海上平台建筑等)中,必须对正常条件(即作业条件)和极端条件(即恶劣环境条件)下的海洋环境参数作出估计。对于海洋水位而言,如《港口工程规范》(以下简称《规范》)中的设计水位和乘潮水位等即属于前者,校核水位即属于后者。正常条件下的水位参数比较容易确定,因为这种条件下的观测数据比较容易获得,有比较丰富的已知资料。极值水位是指若干年内オ有可能出现的高水位或低水位,例如在《规范》中要求50年一遇的水位作为校核水位。所以如依靠直接观测,必须具备至少几十年的观测资料,这一要求只有在有长期验潮站的港口オ能达到。如资料系列不够长,则必须采用一定的方法对它们的数值作出估计。 在有相当长期观测资料的情况下,常常采用极值分布的方法,即每年取一个最高(或最低)水位,然后拟合某种理论或经验的分布曲线,从而得出不同重现期的极高(或极低)水位。这种方法所得结果比较可靠(但也不是没有问题,详见第五节),但对资料要求高，特别在新建港口或海上工程,常常不能采用。 在有数年观测资料的情况下,可以采用同步差比法(见《规范》)。当拟建港和主港潮汐性质和风暴潮特性相近,特别是两地距离较近时,这种方法常常能给出良好的结果,不失为一种有效的方法,但其应用受到一定的条件限制 近年来,国外提出了一种“联合概率法”(Pugh and Vassie,1978,1980)。这种方法把水位中的潮汐水位(这里指的是可用调和方法预报的潮位,其中也包括周期性的气象潮)和余水位(即实测水位减去预报水位)分开,分别求其分布,然后再用联合概率法回过来求合成水位的分布,从而得出极值水位高度。这种方法的优点是能够充分利用水位观测资料,因而可以在观测时间较短的情况下得出比传统方法更稳定的结果。在Pugh和Vassie所提出的方法中,潮汐和余水位被看作是互相独立的。这一假定在深水海区较接 近实际,但在某些浅海区则与实际有较大出入。例如Pugh和Vassie发现,对位于泰晤士河的绍森德港,由联合概率法按上述假定得出的百年一遇的高水位比由传统极值分布方法得出的数值大约高60cm;而传统方法的结果与49年期间观测到的最高水位较接近。Pugh和Vassie在后来的文章中对绍森徳港的问题作了专门处理,得出较合理的结果,但基本上是采用经验的方法,在一般实际中使用是困难的。 为了考虑潮汐和余水位的这种相关性,我们曾将联合概率法予以推广,提出了条件分布联合概率法(方国洪、王骥,1987)。这种方法不论潮汐和余水位是否相互独立均可应用,具有更强的适应性。本文根据该文的基本想法,选择了我国沿海资料较长,并具有较好代表性的10个长期验潮站共286年的潮汐逐时记录,进行了分析研究,对该文提出的方法作了修改和补充。     

基于随机集合的非传统型有效波极值模型

The analysis and design of offshore structures necessitates the consideration of wave loads. Realistic modeling of wave loads is particularly important to ensure reliable performance of these structures. Among the available methods for the modeling of the extreme significant wave height on a statistical basis, the peak over threshold method has attracted most attention. This method employs Poisson process to character- ize time-varying properties in the parameters of an extreme value distribution. In this paper, the peak over threshold method is reviewed and extended to account for subjectivity in the modeling. The freedom in selecting the threshold and the time span to separate extremes from the original time series data is incorpo- rated as imprecision in the model. This leads to an extension from random variables to random sets in the probabilistic model for the extreme significant wave height. The extended model is also applied to different periods of the sampled data to evaluate the significance of the climatic conditions on the uncertainties of the parameters.     

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。     

不同温度条件下褐菖鲉幼鱼的耗氧率和排氨率

利用静水密闭式呼吸仪,测定了不同温度(10、12、……、30℃)条件下褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)幼鱼耗氧率和排氨率变化.结果表明,温度对幼鱼耗氧率和排氨率均有显著影响(p0.05).温度10~30℃,幼鱼耗氧率、排氨率变化范围分别为0.02~0.30 mg/(g·h)和2.64~10.01μg/(g·h),温度26、16℃时耗氧率和排氨率分别上升至峰值,分别为最小值10℃组的15.00、3.79倍;温度(T)对幼鱼耗氧率R O[mg/(g·h)]和排氨率R N[μg/(g·h)]的影响可分别用多项式表示:R O=-2.00×10-5T4+1.50×10-3T3-3.69×10-2T2+0.397 8T-1.537 6,R2=0.988和R N=3.00×10-5T6-4.00×10-3T5+0.199 6T4-5.111 1T3+70.817T2-501.10T+141 5.80,R2=0.964;幼鱼的氨熵变化范围为0.02~0.19,其蛋白质供能比变化范围为5.64%~56.65%,平均蛋白质供能比为22.56%;各温度跨度代谢率Q10值均值为4.02,18~28℃代谢率Q10值为2.81±0.09与鱼类平均Q10值较接近;各温度跨度组排泄率Q10均值为0.93,对比同一温度跨度组代谢率和排泄率Q10值,代谢率Q10值均大于排泄率Q10值两倍以上,最大组间相差达7倍.因此,幼鱼能量消耗的供能物质以脂肪和碳水化合物为主,蛋白质为辅.此外,温度变化对幼鱼代谢的影响程度明显大于对排泄的影响,且其适宜生长温度为18~28℃.