專利名稱：一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種考慮臺風影響的極值波高和極值水位聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，具體 地說是尋求一種考慮臺風影響因素、概率分布避免先驗性和人為假設(shè)的極值波高和極值水 位聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法。
背景技術(shù)：
隨著地球變暖，由臺風/颶風導(dǎo)致的海洋災(zāi)害更加嚴重和頻繁。臺風可導(dǎo)致異常 大浪，若臺風過境時正值天文大潮，天文潮位加上風暴潮增水如果再加上臺風浪就形成極 端海洋災(zāi)害條件，可造成毀滅性的災(zāi)害。這正是2005年卡特里娜颶風使美國新奧爾良市受 到巨大災(zāi)害的重要機制之一。雖然一般說臺風暴潮和臺風浪是臺風的一雙孿生兒，但就近 岸水域而言，兩者的大小因臺風路徑和水域的地理條件及地形而異，也就是說二者既不是 同步的，也不是獨立的。所以，合理推算臺風影響下極值波高和極值水位的聯(lián)合重現(xiàn)期對海 洋工程設(shè)計和防災(zāi)抗災(zāi)極為重要。以往對極值波高和極值水位進行概率特征分析時，通常的方法是人為先設(shè)定一個 聯(lián)合概率分布例如二維Gumbel分布、二維Logistic分布，然后再通過已知數(shù)據(jù)來估計此概 率函數(shù)中的參數(shù)。顯然這樣的做法是先驗的，通常情況下選取的概率分布函數(shù)都能通過假 設(shè)檢驗，但是不同概率模式推得的聯(lián)合重現(xiàn)期結(jié)果不同，人為因素很大，難以合理地反映海 洋環(huán)境要素的不確定性。另外對海洋環(huán)境要素進行聯(lián)合概率分析時，極少同時討論導(dǎo)致風 險發(fā)生的重要因素臺風的概率特性?；谧畲箪卦瓌t的波高最大熵分布模式在海洋工程中已有應(yīng)用，它可一定程度避 免人為先驗選取概率模式導(dǎo)致的推算極值波高和極值水位聯(lián)合重現(xiàn)期時的誤差，但該模式 在應(yīng)用過程中始終是單因素(即單變量)模式，難于描述復(fù)雜的海洋環(huán)境，無法給出極值波 高和極值水位之間相關(guān)的概率信息，并且在推求多年一遇設(shè)計波高時同樣忽略了臺風的因 素，沒有將風險發(fā)生的誘因考慮進去。如何客觀反映多種海洋環(huán)境因素的不確定性及綜合作用，充分考慮臺風這個導(dǎo)致 災(zāi)害頻發(fā)的重要因素對波高和水位影響，同時避免人為先驗設(shè)定概率模式導(dǎo)致的推算誤 差，提高極值波高和極值水位聯(lián)合重現(xiàn)期的推算精度，是海洋災(zāi)害統(tǒng)計預(yù)測和海洋工程建 設(shè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種基于最大熵原則的臺風影響海域極值波高和極值水位聯(lián) 合重現(xiàn)期推算方法，該方法建立在最大熵原則、多元極值理論和隨機點過程基礎(chǔ)上，通過綜 合考慮臺風發(fā)生次數(shù)以及極值波高和極值水位二者的相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)出極值波高和極值水位 的最大熵聯(lián)合分布新模式，并將新模式嵌套臺風次數(shù)最大熵分布，給出一個充分考慮臺風 影響因素、避免先驗性和人為假定的推算極值水位與極值波高聯(lián)合重現(xiàn)期的新方法。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
臺風影響海域設(shè)計波高和設(shè)計水位聯(lián)合重現(xiàn)期推算新方法，其特征在于它包括步 驟步驟1 確定二維最大熵分布函數(shù)的四個約束條件
權(quán)利要求
1. 一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征在于它包括步驟 步驟1 確定二維最大熵分布函數(shù)的四個約束條件 Jf5 Jf0/O, ^dxdy = I
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征 在于所述步驟1中提出的四個約束條件是新模式必需滿足的概率特性，而非先驗和人為指 定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征 在于所述步驟1中Hi1, m2取正整數(shù)時，保證極值波高和極值水位的任意階混合矩和邊緣分布 的任意階矩存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征在于所述步驟2中二維最大熵聯(lián)合分布函數(shù)的表達式通過求解一個廣義等周變分問題獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征 在于所述步驟4中分布矩Tm, n在實際計算過程中由觀測數(shù)據(jù)按下列表達式計算獲得
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征 在于所述步驟5中的Pi= η γθχρ(-β ξ), =0,1,2,…為基于最大熵原則推求的臺風 次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)，其中待定參量n，β，Y，ξ通過聯(lián)立求解與指定海域年臺風出 現(xiàn)次數(shù)分布矩相關(guān)的方程組獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，其特征 在于所述步驟7進一步包括利用實測數(shù)據(jù)資料，與海洋工程中常用的Logistic 二維分布和 Gumbel 二維分布進行圖示驗證，通過與實測數(shù)據(jù)的擬合程度來判斷新模式的有效性，另外 結(jié)合觀測站點所處海域特性，確定推求的聯(lián)合重現(xiàn)期的合理性。
全文摘要
本發(fā)明提出一種考慮臺風影響的海洋極值聯(lián)合重現(xiàn)期推算方法，具體步驟為1.確定二維最大熵分布函數(shù)的四個約束條件；2.推導(dǎo)二維最大熵聯(lián)合分布模式；3.確定極值波高和極值水位混合分布距積分顯式表達式；4.推導(dǎo)與混合分布矩相關(guān)的待定參量方程組；5.構(gòu)建臺風影響海域推算極值波高和極值水位聯(lián)合重現(xiàn)期的嵌套復(fù)合最大熵分布新模式；6.驗證新方法的有效性。本發(fā)明將極值波高和極值水位綜合考慮，同時考慮臺風因素對二者的影響，整個模式建立在最大熵原則基礎(chǔ)上，避免了模式的先驗性和人為假設(shè)。新模式的積分顯式表達式使之方便工程應(yīng)用，而兩組10個待定參量使新模式能夠更精確和更靈活地擬合不同海域的觀測數(shù)據(jù)，具有更廣的適應(yīng)性。
文檔編號G06F17/50GK102063527SQ20101059580
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者王莉, 王莉萍 申請人:中國海洋大學