《黃海海區(qū)海況極值預(yù)測(cè)分析》2300字

黃海海區(qū)海況極值預(yù)測(cè)分析目錄TOC\o"1-2"\h\u2449黃海海區(qū)海況極值預(yù)測(cè)分析 177271極值海況的數(shù)據(jù)研究及預(yù)測(cè)方法 117706長(zhǎng)期分布服從3參數(shù)的Weibull分布 117072黃海Y1海區(qū)海況的極值預(yù)報(bào) 2122873黃海Y2海區(qū)海況的極值預(yù)報(bào) 51極值海況的數(shù)據(jù)研究及預(yù)測(cè)方法在船舶的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)考慮遇到極大海浪的情況，因?yàn)樗鼤?huì)破壞船舶并危及人類的生命安全，為提高船舶的抵抗能力及保護(hù)人員安全，需要對(duì)極值的出現(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于多年一遇的極大值推斷問(wèn)題，通常選擇適線法擬合滿足極值經(jīng)驗(yàn)頻率分布的理論分布函數(shù)，然后再依此理論分布自相應(yīng)的表達(dá)式推算得對(duì)應(yīng)于某一頻率的極值[9]。目前國(guó)內(nèi)外常采用的推算極值波高的概率分布有P-Ⅲ型分布，Weibull分布和Gumbel分布等。在本文中，選擇Weibull分布進(jìn)行極值的預(yù)報(bào)。海況中海浪是隨機(jī)變化的，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析則需要海浪的極值狀態(tài)，即波高的極值，確定了波高的極值水平，就可以進(jìn)行進(jìn)一步分析（如20年一遇的最大波高是15m，船舶設(shè)計(jì)的強(qiáng)度必須可以滿足抵抗15m的波高）。本文章主要計(jì)算黃海Y1、Y2兩個(gè)海區(qū)的長(zhǎng)期極值預(yù)報(bào)來(lái)進(jìn)行黃海海區(qū)海況特征分析及參數(shù)預(yù)報(bào)。長(zhǎng)期分布服從3參數(shù)的Weibull分布FHs（h）=1-exp[-(（h?γα）β)]公式中：h作為自變量，表示波高，單位米（m）；FHs（h）表示波高的概率分布情況；為參數(shù)。公式取自文獻(xiàn)[10]P=1-FHs（h）=exp[-(（h?γα）β對(duì)于本文章所研究的問(wèn)題來(lái)分析，設(shè)h≥0、γ=0，則超越概率P由公式（2）變?yōu)镻=exp[-（h對(duì)公式（2）方程兩邊取對(duì)數(shù)得：-lnP=（h再次去對(duì)數(shù)得：ln（ln1P）=β（lnh-lnα）；(經(jīng)上述計(jì)算，即可通過(guò)黃海海區(qū)的波浪散布圖來(lái)確定α、β。令Y=ln（ln1P）、X=lnh、A=lnα，則公式（4.3）可表示為直線方程Y=β如此便可將非線性變化的曲線用一條直線的擬合，將待定參數(shù)求出。2黃海Y1海區(qū)海況的極值預(yù)報(bào)對(duì)黃海Y1海區(qū)全年的波浪散布圖進(jìn)行處理，將有義波高及其概率分布（表3.1）帶入公式（4.3）得出X、Y。表1黃海Y1海區(qū)全年義波高及其概率分布按Weibull分布處理XY1-2.303-6.2142-0.693-1.8173-0.163-0.66840.2230.06850.6150.72160.9161.15471.2531.48781.3861.70991.6091.933因?yàn)楸疚恼轮饕茄芯繕O值問(wèn)題，數(shù)據(jù)盡量選取分布概率較大的數(shù)值，并且由于第10行至第12行概率沒(méi)有數(shù)據(jù)，所以選取第5行始至第9行的數(shù)值。圖1擬合線性方程圖像圖2Matblab計(jì)算結(jié)果通過(guò)Y=1.2096X+0.0023線性方程知：斜率β=1.2096，截距-βA=0.0023。則-βlnα=0.0023，α=（b為截距）。確定參數(shù)α=0.9981，β=1.2096。經(jīng)檢驗(yàn)，Excel擬合結(jié)果與Matlab計(jì)算結(jié)果一致。在根據(jù)公式（2）可推出h=α，即可根據(jù)概率反推波高。當(dāng)超越概率P=10-8時(shí)，計(jì)算有義波高h(yuǎn)=11.099m。計(jì)算步驟如下：m=date(5:9,1)n=date(5:9,2)cd=polyfit(m,n,1)；z2=cd(1,1)；z1=exp(-cd(1,2)/z2)；p=1e-8；hs=z1.*(log(1./p)).^(1./z2);注：data數(shù)值取自表1；z2=β；z1=α。多年一遇的極值采用P=TZ式中：TZ表示跨零周期，單位秒；N表示N年一遇。根據(jù)本文的黃海Y1海區(qū)的波浪散布圖數(shù)據(jù)，將TZ的范圍取值選為10s~15s。本文計(jì)算5年一遇、10年一遇、20年一遇、25年一遇、50年一遇、100年一遇共六種情況的波高極值。表2Y1海區(qū)5年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m106.33762E-0810.17116.97138E-0810.12127.60514E-0810.08138.2389E-0810.04148.87266E-0810.00159.50643E-089.96表4.3Y1海區(qū)10年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m103.16881E-0810.52113.48569E-0810.47123.80257E-0810.431311945E-0810.39144.43633E-0810.35154.75321E-0810.32表4.4Y1海區(qū)20年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m101.5844E-0810.87111.74284E-0810.82121.90129E-0810.78132.05973E-0810.74142.21817E-0810.70152.37661E-0810.67表4.5Y1海區(qū)25年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m101.26752E-0810.98111.39428E-0810.93121.52103E-0810.89131.64778E-0810.85141.77453E-0810.81151.90129E-0810.78表4.6Y1海區(qū)50年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m106.33762E-0911.33116.97138E-0911.28127.60514E-0911.24138.2389E-0911.20148.87266E-0911.16159.50643E-0911.12表4.7Y1海區(qū)100年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m103.16881E-0911.67113.48569E-0911.62123.80257E-0911.581311945E-0911.54144.43633E-0911.50154.75321E-0911.47利用Weibull兩參數(shù)分布，預(yù)報(bào)得出黃海Y1海區(qū)在跨零周期為10s時(shí)，5年一遇的有義波高為10.17m；在跨零周期為15s時(shí)，5年一遇的有義波高為9.965m，相同海區(qū)有義波高隨跨零周期增高而減小。10年一遇有義波高為10.32m～10.52m，100年一遇有義波高為11.46m～11.66m，整體呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。4.3黃海Y2海區(qū)海況的極值預(yù)報(bào)對(duì)黃海Y2海區(qū)全年的波浪散布圖進(jìn)行處理，將有義波高及其概率分布（表3.11）帶入公式（4.3）得出X、Y(見(jiàn)表4.8)。表4.8黃海Y2海區(qū)全年義波高及其概率分布按Weibull分布處理XY1-2.303-6.9072-0.693-2.3043-0.163-1.12640.223-0.37250.6150.30460.9160.75971.2531.11181.3861.36491.6091.602101.7921.759112.0151.933因?yàn)楸疚恼轮饕茄芯繕O值問(wèn)題，數(shù)據(jù)盡量選取分布概率較大的數(shù)值，并且由于第11行數(shù)據(jù)通過(guò)分析，與直線方程的離散程度較大，所以選取第6行始至第10行的數(shù)值。圖4.4擬合線性方程圖像圖4.5Matblab計(jì)算通過(guò)Y=1.176X-0.317線性方程知：斜率β=1.176，截距-βA=-0.317。則-βlnα=-0.317，α=（b為截距）確定參數(shù)α=1.310，β=1.176。經(jīng)檢驗(yàn)，Excel擬合結(jié)果與Matlab計(jì)算結(jié)果一致。當(dāng)超越概率P=10-8時(shí)，計(jì)算有義波高h(yuǎn)=15.60m.計(jì)算步驟如下：x=data(6:10,1)；注：data數(shù)值取自表4.8y=data(6:10,2)；c2=β、c1=αab=polyfit(x,y,1)；c2=ab(1,1)；c1=exp(-ab(1,2)/c2)；p=1e-8；h=c1*(log(1/p))^(1/c2);根據(jù)本文的黃海Y2海區(qū)的波浪散布圖數(shù)據(jù)，將TZ的范圍取值選為10s~15s。表4.9Y2海區(qū)5年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m106.33762E-08126116.97138E-08119127.60514E-08112138.2389E-0814.07148.87266E-0814.01159.50643E-0813.96表10Y2海區(qū)10年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m103.16881E-0814.76113.48569E-0814.69123.80257E-0814.631311945E-0814.57144.43633E-0814.52154.75321E-0814.47表11Y2海區(qū)20年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m101.5844E-0815.27111.74284E-0815.20121.90129E-0815.13132.05973E-0815.08142.21817E-0815.02152.37661E-0814.97表12Y2海區(qū)25年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m101.26752E-0815.43111.39428E-0815.36121.52103E-0815.29131.64778E-0815.24141.77453E-0815.18151.90129E-0815.13表13Y2海區(qū)50年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m106.33762E-0915.93116.97138E-0915.86127.60514E-0915.79138.2389E-0915.74148.87266E-0915.68159.50643E-0915.63表14Y2海區(qū)100年一遇的極值波高跨零周期(TZ)/s超越概率（P）長(zhǎng)期值/m103.16881E-0916.42113.48569E-0916.35123.80257E-0916.291311945E-0