波浪理论以及工程应用03资料.ppt

波浪分布资料来源 当地观测点资料 遥感资料 波浪推算 (wave calculation)资料根据适当的气象资料及波浪资料，建立风与波浪之关系公式，以利与在实用上可以根据风资料计算出波浪特性。若由过去风的资料记录，推算过去发生的波浪特性，称为波浪后报(wave hindcasting) 。 目前，有关海洋结构物的设计建造规范明确规定了这一极端事件的概率，即百年一遇或五十年一遇。如，百年一遇的波浪 (波高与相应的周期)，即该波浪的重现期为100年。 通常，这一事件的出现概率仅为 10-8，十亿分之一，然而，计算表明，对于一个设计寿命为20年的结构物，遭遇百年一遇的极端海况的概率竟达18%. 极端海况条件对结构响应和强度设计十分必要。 因此，讨论波浪运动短期统计特征的长期分布律，以期确定小概率事件的参数，对于船舶与海洋结构物的设计是十分必要的。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 为 三参数的 Weibull 函数。其中 H0 为最小阈限水平，HC 为尺度因子，为形状因子 1.4 海浪统计特征的长期分布律 采用三参数的Weibull概率密度函数表达有效波高 长期分布的概率特征 相应的累计概率函数为： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 2. Weibull函数三参数的确定 对 Weibull 累计概率函数线性化，移项，取对数： 移动负号，再取对数： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 做变量置换： 则有： ? 为截距 B 和斜率 的直线方程。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 给定子样： 考虑到直线方程只能解两个未知数，对第三个未知数必须假定。 通常，取 H0=0 (第一次近似)。可以用作图法和最小二乘法计算得到另外两个参数： 和 1.4 海浪统计特征的长期分布律 同时， 可以得到本次近似计算的拟合误差平方和： 根据不同H0对应的拟合误差平方和不同，可以找出拟合误差平方和最小的H0 ，作为拟合结果 由此得到其最小值 迭代计算：在一系列 H0 的假定下，重复上述计算，得到相应的拟合误差平方和集(子样) 和对应的 H0，再重复一次计算， 最后，得到关于三参数的最优解： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 1.4 海浪统计特征的长期分布律 1.4 海浪统计特征的长期分布律 西沙海域波高长期分布计算 1.4 海浪统计特征的长期分布律 西沙海域波高长期分布计算 1.4 海浪统计特征的长期分布律 样本选取方法： 年最大波法取每年最大波高进行拟合 年N大波法取每年前N个最大波高样本作为进行拟合 最小阈限法取大于某阈值的波高样本进行拟合 整体样本法取全部波高样本进行拟合 根据不同平均过零周期的超越概率，同样可以应用一个概率密度函数来拟合周期的长期分布。如龚贝尔分布，韦布尔分布等。 对于波高和周期的联合概率分布，目前尚没有有效的方法计算，只有一些研究性的工作。如采用幂函数拟合有效波高和对应这一波高的波浪平均有效周期的关系。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 3. 波浪周期的长期分布 式中为 平均有效周期, 和 为拟合参数。同样可以用两边取对数的方法进行线性化并用最小二乘方法拟合。 相应于有义波高的平均过零周期 根据有义波高对应的平均过零周期的子样，一个两参数 的 Weibull 函数可以用来拟合该周期的长期分布： 对某海域的波浪统计资料进行分析，可以给出两参数的计算公式，其中 1.4 海浪统计特征的长期分布律 4. 应用实例 以下给出我国沿海海域的波浪参数长期分布的计算结果。子样来自北起鸭绿江出海口，南至湛江出海口，计36个观测站10年间 (1969-1979) 的波浪资料。其中 ? 有义波高长期分布按 Weibull 函数； ? 平均过零周期长期分布按 幂函数。 结果发表在：Wang Y. Investigation of design wave parameters for Chinese coastal areas. China Ocean Engineering, 2(1988), 4: 71?78. 1989年为美国牛津出版社收录。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 1.4 海浪统计特征的长期分布律 计算结果 南海西沙海域波高和平均周期的长期分布计算 1.4 海浪统计特征的长期分布律 * 波浪理论及工程应用 船舶工程学院 钱昆 * 波浪运动的分类 波浪 1. 海洋环境因素分析计算 1.2 波浪运动的统计特征 风速15m/s，波浪成长与风时、风区的关系。 1. 海洋环境因素分析计算 长期分布和短期分布 在讨论海浪