專利名稱：一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算方法，具體地說是尋求一種考慮臺(tái)風(fēng) 影響因素、概率分布避免先驗(yàn)性和人為假設(shè)的設(shè)計(jì)波高推算方法。
背景技術(shù)：
在海洋工程設(shè)計(jì)中，海浪波高是重要的海洋環(huán)境因素，準(zhǔn)確地確定多年一遇設(shè)計(jì) 波高值，對于防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)波高推求方法是對實(shí)測的年極值波高數(shù) 據(jù)序列人為選擇概率曲線(如Gumbel曲線、Pearson-III型曲線等)，在一定適線準(zhǔn)則下確 定線型，外延推求多年一遇設(shè)計(jì)波高值。但這幾種方法都沒有充分考慮臺(tái)風(fēng)對極值波高的 影響，事實(shí)上，極端海況往往發(fā)生在臺(tái)風(fēng)過程中，忽略了臺(tái)風(fēng)和極值波高之間的相關(guān)性，往 往會(huì)使推求的設(shè)計(jì)波高值偏低，對海岸建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅。近幾十年來，科學(xué)家們開始考慮臺(tái)風(fēng)因素對多年一遇設(shè)計(jì)波高值的影響，臺(tái)風(fēng) 影響下極值波高概率特性的研究是非常重要的一個(gè)方面，因此Poisson-Pearson-III， Poisson-ffeibull,Poisson-Gumbel等概率分布函數(shù)相繼提出。與傳統(tǒng)模式相比，這些模式 在推求多年一遇設(shè)計(jì)波高值時(shí)考慮了臺(tái)風(fēng)對波高的影響，更符合極端海況下設(shè)計(jì)波高的推 算，因此上述分布模式的提出對海洋環(huán)境要素設(shè)計(jì)值的推算無疑是一進(jìn)步。所以一經(jīng)推出 就得到了工程界的普遍重視。但這些模式都有一個(gè)共同的不足，即人為指定臺(tái)風(fēng)發(fā)生的次 數(shù)符合Poisson分布，這給模式帶來了先驗(yàn)性。極值波高的推算中也是用事先人為指定的 某個(gè)分布函數(shù)(Gumbel分布、Pearson-III型分布)來擬合實(shí)測數(shù)據(jù)，也具有明顯的先驗(yàn)性。 雖然目前工程上所選定的Gumbel分布、Pearson-III型分布等模式從概率意義上來說都通 過了假設(shè)檢驗(yàn)，但選定不同的分布函數(shù)來擬合實(shí)測數(shù)據(jù)會(huì)得到不同的計(jì)算結(jié)果，有較大的 主觀性和認(rèn)為干擾性，因此目前現(xiàn)有的這種模式無論在理論還是實(shí)際應(yīng)用中都有待于進(jìn)一 步的研究。為了避免人為先驗(yàn)假設(shè)對設(shè)計(jì)波高值的影響，也有科學(xué)家提出了波高最大熵分布 函數(shù)，這種方法是基于最大熵原則，對實(shí)測數(shù)據(jù)的人為假設(shè)較小，避免了因人為指定分布函 數(shù)對導(dǎo)致對設(shè)計(jì)波高值計(jì)算結(jié)果的影響。但是這種方法沒有考慮臺(tái)風(fēng)因素對波高的影響， 忽略了極端海況往往發(fā)生在臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)過程中這個(gè)客觀事實(shí)。隨著海洋工程建設(shè)和沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對多年一遇設(shè)計(jì)波高值的計(jì)算提出了 越來越高的精度要求，在推算過程中如何充分考慮臺(tái)風(fēng)這個(gè)導(dǎo)致災(zāi)害頻發(fā)的極端因素對多 年一遇設(shè)計(jì)波高值的影響，同時(shí)又避免人為事先假定海洋環(huán)境要素的分布模式，是急需開 展的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 該方法建立在最大熵原則和測度論基礎(chǔ)上，通過將臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)與極值波 高最大熵分布函數(shù)相互嵌套復(fù)合構(gòu)成新的概率模式，實(shí)現(xiàn)了在充分考慮臺(tái)風(fēng)影響因素的情況下，避免分布函數(shù)中的先驗(yàn)性和人為假定，達(dá)到提高多年一遇設(shè)計(jì)波高值推算精度的目 的。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法，其特征在于它包括步 驟步驟1 確定臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)的三個(gè)約束條件
權(quán)利要求
1. 一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法，其特征在于它包括步 驟步驟1 確定臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)的三個(gè)約束條件
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟1中提出的三個(gè)約束條件是概率分布模式必需滿足的概率特性，非先驗(yàn)和人 為指定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟1中ξ取正整數(shù)時(shí)，保證臺(tái)風(fēng)次數(shù)的任意階分布矩存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟2中臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)的表達(dá)式通過求解一個(gè)歐拉(Euler)方程獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟3待定參量a，b，c，d由所述步驟4中的方程組通過數(shù)值迭代求得，分布矩Am 在實(shí)際計(jì)算過程中由觀測數(shù)據(jù)按下列表達(dá)式計(jì)算獲得
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟5中的為基于連續(xù)最大熵原則推求的極值波高的最大熵分布函數(shù)， 其中待定參量α，β，Y，ξ通過聯(lián)立求解與年極值波高數(shù)據(jù)分布矩相關(guān)的方程組獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法， 其特征在于所述步驟7進(jìn)一步包括分別計(jì)算本發(fā)明構(gòu)建的嵌套復(fù)合最大熵分布新模式以及 Poisson-最大 、Poisson-GumbeU Poisson-PearsonIII三個(gè)傳統(tǒng)模式的離差平方和,t艮 據(jù)離差平方和的計(jì)算值確定不帶先驗(yàn)性的新模式中臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)和極值 波高連續(xù)最大熵分布函數(shù)是否優(yōu)于傳統(tǒng)的模式，構(gòu)建的推算臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高的嵌套 復(fù)合最大熵分布模式是否適合推算不確定性很大的臺(tái)風(fēng)影響海域的多年一遇設(shè)計(jì)波高值。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于最大熵原則的臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高推算新方法，具體步驟為1.確定臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布函數(shù)的約束條件；2.推導(dǎo)臺(tái)風(fēng)次數(shù)離散最大熵分布模式；3.確定臺(tái)風(fēng)次數(shù)分布距積分顯式表達(dá)式；4.推導(dǎo)與分布矩相關(guān)的待定參量方程組；5.構(gòu)建推算臺(tái)風(fēng)影響海域設(shè)計(jì)波高的嵌套復(fù)合最大熵分布新模式；6.驗(yàn)證新方法的有效性。本發(fā)明在充分避免先驗(yàn)性和人為假設(shè)的情況下考慮臺(tái)風(fēng)因素對極值波高分布的影響，提高了推算臺(tái)風(fēng)影響海域多年一遇設(shè)計(jì)波高值的精確度。新模式的積分顯式表達(dá)式使之方便工程應(yīng)用，而8個(gè)待定參量使新模式能夠更精確和更靈活地?cái)M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G06F19/00GK102063564SQ20101059581
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(xué)