海啸波高重现值的统计推算

地震海啸是一种破坏性极其严重但发生次数较少的地震次生海洋灾害。如何确定地震海啸波高重现值,对于海岸地区海啸的防灾减灾规划与工程设计具有重要意义。以美国Crescent海岸地区实测海啸过程中出现的最大波高序列为例,首先采用5种极值分布(Gumbel、Weibull、Pearson III型、对数正态和广义极值分布)对海啸波高进行拟合,选取拟合较好的分布型式;然后考虑海啸发生过程的泊松分布,采用4种泊松复合分布(Poisson-Weibull、Poisson-Pearson III型、Poisson-对数正态和Poisson-广义极值分布)计算了地震海啸波高重现值,实现了对海啸波高的长期统计分析。计算结果表明:考虑地震海啸发生次数的泊松分布,采用泊松复合极值分布,可以很好地估计海啸最大波高的重现值。     

基于Copula函数的海南热带气旋风雨联合概率特征分析

热带气旋灾害的主要致灾因子为大风和降水,易引发风暴潮、海浪、洪涝等次生灾害,具有典型的多灾种灾害链特征。大风和降水是热带气旋灾害的两个具有代表性的致灾因子,如何表达多个致灾因子的综合强度是一个关键性问题。本研究以海南岛为研究区域,以1951-2014年共298场历史热带气旋过程最大3s极值风速风场以及总降水量时间序列数据为基础,首先利用极值理论分别拟合了海南风雨两个单致灾因子的强度概率边缘分布,其次采用Clayton、Frank、Gumbel Copula函数计算了风雨二维联合概率。并通过K-S检验及AIC、BIC检验等方法优选了拟合函数,然后分别计算了风雨单个致灾因子超过阈值(RPor)和两个致灾因子同时超过阈值(RPand)两种联合重现期,最后基于影响海南的9场历史典型热带气旋损失归一化数据检验重现期计算结果的可靠性。结果表明:对于年极值分布拟合最大3s极值风速用Weibull分布、总降水量用Gumbel分布效果较好;对于边缘概率分布的连接函数,Clayton Copula函数的效果较好;联合重现期RPand相比于联合重现期RPor与历史热带气旋归一化损失率具有更好的相关性。     

极值动态新Ⅰ型分布函数的模型及在汕头抗风防灾上的应用

最大风速分布函数的选择是抗风减灾的重要因素,迄今为止国内外所有可选择的分布函数,虽然对一个国家一些城市是好的,但是对另一些城市却不好,好的城市中,拟合优度准则检验结果也不能达到最佳位或趋近为1.本文采用动态的观点,根据不同城市的数据可用不同的参数值,使其可达到优度最佳值或趋近为1,在此思想基础上,改进了现在国内外绝大多数国家规范所采用的极值Ⅰ型,成为极值动态新Ⅰ型,是对分布函数选择彻底改革的一次尝试。按此原理,对汕头1959～1993共35年最大风速数据进行了分析,对各种概率条件下的风速风压提出了应用的数值。     

秦淮河流域中游地区两变量洪水风险分析

秦淮河流域地处长江下游,其中游地区主要位于南京市江宁区境内,受汛期强降雨、上游洪峰以及下游长江水位顶托影响,洪水灾害频繁。针对秦淮河流域中游地区暴雨洪水影响因素众多的特点,利用二维Gumbel模型,开展了基于暴雨与洪水水位两变量的洪水风险分析。结果显示,与单变量极值分布相比,两变量极值分布综合考虑了暴雨和洪水的不同频率特征,能够较为全面地分析水文极值事件的统计规律,从而使洪水风险分析更加符合实际情况。     

基于YanMeng台风风场的输电线路极值风速推算方法

极值风速作为输电线路抗风设计的重要参数,对结构的强度和年限标准意义重大。为克服采用观测资料直接推算极值风速的缺陷,给出了一种沿海地区输电线路极值风速推算的数值方法,即以台风风场物理方程为基础,利用历史台风进行反演,验证风场模型的适应性,随后结合台风年鉴,采用模拟圆和Monte Carlo抽样模拟进行研究点最大风速序列计算,并根据极值III型Weibull分布进行极值风速的推算。最后以海口市为例,对该极值风速推算方法进行详细阐述,推算了海口市近100a内重现期的极值风速,并与观测统计值进行对比,研究发现本文模拟效果较好,可以作为沿海地区输电线路抗风设计的理论参照。     

风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。     

汕头市降雨量的概率分布模型

根据汕头市实测的年最大日降雨量资料,采用极值Ⅰ型、极值Ⅱ型、极值Ⅲ型和Ｗｅｉｂｕｌｌ分布等四种极值分布模型模拟,从而确定了年的最大日降雨量的概率模型．并根据年的各时段的最大降雨量仪器记录产生概率模型,建立各时段降雨量之间的相互关系,得到汕头市降雨量的概率分布模型,作为汕头市内涝分析的依据。     

极值风速概率方法研究进展

极值风速的研究对于工程结构的设计和安全使用具有重要的现实意义.阐述了极值风速的研究背景,综述了国内外极值风速的研究进展,对比研究了近年来最新的极值风速概率模型,包括3种极值分布(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)以及POT方法、MIS法、R-LOS法和相应的改进方法.在比较各种方法优缺点和适用条件的同时,针对不同的概率分布模型,分别给出了具体所采用的合理的参数估计方法,如最小二乘法、最大似然函数法、概率加权矩法和矩法.同时对极值风速的不同方法研究现状进行了总结,最后针对当前的一些热点问题进行了展望.     

中国东南沿海重点城市台风危险性分析

中国东南沿海地区是中国经济最发达，人口最稠密的地区，同时也是世界上受台风影响最严重的地区之一。本文以上海经9个沿海重点为例，通过对《台风年鉴》数据的分析处理，提取了台风关键参数并进行了统计分析与建模；利用Monte Carlo抽样和成熟台风风场模型模拟，得到了极值风速序列，对年极值风速序列进行极值风速统计分析，得到了不同重现期和地貌的极值风速，结果与实测风速比较吻合。     

马普托桥颤振稳定性的风洞试验研究

以莫桑比克马普托桥为工程背景,根据现场气象统计资料,采用Gumbel极值Ⅰ型分布曲线拟合的方法确定基本风速,并利用节段模型及全桥气弹模型,对其颤振稳定性进行详细研究。基于主梁节段模型和全桥气弹模型试验获得的颤振临界风速存在明显的差异,对其原因做了较为全面的分析。由于全桥气弹模型能够更好的模拟实桥的动力特性,能够反映实际三维空间效应、多模态耦合效应以及气动力相关性效应等,因此全桥气弹模型试验结果较准确,相比之下,节段模型试验结果偏于保守。     

基于EWT-FIG和ORELM模型的风速多步区间预测

针对风速预测具有较强的不确定性,提出了一种经验小波变换一模糊信息粒化和变异鲁棒极限学习机组成的短期风速区间预测模型。该模型采用经验小波变换将原始风速分解为若千个模态分量和一个剩余量,并对所有分量进行重构,为了缩小预测区间范围,仅对重构后的剩余量进行模糊粒化,根据需求提取每个窗口的最大值、平均值和最小值,然后对极限学习机进行优化,最后对所有分量建立离群鲁棒极限学习机预测模型,叠加预测值实现风速多步区间预测。实际算例表明:所提多步区间预测方法能有效跟踪风速变化,具有较高的预测精度和可靠的区间预测效果。     

基于极值风速预测的台风数值模型评述

在沿海台风多发地区，高耸及长大建筑结构对于极值风速作用非常敏感，因此在结构的设计、施工与使用期间有必要合理估算结构设计使用期限内可能遭遇的台风极值风速。台风极值风速的估算不仅涉及台风风场的数值模拟，也包括风速样本的采集与统计分析过程。较系统地介绍了台风风场结构的各类数学模型，并对它们在不同使用目的背景下的适用性作了评述与比较。最后，基于越界峰值法探讨了工程场地一定重现期内台风极值风速预测的可行性。     

平面局部凸出的双坡房屋表面风压特性分析及体型优化研究∗

以计算流体动力学和大气边界层基本理论为依据,对平面局部凸出的双坡野营房屋表面风压分布特性展开研究,在此基础上对其建筑外形进行合理的优化。研究过程中运用Fluent软件对模型进行分析和计算,并将数值模拟与TTU实测的结果进行对比,进而确定数值风洞的相关参数。将我国野营房屋使用的功能要求以及人体活动所需的空间尺度等作为依据,在此基础上建立模型,并在风向角、辅助建筑相对尺寸和建筑平面布置形式等的变化下,计算分析房屋表面的风压分布规律,最后将结果归纳为房屋的风荷载体型系数,以便抗风设计使用。进一步将房屋表面风压的平均值、极值和标准差作为优化目标,对平面局部凸出的双坡野营房屋的体型进行优化,最终得到该类型房屋风作用最小的合理建筑外形,以提高其抗风性能。结果表明:轻型双坡野营房屋因自身凸出的辅助建筑的存在,建筑周围的气流运动会受到影响,从而使建筑表面风压分布规律发生变化,更会出现主体建筑局部风荷载体型系数发生变号的现象,鉴于以上情况,可知辅助建筑对建筑表面风压的影响在抗风设计中必须予以重视。     

上海地区洪涝致灾因子复合概率及未来变化分析

根据上海地区三阶段(1970-2004年,2020-2054年和2060-2094年)四要素(降水、吴淞口风速、太湖流域面雨量、吴淞口潮位)提取年极值时间序列,采用GEV分布首先开展"雨洪风潮"各致灾因子气候变化分析,结果显示:"雨洪风潮"各致灾因子年极值受气候变化影响均呈增加趋势;进而基于Copula联合函数中的三维变量的超越概率模型,计算"雨洪风""雨洪潮"和"雨风潮"三种"三碰头"联合超越概率,结果表明:未来气候变化时段相对于历史基期,上海地区"雨洪风""雨洪潮"和"雨风潮"三种三碰头概率呈增加趋势。洪涝灾害致灾因子同时发生的复合概率增加,预示着气候变化影响下上海地区防汛排涝安全存在更大风险。     

基于奇异谱分析和极限学习机的风速多步预测

风速预测对风力发电系统具有重要的影响，为获得更高精度的风速预测结果，针对多步风速预测，成功开发了一种基于奇异谱分析和优化极限学习机的新型预测模型。首先，采用奇异谱分析将风速时间序列分解为一组相对平稳的分量，以降低风速序列的随机性对预测结果的影响；然后，对分解得到的分量分别建立极限学习机预测模型，为进一步提高预测性能，将1种新颖的活性竞争萤火虫算法用于优化极限学习机的输入权值和隐含层偏置；最后，叠加全部分量的预测值得到实际预测结果。仿真结果表明，基于奇异谱分析和活性竞争萤火虫算法优化极限学习机的模型在1步到3步风速预测中实现了较高精度的预测结果。     

基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅱ)——随机抽样模拟与极值风速预测

台风危险性分析是台风损失估计及防灾减灾的基础。对基于数值模拟的台风危险性分析所采用的随机台风概率模型、随机抽样模拟方法和极值风速预测进行了回顾与评述,包括台风关键参数概率模型及其相关性、台风路径模型、台风登陆衰减和海陆风速转换模型以及台风极值风速概率模型,并针对我国东南沿海地区台风危险性分析数值模拟采用的相关模型给出了相关建议。     

中国大陆地区年最大平均风速的概率密度函数

根据中国大陆地区1951-2002年的实测风速数据资料，采用密度演化方法进行了各站点年最大平均风速的概率密度函数估计，给出了大陆地区年最大平均风速均值和标准差的等值线分布图。与常用的基于拟合优度检验的概率密度函数估计和统计量分析不同，所提方法不需要进行先验分布类型的假定，可以通过直接计算给出与基本数据经验分布函数符合得较好的概率密度函数与概率分布函数。对比研究表明，该方法给出的统计结果是可信的，具有工程实用参考价值。     

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。