海洋环境重现期设计标准推算方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了海洋环境重现期设计标准推算方法与系统，属于海岸、海洋工程技术领域。分析方法包括：获取海洋动力环境要素的n年时序历史数据资料作为原始数据样本库，当研究区域主导天气为非台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的非台风样本；当研究区域主导天气为台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的台风样本；针对提取出来的独立且同分布的样本，以取样方法提取极值样本，匹配概率分布模型进行区域极值分析。推算系统包括：基础数据模块，极值分析模块，数据对比同化模块。通过该数据库系统的区域极值分析方法可以为海洋、海岸工程的设计施工提供重要参考。要参考。要参考。

【技术实现步骤摘要】
海洋环境重现期设计标准推算方法与系统


[0001]本专利技术属于海岸、海洋工程
，具体讲是一种海洋环境重现期设计标准推算方法与系统。

技术介绍

[0002]我国是海洋大国，由北向南涵盖了渤海、黄海、东海和南海，海岸线长达18000多公里。我国主辖海域面积约为300万平方公里，蕴藏着丰富的石油、天然气、生物等资源以及海洋可再生能源。
[0003]近年来，传统涉海产业逐步优化，高新涉海产业不断革新，海洋和海岸工程的发展面临着新的机遇，同时亦面临着新的挑战。海洋动力环境要素的合理推算对海洋和海岸工程设计、安装和操作等活动十分重要。推算出合理有效的动力环境设计要素值才能有效保障海洋、海岸工程的在预期使用年限的安全，这是海洋、海岸工程的关键。设计要素推算值偏低，则海洋、海岸工程在使用年限内遭到破坏甚至损毁的几率增加。
[0004]并且，随着海洋观测、模拟数据的指数级增长以及数据计算分析能力的显著提升，海洋数据已进入大数据时代。我国积累了大量的海洋动力环境要素数据，因此需要建立一款服务于科学研究和工程需要的海洋环境数据分析及重现期设计标准推算于一体的系统。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术公开了一种海洋环境重现期设计标准推算方法与系统，推算方法满足极值理论的要求，即提取的极值样本满足独立且同分布的假设。
[0006]本专利技术目的是由以下技术方案实现的：一种海洋环境重现期设计标准推算方法，包括以下步骤：S1、获取海洋动力环境要素的n年时序历史数据资料作为原始数据样本库，其中n≥20；S2、当研究区域主导天气为非台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的非台风样本；S3、当研究区域主导天气为台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的台风样本；S4、针对提取出来的独立且同分布的样本，以取样方法提取极值样本，匹配概率分布模型进行区域极值分析。
[0007]进一步的，所述步骤S2具体包括：S21、根据样本年限，以年均波高过程为15设定初步阈值，从原始数据样本库提取大于阈值的样本；S22、设定时间间隔72h为识别两个连续独立风暴的准则，筛除不满足独立性原则的样本；S23、判断独立样本的方向、季节的聚集性，通过方向分组、季节分组筛选符合同分
布原则的样本，最终形成非台风超阈值样本库。
[0008]进一步的，所述步骤S3具体包括：S31、台风影响下的波浪场左右范围不同，通过以下公式筛选台风路径左右两侧波浪场的极端波浪以满足其同分布的原则，即：浪场的极端波浪以满足其同分布的原则，即：式中代表台风影响下波浪场的左侧范围距离，代表台风影响下波浪场的右侧范围距离，代表7级风圈半径，代表外围气压与中心气压的气压差，代表地理纬度，V代表热带气旋的移动速度；当某海域点位置在台风路径影响下的波浪场范围之内，选择对应的波浪过程作为同分布样本，反之筛除；S32、根据每场台风选择其对应的一个波浪过程，提取该波浪过程的最大值，保证样本的独立性原则。
[0009]本专利技术基于所述的海洋环境重现期设计标准推算方法搭建的海洋环境重现期设计标准推算系统，包括以下模块：M1、基础数据模块，该模块分为点数据分析和场数据分析两个子模块，为工程用户提供海域某具体点动力环境要素时序数据以及整个海域的场数据；M2、极值分析模块，该模块分为点数据极值分析和场数据极值分析两个子模块，为工程用户提供海域某具体点动力环境要素推算值以及整个海域的推算结果；M3、数据对比同化模块，该模块分为实测数据对比和数据同化分析两个子模块，为工程用户提供海域某具体点实测数据与模拟数据的对比。
[0010]有益效果本专利技术公开了海洋环境重现期设计标准推算方法。该方法根据天气系统（冬季风暴、台风等）的不同，采用不同的分析方法。由于非台风浪具有明显的方向和季节性的特征，根据方向分组和季节分组来满足其同分布的原则。针对台风浪，为了满足独立性原则，每场台风选择其对应的一个波浪过程；以有效波高为例，针对非台风浪，该数据库系统以时间间隔72h来识别两个连续的独立风暴过程，保证了样本满足极值理论独立性的要求；并且提供方向性分组和季节性分组，保证了样本满足极值理论同分布的要求。针对台风浪，重现期设计标准推算方法中提供了一个新的公式，通过该公式可用于筛选台风路径左右两侧波浪场的极端波浪以满足样本同分布的假设，并且该公式能较好的反映台风路径两侧波浪场范围不对称的现象。通过该数据库系统的区域极值分析方法可以为海洋、海岸工程的设计施工提供重要参考。
[0011]基于该推算方法，搭建了一款海洋环境重现期设计标准推算系统，该数据库系统实现了数据查询、数据对比、单点和区域极值分析等功能，可对存储的点、场基础数据进行可视化呈现，亦可对现有的基础数据进行不同时间范围平均值计算、极值分析推算以及相应图形绘制等功能。通过数据库的集成设计，用户能够获得标准化格式的查询和分析结果，有效提高了数据的使用率，满足实际工程需要。进一步，可以得到合理有效的海洋环境要素
不同重现期的推算值，为海洋及海岸工程的设计施工提供重要的参考。
[0012]通过本专利技术的推算方法，可以推算出合理有效的海洋动力环境要素设计值，该设计值对海洋和海岸工程设计、安装和操作等活动是十分重要的。设计要素推算值合理，恶劣海况条件下工程结构物的安全度以及结构物的造价等问题可以得到合理的评估与平衡，不仅保障了海洋、海岸工程在预期使用年限的安全，也提高了经济效益。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0014]图1为本专利技术公开的海洋环境重现期设计标准推算方法的流程示意图；图2为实施例1中有效波高的40年时序数据；图3为实施例1中从原始数据集获取得到独立且同分布的非台风样本的流程图；图4为实施例1中GPD模型参数和外推有效波高随阈值变化图；图5为实施例1中极值样本拟合GPD模型的分位数诊断图；图6为实施例2中GPD模型参数和外推有效波高随阈值变化图；图7为实施例2中极值样本拟合GPD模型的分位数诊断图；图8为本专利技术提供的海洋环境重现期设计标准推算系统的功能构架图。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]实施例1本实施例公开了一种海洋环境重现期设计标准推算方法，包括以下步骤：S1、获取海洋动力环境要素的n年时序历史数据资料作为原始数据样本库。本实例中的海洋动力环境要素均为有效波高，n为40年，时间范围1979~2018年，时间步长为1h。
[0017]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境重现期设计标准推算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取海洋动力环境要素的n年时序历史数据资料作为原始数据样本库，其中n≥20；S2、当研究区域主导天气为非台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的非台风样本；S3、当研究区域主导天气为台风时，从原始数据样本库中提取满足独立且同分布原则的台风样本；S4、针对提取出来的独立且同分布的样本，以取样方法提取极值样本，匹配概率分布模型进行区域极值分析。2.根据权利要求1所述的海洋环境重现期设计标准推算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21、根据样本年限，以年均波高过程为15设定初步阈值，从原始数据样本库提取大于阈值的样本；S22、设定时间间隔72h为识别两个连续独立风暴的准则，筛除不满足独立性原则的样本；S23、判断独立样本的方向、季节的聚集性，通过方向分组、季节分组筛选符合同分布原则的样本，最终形成非台风超阈值样本库。3.根据权利要求1所述的海洋环境重现期设计标准推算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、台风影响下的波浪场左右范围不同，通过以下公式筛选台风路径左...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丙臣，邵珠晓，李华军，武国相，王振鲁，史璐铭，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：