一种基于谱宽的短期波高分布表征方法技术

本发明专利技术公开了一种基于谱宽的短期波高分布表征方法，涉及海洋工程技术领域，该方法包括：基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子；其中，统计参数包括谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；根据当地实测资料情况确定特征参数；其中，当地实测资料包括多组短期海况下的有义波高、三一波高、谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；根据特征参数计算分布参数；基于谱宽因子和分布参数确定短期波高分布的超越概率，为近岸工程、海洋工程、近岛礁工程相关结构物设计建造提供更准确的输入参数，为短期波高分布的表征和短期波高预报做足准备。和短期波高预报做足准备。和短期波高预报做足准备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谱宽的短期波高分布表征方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，尤其是一种基于谱宽的短期波高分布表征方法。

技术介绍

[0002]波高的短期分布是指单个海况(半小时、一个小时或三小时)下波高的分布。短期波高分布是近岸工程、海洋工程、近岛礁工程相关结构物设计建造的重要输入参数。
[0003]目前大多假定单个海况下波浪谱为窄谱过程，并基于此提出了使用瑞利分布、Boccotti分布来描述短期波高分布。但实际波浪往往是宽谱过程。当不同来源的波浪，如风浪和涌浪，或者当地风生浪和远场来的浪同时作用于一点时，甚至会出现多峰谱的现象，其谱宽更宽。在此情况下，基于窄带假定所提出的分布不再适用于实际波浪短期波高分布的描述。因此有必要开发出一种与谱宽有关的波高分布描述方法，为近岸工程、海洋工程、近岛礁工程相关结构物设计建造提供更准确的输入参数。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于谱宽的短期波高分布表征方法，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于谱宽的短期波高分布表征方法，包括如下步骤：
[0006]基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子；其中，统计参数包括谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；
[0007]根据当地实测资料情况确定特征参数；其中，当地实测资料包括多组短期海况下的有义波高、三一波高、谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；
[0008]根据特征参数计算分布参数；
[0009]基于谱宽因子和分布参数确定短期波高分布的超越概率。
[0010]其进一步的技术方案为，根据当地实测资料情况确定特征参数，包括：
[0011]若当地实测资料充足，则对于每组短期海况，计算三一波高与有义波高相应标准差的比值，记为ρ＝H
3m
/σ
m
，以及基于实测资料中的谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值计算谱宽因子，记为ε
m
；
[0012]利用最小二乘法拟合ρ和ε
m
的关系，得到相应的特征参数；
[0013]其中，ρ和ε
m
的拟合关系为：ρ＝aε
m
+b，a、b为计算得到的特征参数；H
3m
表示三一波高，σ
m
表示有义波高的相应标准差，且σ
m
＝H
sm
/4，H
sm
表示有义波高。
[0014]其进一步的技术方案为，根据当地实测资料情况确定特征参数，还包括：
[0015]若当地实测资料匮乏，则取a＝－0.6407，b＝3.726，其中a、b为计算得到的特征参数。
[0016]其进一步的技术方案为，基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子，与基于实测资料中的谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值计算谱宽因子的方法相同，包括：
[0017]基于谱频率和谱峰频率计算无因次频率，记为f
#
＝f/f
p
；基于能量密度谱和能量密度谱最大值计算无因次谱，记为S
#
(f
#
)＝S(f)/S(f
p
)；
[0018]根据无因次频率和无因次谱计算基于信息熵的谱宽因子；
[0019]其中，f表示谱频率，f
p
表示谱峰频率，S(f)表示谱频率对应的能量密度谱，S(f
p
)表示能量密度谱最大值。
[0020]其进一步的技术方案为，根据特征参数计算分布参数，表达式为：
[0021]c1＝(1.4157/b)2，c2＝－a/b；
[0022]其中，a、b为计算得到的特征参数，c1、c2为分布参数。
[0023]其进一步的技术方案为，基于谱宽因子和分布参数确定短期波高分布的超越概率，表达式为：
[0024]P(H/σ＞h)＝exp[
‑
c1h2(1
‑
c2ε)
‑2]；
[0025]其中，H为短期波高，σ为短期波高的相应标准差，h为无因次波高，三者均为给定值；c1、c2为计算得到的分布参数，ε为计算得到的实测短期海况的谱宽因子。
[0026]其进一步的技术方案为，根据无因次频率和无因次谱计算基于信息熵的谱宽因子，表达式为：
[0027][0028]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0029]以短期波高与相应标准差的比值为横坐标，以短期波高分布的超越概率为纵坐标，绘制实测短期波高分布图，用以表征实际波浪的短期波高分布。
[0030]本专利技术的有益技术效果是：
[0031]本申请基于统计参数计算谱宽因子，作为波高分布的超越概率的控制参数，进一步根据当地实测资料情况确定特征参数，从而计算得到超越概率的分布参数，最后基于谱宽因子和分布参数确定短期波高分布的超越概率，由波高分布给出最大波高及其发生概率；该方法适用于近岸工程、海洋工程、近岛礁工程和海洋科学中短期波高分布的表征和短期波高预报。
附图说明
[0032]图1是本申请提供的基于谱宽的短期波高分布表征方法流程图。
[0033]图2是本申请提供的描述南海某泻湖内实测短期波高分布的结果。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。
[0035]如图1所示，一种基于谱宽的短期波高分布表征方法，包括如下步骤：
[0036]步骤1：基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子，具体包括如下分步骤：
[0037]步骤11：给定所需实测短期海况的统计参数，包括(波浪)谱频率f、谱峰频率f
p
、能量密度谱S(f)和能量密度谱最大值S(f
p
)。
[0038]步骤12：基于谱频率f和谱峰频率f
p
计算无因次频率，记为f
#
＝f/f
p
。基于能量密度
谱S(f)和能量密度谱最大值S(f
p
)计算无因次谱，记为S
#
(f
#
)＝S(f)/S(f
p
)。
[0039]步骤13：根据无因次频率f
#
和无因次谱S
#
(f
#
)计算基于信息熵的谱宽因子，表达式为：
[0040][0041]步骤2：根据当地实测资料情况确定特征参数。
[0042]其中，当地实测资料包括多组短期海况下的有义波高H
sm
、三一波高H
3m
、谱频率f、谱峰频率f
p
、能量密度谱S(f)和能量密度谱最大值S(f
p
)。
[0043]该步骤具体包括如下分步骤：
[0044]步骤21：若当地实测资料充足，则对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谱宽的短期波高分布表征方法，其特征在于，所述方法包括：基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子；其中，所述统计参数包括谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；根据当地实测资料情况确定特征参数；其中，当地实测资料包括多组短期海况下的有义波高、三一波高、谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值；根据所述特征参数计算分布参数；基于所述谱宽因子和所述分布参数确定短期波高分布的超越概率。2.根据权利要求1所述的基于谱宽的短期波高分布表征方法，其特征在于，所述根据当地实测资料情况确定特征参数，包括：若当地实测资料充足，则对于每组短期海况，计算三一波高与有义波高相应标准差的比值，记为ρ＝H
3m
/σ
m
，以及基于实测资料中的谱频率、谱峰频率、能量密度谱和能量密度谱最大值计算谱宽因子，记为ε
m
；利用最小二乘法拟合ρ和ε
m
的关系，得到相应的特征参数；其中，ρ和ε
m
的拟合关系为：ρ＝aε
m
+b，a、b为计算得到的特征参数；H
3m
表示所述三一波高，σ
m
表示有义波高的相应标准差，且σ
m
＝H
sm
/4，H
sm
表示所述有义波高。3.根据权利要求1所述的基于谱宽的短期波高分布表征方法，其特征在于，所述根据当地实测资料情况确定特征参数，还包括：若当地实测资料匮乏，则取a＝－0.6407，b＝3.726，其中a、b为计算得到的特征参数。4.根据权利要求1或2所述的基于谱宽的短期波高分布表征方法，其特征在于，所述基于给定的实测短期海况的统计参数计算谱宽因子，与所述基于实测资料中的谱频...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志文，刘小龙，陈文炜，王琦彬，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：