考虑台风多因子影响的联合设计参数推算新模式

【摘要】：各种极端海况(风速、波高、暴潮、海流等)直接引起近海工程、海岸工程、河口海岸城市的灾害性破坏以及人员伤亡,从而造成巨大的经济损失。同时,在台风影响海域,各海洋工程结构常常遭受风、浪、流等各种海况的联合荷载效应,从而合理推算各种海洋环境条件的联合设计标准直接影响到近海工程的安全性与经济性。近年来,国际上也大力开展风、浪、流等各种海洋因素的联合作用研究。 由于在台风影响海域,台风是发生各种海洋灾害的重要原因,为克服传统极端海况设计标准推算方法的先验性或单变量因素的局限性,同时考虑影响极端海况的其他重要的台风特征量,本课题基于测度论、多元极值理论、变分理论等推导出了考虑台风二因素——台风发生频次和台风强度——的二维复合模型来推求海洋环境条件的设计参数。此模型不仅能够更全面地考虑台风对各极端海况的影响,而且很好地避免以往传统应用模型中分布函数不完整的缺点。接着,在分析台风两个特征量因子的概率特征时,本文推导出此二变量符合二维离散最大熵分布,同时提出了对台风两个特征量因子进行约束的四个符合实际情况且符合公理的约束条件,并基于最大熵原理推导出此二变量所服从的二维离散最大熵分布的具体表达形式。此分布函数既能够充分尊重客观实际情况,又能够充分利用已知观测数据,还一定程度上减少了传统方法中人为选择分布函数的先验性。此离散分布函数含有六个待定参数,使得该分布函数具有很好灵活性和适应性,而待定参数可通过矩方法推得的一方程组和实测数据数值解得。最后,由于台风作用下产生的风暴潮(台风浪)灾害是造成人员伤亡和财产最严重的灾害,同时台风浪波高和风暴潮水位对海洋工程最为直观和重要,从而本文在应用新模型时,选择台风浪波高和风暴潮水位作为两连续变量,而其联合分布函数本文则站在描述两个变量间相关结构的角度,应用以Copula方法为基础的推得的二元联合概率分布。 为检验新模型,本文不仅将新二维离散复合分布模型的低维模式与传统的一维复合分布模式进行比较,说明其低维模式的优点,而且将新二维模式用于推算潮涟岛台风浪极值波高和风暴潮极值水位的联合设计参数,并将其结果与传统模型所得的结果进行比较以说明其合理性与正确性。本文旨在提出新模型,以期为有关部门提供新的推算设计参数新方法。