[發明專利]一種基于風暴模式的最大單波波高Hmax計算方法

有效

• 申請號: 202110003054.3
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112818512B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 顧晨
• 申請（專利權）人: 上海勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 楊琛

本發明提供了一種基于風暴模式的最大單波波高Hmax計算方法，包括以下步驟：S1、準備基礎數據，搭建波浪模型，獲得長時間二維波浪模型結果；S2、提取任一點波浪參數時間序列；S3、對該時間序列進行風暴模式計算，得到可用于長期極值分析的風暴數據庫：a、定義單波波高H(單位為m)的短期分布；b、單波波高風暴模式計算；c、單波波高的長期分布。本發明的有益之處在于，可以改進最大單波波高極值求解的方法，并能廣泛應用于海洋水文領域。

技術領域

本發明涉及海上工程分析計算領域，尤其涉及一種基于風暴模式的最大單波波高H_max計算方法。

背景技術

最大單波波高H_max是海洋工程結構設計中的關鍵水文參數。極值分析作為一門統計學，除了運用合理的分布和確保擬合度以外，其計算的準確性極大程度上依賴于樣本數據的數量和質量。現在多采用實測波浪數據，記錄真實波面隨時間變化的過程，進而統計出最大單波波高的方案，該方案的缺點是需要在外海進行實地測量，測量時間和地點較為固定，經費昂貴，靈活性不足。對于工程前期規劃和初步設計階段來說，在缺乏數據基礎的情況下很難開展工作。另一種通用方案是根據已經求得的有效波高極值進行換算，但在換算過程中通常采用一個固定的系數，計算精度難以衡量，也難以解釋清楚其背后的物理概念。

目前有一種較為先進的方法，其通過數值模型如MIKE 21SW模型計算輸出H_max(單位為 m)：

在此公式中，是通過假定波浪服從Rayleigh分布來確定的，

其中H_m0為零階矩有效波高(單位為m)，N為波浪個數，N＝時長/T₀₁，“時長”通常設為 10800秒(3h)，T₀₁為一階矩波浪周期(單位為s)；

是通過假定波浪為單波來確定的，

其中k為譜峰波周期對應的波數，d為水深(單位為m)。

是深水條件下的破碎波高，其和H¹_max取較小值作為最大波高H_max。

在上述方法的基礎上，需要對實際物理海洋的過程進行長時間后報，并且進一步探究單波波高的短期分布形式和長期極值的計算方法，為海洋工程結構設計的氣象水文參數提供一種新的求解思路。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提供一種基于風暴模式的最大單波波高Hmax計算方法，從而為Hmax的統計提供合理、準確且大量的樣本數據。

本發明提供了一種基于風暴模式的最大單波波高H_max計算方法，包括以下步驟：

S1、準備基礎數據，搭建波浪模型，獲得長時間二維波浪模型結果；

S2、提取任一點波浪參數時間序列；

S3、對該時間序列進行風暴模式計算，得到可用于長期極值分析的風暴數據庫：

a、定義單波波高H(單位為m)的短期分布：

單波波高H為一個波周期中連續兩次零向上交叉的最高波峰和最深波谷之間的差值；

假定零階矩有效波高H_m0(單位為m)依據Forristall分布，Forristall單波波高及波峰高度的短期分布函數為：

其中，H_m0為零階矩有效波高(單位為m)，分布參數α和β如下：