复合极值分布理论及其工程应用

复合极值分布理论在国际上公开发表以来得到了国内外的大量引用和应用。本文就该理论由一维拓宽至多维进行了理论论述 ,并对其不同模式在海岸、海洋和水利工程中的应用做了实例计算。

台风诱发暴雨降水量的概率预测

每年由台风诱发暴雨引起洪水、滑坡等灾害在我国沿海地区造成巨大损失。作者采用多维复合极值分布理论(Multivariate compound extreme value distribution),以受台风暴雨危害较严重的浙江温州地区为例,对台风诱发暴雨的降水量进行了概率预测。该理论以影响暴雨强度的台风中心气压差和降水量为研究对象,并考虑导致极端降水的台风过程的出现频次的概率特性,预测结果较传统方法更为合理和安全。

台风作用下核电站海岸防护标准的概率分析

随着全球气候变暖和海平面上升,台风发生的频次和强度呈逐年增大的趋势。由台风引发的灾害及带来的后果促使人们必须重新评估核电站的海岸防护标准。文中对核电安全规定中的"可能最大台风"(Probable Maximum Typhoon)、"可能最大暴潮"(Probable Maximum Storm Surge)、"设计基准洪水"(Design Basic Flood)进行了概率分析,并用"双层嵌套多目标概率模式"(DLNMPM)对设计规范计算结果进行了修正。

卡特里娜飓风的启示——有关海洋和水利工程的风险分析

2005年卡特里娜(Katrina)和丽塔(Rita)飓风对美国新奥尔良市和佛罗里达东部海岸带来的灾难性破坏,验证了笔者在20世纪80年代初期提出的复合极值分布理论及其对上述海域飓风强度预测结果的正确性。以此为鉴,讨论了海岸、近海、水利和城市防灾工程中引入不确定性分析和多维联合概率理论进行风险分析的必要性。

Poisson-Logistic二元复合极值模型在平台甲板标高设计中的应用

考虑到平台所在海区台风出现的频次及其诱发之风、浪、潮、流极端海况联合出现的概率特性,本文推导出Poisson-Logistic二元复合极值模式,并以平台甲板标高进行实例计算。新模式增加了概率模型的物理内涵,解决了Logistic模型阈值选取的任意性。对海洋工程极端海况荷载组合预测具有广泛的应用前景。

海洋立管综合环境条件设计标准研究

首先用有限单元法推导海洋输液立管在外界环境荷载条件下的侧向振动微分方程。对渤海某海区的 15次风暴过程作了抽样分析 ,得到以波高为主时的波高、流速序列和以流速为主时的波高、流速序列 ,并对其进行了Weibull、Gumbel、Log nor mal等适线分析 ,以确定各序列的最优分布形式及相应的特征值。用重点抽样法进行随机模拟得到联合概率为百年一遇的波高和流速。针对浅海固定式平台铰接的海洋输液立管 ,以最大应力为控制条件确定其联合设计标准 ,并与其它方法作了比较 ,得到一些有益的结论。

人工鱼礁工程的风险评估

对台风暴潮影响下的嵊泗海域人工鱼礁工程做了风险评估,考虑了台风暴潮中出现的大浪和风暴潮减水对鱼礁联合作用的危害。风险评估分为危险灾害识别、失效概率计算、失效后果评估、风险准则评定和风险管理决策几个主要的步骤。在失效概率的计算中采用基于应用设计点的重点抽样法随机模拟的技术,这一随机模拟技术可以广泛的应用与海洋工程结构的风险评估当中。

海洋环境条件联合设计标准

随着海洋开发事业的进展，海洋环境设计标准的选定，已成为决定工程结构安全、造价及合理形式的最主要因素之一。基于海洋环境条件的复杂性、多变性及随机性，惯用的海洋工程设计标准无法考虑多种环境条件联合出现的概率，往往过高地估计环境条件设计标准，造成不必要的浪费。本文以实测和后报资料为基础，按照多维联合概率理论，应用随机模拟技术，研究了作用在海洋工程结构物上的风、浪、流联合荷载及相应的联合概率水平问题，提出了可供工程实践采用的环境荷载联合设计标准。

海洋环境因素极值组合及设计标准

由于海洋环境条件的复杂性、多变性及随机性，设计标准的选取是决定工程结构安全度、造价、效益及合理型式的主要因素。传统的设计标准，无法考虑海洋环境条件的随机组合，往往过高估计环境条件设计标准，造成不必要的浪费，甚至使具有开发前景的油田失去开采价值。以实测和后报资料为基础，使用多维联合概率的随机模拟技术，结合不同结构型式的极值响应及不同资料样本的选择方法，提出了海洋工程结构物上的风、浪、流、潮联合荷载及相应的联合概率水平问题，用以作为海洋工程环境荷载设计标准。

海洋工程环境条件设计标准优化选择法

在各国的规范和设计标准中,都是以“重现期”作为海洋工程环境条件的设计标准。这种方法虽然简便实用,但不易从经济和安全的角度来综合评价一个项目的合理性,特别是对于生存期较短的工程结构,更难以合理选择设计重现期。为了合理解决设计标准问题,本文提出了以结构失效概率为约束条件,以工程结构最低造价为目标函数的海洋环境条件设计标准优化选择法,并以南海北部湾早期生产系统的自升式平台的改装为例,进行了实例分析计算。

沿海和河口城市防灾设防标准系统分析

本文针对天津、上海、青岛等三种不同类型的沿海、河口城市 ,运用灰色理论、随机模拟等方法进行了洪水、风暴潮、巨浪等环境因素的计算 ,并进行了灾害经济损失的风险分析 ,给出了不同的防灾设防标准。

对我国两种海堤规范设计波浪标准的风险分析

面对全球气候变化,海平面上升的趋势,极端气候致灾因素诱发的灾害已成为影响各大洋沿岸及亚洲各国人民生命财产安全和经济发展的重大问题。就我国而言,台风、暴潮、巨浪、暴雨灾害已直接影响到沿海和内陆各省人民的生命财产和可持续发展。介绍极值预测理论及其在国内外海岸工程中的应用,并对比我国水利部海堤工程设计规范建议的不同波高概率预测理论和方法作为设计标准进行了风险评估,以期工程设计达到防灾减灾的目的。

我国滨海核电站防护工程设计标准研究

面对全球极端气候频发的趋势,国内外核电站海岸防护工程普遍采用"可能最大台风暴潮"、"设计基准洪水"等具有含混性的规定作为确定防灾设计标准的依据,其内涵的各种不确定性因素必然会对防灾决策带来重大的致灾隐患。按照国务院核电站安全规划(2011-2020)提出的"必须按照全球最高安全要求",全面开展滨海核电站防护工程设计标准研究己势在必行。使用多维复合极值分布理论及双层嵌套多目标联合概率模式,将核电站水文与气象的研究标准合二为一,对IAEA及我国滨海核电站防护工程设计标准进行了风险评估,供有关部门参考。

台风诱发暴潮极端潮位的预测方法

以杭州湾为例,根据水文站历史潮位资料,采用改进的灰色马尔可夫预测模型对台风诱发暴潮的极端潮位进行预测。同时采用复合极值分布理论对可能出现的极端潮位进行概率预测,使预测结果更为接近真实数值。

波浪力系数 C_d、C_m 的不确定性分析

本文在大量试验和海上实测资料的基础上,对 Morison 公式中的速度力系数 C_d、惯性力系数 C_m 的取值进行了不确定性分析,并得到了相应的协方差(COV),该值对海洋工程概率设计及可靠性分析具有重要意义。

蒙特-卡洛方法在海洋工程设计中的应用

近年来,我们在有关海洋工程的问题中,应用蒙特-卡洛方法取得了一定的成果.这表明,在海浪统计分布的参数估计、台风波浪长期极值分布的概率模式检验和海上平台失效概率估计等方面,蒙特-卡洛方法都可以得到广泛的应用.

台风灾害极值预测——模式和应用(英文)

台风灾害是影响中国2.5亿人民生命财产和经济发展的重大问题。鉴于现行台风防灾减灾领域存在的问题,提出了"多维复合极值分布"理论及相应的"双层嵌套多目标概率模式",并应用于美国卡特列娜飓风巨灾预测和验证、上海设防标准、杭州湾特大超高水位,三峡设计洪水的概率预测及风险分析,显示了新理论的科学性、先进性和实用性。

海冰荷载设计标准的不确定性及联合概率分析

海冰荷载为寒冷海域海洋工程结构设计的控制条件。当前的工程设计中，大多以平整冰厚和海冰强度两项指标作为设计标准，但是影响平整冰厚和海冰强度的因素，诸如水温、气温、冰温、盐度、风场等，都具有很强的随机性。一般的数值模拟方法，只能给出平均状态的结果，无法表达各种随机因素影响下海冰的厚度和强度的概率特征。本文采用不确定性分析和联合概率分析的方法，研究了海冰厚度、强度设计标准的离散度（ｃｏｖ）以及联合概率分析法在海冰设计标准中的应用。

港口及海岸工程防灾理论体系的研发及其应用

本文介绍了中国自主研发的复合极值分布理论和多维复合极值理论30多年来在国内外的引用和应用,特别是2005年Katrina和2012年Sandy飓风对新奥尔良市和新泽西州及纽约周边带来的灾难性破坏,以及2013年菲特台风诱发上海超警戒水位,都验证了1982及2006年使用上述理论预测结果的正确性。本文就该理论在海洋,海岸、港口等工程防灾设防标准中的应用,对国内外有关规范的防灾标准进行了风险评估和建议。

基于马尔可夫链的极值波高预测

本文研究了由日最大波高系列估算设计极值波高时，相邻日最大波高间的相关性对极值预测的影响。从日最大波高系列遵从马尔可夫链的假定出发，考虑到国内外经常采用对数─正态分布和韦布尔分布拟合波高长期分布的现实，本文用解析法求解了对数─正态分布情况下的极值预测。同时，对解折法难以求解的非正态随机变量情况（如韦布尔分布），用计算机随机模拟方法求解其极值预测。用上述两种方法对北大西洋和北海有关日最大波高系列的预测结果表明，考虑了马尔可夫概念的预测方法，比常用预测方法所得的百年一遇设计波高值低10％左右。