随机变量极值函数的分布及数字特征

讨论了服从几何分布和指数分布的二维随机变量极值函数分布及数字特征等相关问题.除了都具有无记忆特性,服从几何分布和指数分布的随机变量的极值函数也具有分布结构相似的特点.给出二维随机变量的极值函数的期望和方差的计算公式,并且和协方差的定义做了比较.

有限混合费希尔分布极值密度函数的渐近性质

设有限混合费希尔分布的分布函数由F(x)=∑_(k=1)^(r)p_(k)F_(k)(x)确定,通过对有限混合费希尔分布尾部表达式的精确展开,判断了在线性赋范和幂赋范条件下的极值分布类型分别为F∈D_(l)(Φ_(v_(1)/2))和F∈D_(p)(Φ_(1)).基于有限混合费希尔分布极值分布的渐近展开式,推导出在线性赋范和幂赋范两种不同条件下极值密度函数收敛的高阶渐近展开式,得到有限混合费希尔分布极大值密度收敛到Fréchet极值分布密度的结论.

威布尔极值分布及其参数估计方法在储罐底板RBI计算中的应用

在常压储罐底板定量风险评估(RBI)过程中,底板腐蚀速率的选取会影响储罐整体风险等级的确定。基于威布尔极值分布理论,针对储罐边缘板,采用最佳线性无偏估计(BLUE)的方法计算了威布尔分布参数;针对储罐中幅板,采用简单线性无偏估计(GLUE)的方法计算了威布尔分布参数,随后通过线性回归理论分别计算了边缘板和中幅板的腐蚀速率,并将其赋予为腐蚀速率专家值对储罐底板进行了RBI计算。结果表明,威布尔极值分布理论计算可以科学合理地预估储罐底板腐蚀速率,边缘板的腐蚀速率为0.133 mm/a,中幅板的腐蚀速率为0.095 mm/a,与理论算法腐蚀速率的误差为3.6%,储罐底板风险等级为中高风险,在一定程度上解决了储罐RBI计算过程中腐蚀速率选取的难题,可为今后检验检测机构RBI的评估工作提供一定的技术支撑。

珠海市16方位风速极值分布特征

为了更精确地定量描述珠海市的极端大风情况,采用基于POT的广义Pareto分布(GPD)方法,对珠海市2004—2022年逐日10 min最大风观测数据,分别进行了全风向风速和16方位风速的极值模拟,结果表明:香洲区东部、海岛、金湾区和高栏港西部的风速平均阈值较大。极端大风重现水平也最高,50和100 a重现期的重现水平分别达到了30和38 m/s以上,其中高栏港西部、海岛不仅平均大风较多,发生破纪录的极端大风概率也较大;大部分地区的极值指标较大,极端大风事件之间近似独立;斗门北部、高栏港、香洲东部的极端大风近年有明显增加的趋势。珠海大部分站点最大的极端大风风向都为NE、ENE和NNE。极端大风除了受到天气系统的影响,地形的影响也不可忽视。

基于插值修正ACER的脐带缆响应短期极值预测方法研究

针对脐带缆在随机载荷作用下其响应难以准确预测的问题,本文提出了一种基于插值技术与平均条件超越率(average conditional exceedance rate,ACER)的海洋脐带缆响应极值预测方法。构造随机波浪荷载作用下脐带缆结构响应的数值模型,获取脐带缆关键位置处的张力与曲率响应时程数据。分别求解张力和曲率时间序列对应的1~4阶ACER函数值,选取合适阶数的ACER函数,采用三次样条插值与B样条插值技术对平均条件超越点的尾部区域进行插值。对插值曲线外推,实现在不同超越概率下脐带缆的结构响应极值预测。本方法适用于非独立同分布下的海洋脐带缆张力与曲率响应数据的极值预测,并利用Gumbel极值分布模型进行对比,讨论并验证本文所提方法在海洋脐带缆响应极值预测中的适用性。

基于广义极值分布的巴颜喀拉块体中部地震危险性分析

本文对广义极值分布模型的构建机理进行了深入详细的阐述,给出了逻辑意义更加合理的的重现期和重现水平定义,以及相关的地震危险性评价指标。在此基础上,应用构建模型对巴颜喀拉块体中部的地震危险性做了客观的评价,得出巴颜喀拉块体中部每年的平均最大发震为M_(s)5.1,每20年发生M_(s)6.0以上强震可能性超过97%,M_(s)7.5左右的超强震约100年一遇,块体内部孕育地震的能量积累迅速。

台风影响下鲗鱼涌站极值潮位非一致性分析

为研究全球变暖和人类活动大背景中台风影响下的多年一遇潮位设计值是否发生改变,本文针对鲗鱼涌站台风暴潮过程极值序列,对基于年极值数据的非一致性广义可加模型(Generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS)进行了改进,提出了非一致性条件下的泊松复合极值分布模型,并分别采用一致性设计值计算方法、期望超过次数(Expected number of exceedances,ENE)法、设计年限水平(Design life level,DLL)法、等可靠度(Equal reliability,ER)法和设计年限平均值(Average design life level,ADLL)法,计算了潮位设计值。研究表明,非一致方法计算的潮位设计值高于一致性方法计算的潮位设计值,且ER法和ADLL法适用性更广,可为海岸防灾减灾提供指导。

基于广义极值分布的线路负载率指标及计算方法

针对高随机性负荷渗透率下配电网线路负载状态评估的问题,文章在极值理论的基础上引入负荷重现水平和负荷重现期概念,建立一种新的线路负载能力概率性评价指标,即T年期线路负载率。考虑不同配网系统的负荷结构和网架结构的差异,结合负荷同时率提出一种适用于多类型负荷配网环境下线路负载率的计算方法。以江苏某工业园区、浙江某城市、安徽某农村等3种典型场景下的配电网为例分析“一年一遇”、“五年一遇”和“十年一遇”等不同重现期下的线路负载率,并对线路负载率达到不同重现水平时发生“重载事件”和“超载事件”的最小重现期进行研究。结果表明该指标能够在低样本容量下有效评估含随机性负荷的配电线路的负载状态,所提方法在含多类型负荷的配电网中具备广泛的适用性。

非高斯风荷载极值估计:基于HPM转换过程的经验公式

风荷载极值概率信息对于结构抗风可靠性设计十分重要,基于Hermite多项式模型(Hermite polynomial model,HPM)转换过程方法由于在估计强非高斯性风荷载极值方面表现优异,因而受到研究人员的青睐从而被广泛应用。另一方面,该方法的使用过程烦琐且有较强的理论性,不利于工程应用。为此,该文基于该方法提出非高斯风荷载极值估计的经验公式,首先系统地阐述基于HPM转换过程方法,接着对风荷载的极值分布函数模型展开讨论,之后通过回归分析提出风荷载极值分布函数的经验公式,并对其适用性和精确性加以验证。研究成果表明,仅需知晓风荷载若干统计特征的情况下,经验公式可快速估计风荷载极值,精度上与HPM转换过程方法基本相同,而在效率和便捷性方面显著提升,便于在工程中推广使用。

南水北调中线工程代表站降水极值的概率分布特征研究

基于南水北调中线工程受水区4个代表气象站1961—2021年年最大日降水量和年最大连续降水量,建立Pearson-Ⅲ型分布(P-Ⅲ)、广义极值分布(GEV)和Wakeby分布(WAK)的一维概率分布模型;根据从以上3个模型中选出的最优分布模型构建各站的Frank、Clayton和Gumbel Copula二维联合概率分布模型,并根据最优一维、二维模型分析重现期问题.结果表明:①南阳站、石家庄站和北京站强降水有由多日向单日集中的趋势.②GEV和WAK较P-Ⅲ分布在拟合斜率迅速减小的分布曲线时效果更好,WAK的效果又优于GEV.③郑州站和石家庄站20年一遇以上的降水值大于南阳站和北京站.④各站两个降水极值序列的Spearman和Kendall秩相关系数均较高,其中石家庄站最高,北京站次之,郑州站最低.⑤Gumbel Copula函数构建的二维联合分布最优;各站观测值的“或”(“且”)联合重现期大部分在10年(30年)以下,所有单要素重现期组合下的“或”(“且”)联合重现期,各站间的排序与两个秩相关系数各站间的排序一致(相反).

基于广义极值分布的点蚀管道剩余寿命预测及案例分析

为了预测点蚀管道的剩余寿命,在对老龄管道腐蚀失效段的腐蚀深度进行拟合统计分析的基础上,建立广义极值分布函数,采用改进的人工鱼群算法(IASFA)优化模型参数,并利用估计结果预测整条管道最大腐蚀深度,基于可靠度理论预测了管道剩余寿命,并进行了案例分析和算法对比。结果表明,不同服役年限下腐蚀深度符合的概率分布函数不同,Gumbel分布、Frechet分布和Weibull分布的拟合优度较好,其余模型的拟合效果较差,仅用一种模型表征腐蚀状况具有局限性;通过案例分析,广义极值分布法、有限折线近似法、常规剩余寿命预测法计算的管道设计寿命分别为30.96、23.87、20.77 a,剩余寿命分别为14.96、7.87、4.77 a,广义极值分布法的计算结果与实际设计寿命一致,预测模型不受数据分布限制,其结果具有实际的指导意义。

基于三种不同分布函数的西藏东部地区极大风速估算研究

基于西藏东部地区9个站点40~67 a的长期观测数据(最早自1953年起)与61个站点2014年后的短期观测数据,利用三种不同概率密度分布函数,估算西藏东部地区极大风速并研究其时空分布情况。结果表明:长期来看,西藏东部地区位于西风带与季风共同影响区域,主要以西北风(频率达27%)为主,99%的样本风速不超过9.0 m/s,风速超过15.0 m/s的仅占万分之1.6;对实测极大风速分别进行极值Ⅰ型、极值Ⅱ型和极值Ⅲ型分布函数拟合,发现不同时期数据拟合后的参数无显著差异;利用最小二乘法进行检验订正,可使估算的极大风速的平均绝对偏差和均方根误差大幅降低,观测数据时间序列越长整体估算效果越好;基于极值Ⅱ型函数估算的西藏东部地区极大风速分布能更好地表征该地区实际极大风速的空间分布,极大风速变化范围为13.2~30.9 m/s。

四类扩展分布的最大值吸引域

针对文献中出现的四类扩展分布:Marshall-Olkin扩展分布、Alpha Power扩展分布、Kumaraswamy扩展分布与Beta扩展分布,研究了它们的最大值吸引域.在给定原分布所属最大值吸引域的情况下,通过选取适当的规范化常数,得到此四类扩展分布的最大值吸引域.

基于遗传算法的气候突变对江西省分期降雨极值分布的影响

为了研究气候变化对江西省内主汛期降雨极值分布的影响,以江西省1960~2017年的逐日降雨资料为基础资料,采用多种检验方法检测突变点并对突变点进行检验,使用遗传算法与Fisher最优分割法对气候突变前后的汛期进行分期,并对气候突变前后分期降雨极值分布与设计降雨进行探讨。结果表明,1960~2017年江西省降雨量突变年为1991年,广昌与鄱阳湖区域需重点关注极端强降雨的发生;遗传算法适用于汛期划分与分期,气候突变后(1991~2017年)江西省主汛期设计降雨值大于气候突变前(1960~1990年),也大于整时段(1960~2017年)所得设计降雨值,在以设计降雨为基础推求江西省设计洪水时,需考虑气候变化对设计降雨值的影响,加强对洪水的防范。

基于极值Ⅰ型概率分布模型的湖南地区电网覆冰重现期计算

分析电网覆冰重现期,对于掌握冰灾规律从而指导抗冰工作具有重要指导意义。为此,提出了基于极值I型分布的电网覆冰重现期计算方法,结合97个气象站1951-2008年的覆冰日数观测数据,计算了97个气象站点15a一遇、30a一遇、50a一遇和100a一遇冰灾的覆冰日数,计算结果显示,长沙马坡岭气象站100a一遇的覆冰日数为14.78d。按照特别严重覆冰重现期为11d以上的划分标准,在极值Ⅰ型计算模型下,湖南电网特别严重覆冰重现期为24.8a。根据计算结果,绘制了湖南省多年一遇覆冰分布图,该图显示,湖南的覆冰严重区域集中在湘西南和湘东南地区。覆冰分布图为今后电网抗冰设计工作提供了指导。

标准化降水指数与广义极值分布干旱指数在西北地区应用的对比分析

从气象干旱的角度出发,对比分析了基于广义极值分布理论构建的新干旱指数GEVI(General-ized Extreme Value Index)和我国广泛应用的SPI(Standardized Precipitation Index)指数,详细讨论了SPI和GEVI指数在西北地区干旱监测中的适用性。结果表明,SPI和GEVI指数在计算原理上具有相似性,在一定程度上衡量某一地区干旱程度和反映干旱范围方面具有一致性和可替代性。但因两者采取不同的分布形态,对干旱等级的衡量效果不尽相同。GEVI指数在拟合降水量分布函数时更为详尽、客观。在西北5省(区)的干旱监测中,对地处干旱半干旱区的甘肃来说,GEVI指数在干旱强度判定方面优于SPI指数;对年降水量最少的新疆地区来说,GEVI指数比SPI指数在干旱监测方面更为适用。

广义极值分布在地震危险性分析中的应用

利用广义极值分布研究地震最大发震震级的规律,给出了广义极值分布下地震危险性分析的相关公式与方法,并对台湾地区历史地震资料进行极值统计分析,发现最大震级超过7级的地震理论发震次数与实际发震次数完全一致,在此基础上预测了未来几年发震的危险性。

基于Monte Carlo法的极值分布类型及其参数估计方法比较

为探讨极值概率分布模型(极值Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分布)在工程场地重现期内极值风速预测中的适用性,以工程上常用的风速分布模型为依据,采用Monte Carlo数值模拟法分别产生服从指数分布、正态分布、瑞利分布、威布尔分布、对数正态分布、广义极值分布的伪风速母样.基于以上伪风速母样分别使用极大似然参数估计法和概率权矩法对极值Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分布模型中的参数进行估计,并与伪风速母样的理论极值分布进行对比分析.结果表明:极大似然参数估计法适用性较强,参数估计精度较高;重现期内极值风速的估算对风速母样分布类型敏感,服从不同分布的风速母样,应有针对性选用极值分布类型估算重现期内极值风速.

可考虑历史洪水信息的广义极值分布线性矩法的研究

在水文及其他行业中广义极值分布(GEV)是一种较为常用的分布线型,包括极值Ⅰ型、极值Ⅱ型和极值Ⅲ型分布。在介绍了该分布线性矩与其参数关系后,给出了有效的可以考虑历史洪水信息的线性矩公式,并对由线性矩推求分布密度函数中k值作了改进。通过统计试验计算分析了线性矩在该分布中的统计性能及历史洪水公式的适用性,并与绝对值准则和平方和准则两种不同优化适线法、矩法作了比较。统计试验表明,改进k值计算后的线性矩法略优于传统线性矩法。从总体上讲,改进k值计算后的线性矩法优于平方和准则适线法及矩法,其参数及设计值的不偏性很好,与绝对值准则适线法总体上相当。

泉州湾高铁斜拉桥桥塔截面均匀温度分量极值研究

根据泉州湾高铁斜拉桥桥塔1年实测温度和气象资料,采用Bootstrap方法建立桥塔截面均匀温度分量的最大熵极值模型,分析桥塔截面均匀温度分量的日变化和年变化特征,估算桥塔截面均匀温度分量在不同重现期的温度代表值。预测一定重现期内桥塔截面均匀温度分量日极值的时程曲线及其表达式,得到均匀温度极值的时空特征。研究结果表明:桥塔截面均匀温度分量以年为周期随季节变化,呈余弦式曲线波动;春秋季的桥塔截面均匀温度分量日变化幅值比夏季的大,但远小于年变化幅值,对桥塔变形的影响可忽略不计;桥塔截面均匀温度分量50年一遇和100年一遇的最高温度代表值分别为36.09℃和36.48℃,最低温度代表值分别为3.91℃和3.52℃;本文所提方法可为桥塔等结构根据短期温度实测值建立极值概率模型并预测极端环境条件下桥塔等结构的均匀温度极值。