海洋環境學習題

2022-12-06 17:24:06 字數 1358 閱讀 8016

根據下表統計結構計算weibull函式三引數,並求解設計波高。

一、計算原理

海上定點波浪觀測短期子樣的統計特徵,有義波高的長期累計子樣為:

大量觀測分析表明,子樣代表的隨機過程仍然是乙個平穩的隨機過程,可以尋求適當的概率密度函式來擬合觀測結果,而三引數的 weibull 函式就能用來恰當的擬合觀測結果。

為三引數的 weibull 函式。其中 h0 為最小閾限水平,hc 為尺度因子,

相應的累計概率函式為:

對 weibull 累計概率函式線性化,移項,取對數:

移動負號,再取對數:

做變數置換:

則有: 為截距 b 和斜率ξ的直線方程。

給定子樣:

考慮到直線方程只能解兩個未知數,對第三個未知數必須假定。通常,取 h0=0 (第一次近似)。可以用作圖法和最小二乘法計算得到另外兩個引數:

b和ξ則:

同時, 可以得到本次近似計算的擬合誤差平方和:

迭代計算:在一系列 h0的假定下,重複上述計算,得到相應的擬合誤差平方和集(子樣)

由此得到其最小值σmin和對應的 h0,再重複一次計算,

最後,得到關於三引數的最優解:

將三引數最優解帶入相應的公式可以求出設計波波高hd。

二、計算程式及程式說明

計算過程說明:

我們取有義波高hs的在每段範圍內的平均值,如hs在(0—0.49)範圍內我們取hs等於0.245 ,算出p(hs) ,依次求出各個有義波高下的概率,然後累計求和,求出各個波高下的累計概率p(hs)。

然後代入公式(先假設h0=0)

求出對應得不同有義波高下得xi,yi的,然後利用excel中最小二乘法擬合公式求:

斜率ξ:=index(linest(known_y's,known_x's),1)

y 軸截距b:=index(linest(known_y's,known_x's),2)

再利用公式 ,帶入原來的x值, 求出新的y′然後求出h0下得各點誤差σi,進而求出相應的誤差平方和σσi2

改變h0 ,用上訴相同的方法求出不同h0下對應的誤差平方和σσi2,找出乙個誤差平方和σσi2 最小下得h0,再代入上述公式求出關於三引數的最優解

h0 , hc , ξ]σmin

代入下列公式

求出設計波波高hd= 9.28168m。excel列表如下(以h 0=0 為例)。

h0=0時的線性化weibull函式圖

在不同h0下的誤差平方和σσi2

三、計算結果

由excel**我們可以求出當h0=0時 ,σmin最小,這時候所得出的三引數最優解是

h0=0 ,hc= 1.047735 ,ξ= 1.363397,代入下列公式

求出設計波波高hs= 9.28168m。

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