非平稳小时级波浪参数联合时间序列的统计模拟方法
应用统计
2018-10-31 v1
摘要
许多海岸与离岸工程应用需要以约一小时分辨率的波浪参数统计模拟时间序列。已有诸多研究依赖自回归滑动平均(ARMA)过程以蒙特卡洛方式模拟波浪参数的合成序列。然而,准确刻画序列间依赖关系一直是一项挑战。特别是由于极限陡度条件的存在,波高与周期统计量之间的关系十分复杂。本文提出一种用于有效波高、平均跨零周期以及方向态变量的联合时间序列的新模拟方法。后者用于区分北向与西南向波浪。该方法基于若干模型组件,包括更新过程、带随机系数的傅里叶级数、ARMA过程、copula与状态切换。其一个特点是基于数据驱动的波高相关极限波浪陡度条件估计,用于辅助基于copula的依赖建模。该方法针对北海南部的一数据集开发并应用。对于该站点,该方法能模拟具有真实年周期与年际变率的时间序列。时间序列数据中有效波高与平均跨零周期的二元分布得到了良好表征。方向态对该二元分布的影响亦可被建模,但模拟数据中的影响不如观测数据强烈。最后,模拟序列良好地捕捉了风暴事件的持续时间与到达间隔。该模拟方法输出的潜在应用涵盖海岸风险评估或海岸结构设计,直至离岸作业的规划与预算。
引用
@article{arxiv.1810.12389,
title = {A Statistical Simulation Method for Joint Time Series of Non-stationary Hourly Wave Parameters},
author = {Wiebke S. Jäger and Thomas Nagler and Claudia Czado and Robert T. McCall},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.12389},
year = {2018}
}