有效波高短期预测方法研究

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海浪是海洋中一种常见的、复杂的波动现象。受风速、风向、地形等因素的影响,海浪的尺寸变化波动很大,其通常为几厘米到几米,但在深远海以及极端天气条件下可达几十米。海浪的无规律性对海上航行安全,海上科考,海上作业以及海洋能的开发利用等带来了巨大的挑战。有效波高是描述波浪特征的重要参数,有效波高的预测是解决上述问题的有效途径。有效波高预测有利于提前了解海上波浪环境,做出正确的决策,保障海洋中资源的开发以及海上航行人员和货物的安全性。同时,有利于波浪能转换设备的操作成本优化和可靠性的提升,以及波浪发电操作人员合理规划波能发电系统的能量输出,提高电力系统运行的可靠性。这对系统的运行有显著的经济影响,可以大幅度降低成本。本文对有效波高的短期预测技术进行了以下几个方面的研究:首先,通过分析有效波高序列的平稳性,建立了基于求和自回归滑动平均模型的有效波高时间序列预测方法:时间序列方法是基于有效波高历史数据进行预测。通过对实际有效波高数据进行模拟预测,其预测结果优于持续性法,是一种有效的有效波高预测方法。其次,建立了基于物理模型的有效波高预测方法:基于GFS(Global Foreasting System)预估风场与WAVEWATCH-Ⅲ波浪数值模型,模拟预测了北太平洋区域有效波高,通过与实际有效波高数据对比,证明该方法可用于有效波高的预测,尤其在于区域性波浪预测具有良好的性能。最后,提出了一种基于平均互信息(Average Mutual Information,AMI)准则的有效波高组合预测方法:通过AMI准则确认模型的输入特征,以遗传算法优化支持向量回归模型,结合驱动风场与历史数据,以预测未来有效波高。从统计结果可以看出,该方法在各项统计指标中均优于时间序列算法。
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