目前世界经济进入资源环境瓶颈期，陆地资源和空间所承载的压力越来越大，世界各国纷纷将开发资源丰富的海洋纳入国家发展战略。但是海洋环境也正在逐渐变得恶劣，各种海洋灾害频发，对各种海洋工程装备和设施提出更高的要求。准确推算海洋极端环境要素出现概率和大小对海洋工程的安全性和经济性起到至关重要的作用。在海洋工程结构设计中，海洋极端环境条件及其导致的环境荷载的确定是重要的基础环节之一。目前，各国技术规范中估计海洋环境设计参数基本都选取每年最大值进行统计，该方法严重浪费数据，从原始数据中只获取少量信息，需要相对长期资料才能保证估计值合理性；另外各国现行方法中主要采用单因素频率分析法估计海洋环境要素设计参数，由于该方法没有利用联合分布分析方法考虑多种海洋环境条件共同作用，各种海洋环境条件的影响都是独立分析后再简单叠加，可能导致设计参数偏大，从而增加工程的建设成本。本文主要从一维和多维两个方面对超阈模型进行研究，主要研究内容和创新点如下：首先分析一维超阈法取样，主要提出超阈模型分析海洋环境参数中新的取样分组方法和解决选取最佳阈值的问题。分析分组的基本原则以及现有的分组方法的优缺点，把握分组中关键因素：区分大浪与小浪以及两个连续大浪位置，结合时间窗口分组和双阈值分组方法提出新的超阈模型分组方法；利用超阈模型中的GPD模型和PDS模型与传统的分组方法对比，可知本文分组方法可行。目前在我国P-G (泊松-龚贝尔)复合分布模型使用较多，该模型在台风不明显海域使用时同样需要面临选阈的难题。本文通过分析P-G复合分布法取阈原理，结合变点统计理论，提出新的取阈方法。通过多组长期波浪数据比较验证，证明该取阈方法可行。将该取阈值结合P-G复合分布模型能用于台风浪后报数据进行分方向的极值统计。针对利用多维联合概率分析多种环境条件的共同影响，本研究提出多维超阈模型及其随机模拟求解方法。类似一维超阈分布于极值分布关系，建立多维超阈分布模型，首次提出多维泊松复合超阈分布模型。该分布模型能考虑每年超阈大浪过程频次的影响，用多维超阈理论分布来拟合超阈样本，较其它多维分布拟合超阈样本更有理论依据。提出多维超阈分布共同阈值求解方案，但仍需改进以克服人为因素的影响。根据多维超阈分布定义，利用拒绝法建立多维超阈分布的随机模拟方法步骤，进一步结合多维复合分布原理，建立多维泊松复合超阈分布的随机数产生方法，为多维超阈模型的高维求解提供了可靠的随机模拟解法。以南海遮浪水文观测站23年(1960-1982)波浪和风速同步实测资料为例，确定其共同阈值，用二维超阈模型计算其联合分布概率，结合基底剪力经验公式计算其多年重现期值。利用随机模拟方法求解该算例，随机模拟结果和解析解结果接近，证明本文随机模拟方法可行。随机模拟方法很容易类推至高维，为高维的超阈模型分析海洋工程多种极端环境条件问题提供可行方法。