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船舶和海洋结构物长期服役在恶劣的海洋环境中,受到风、浪、流等各种随机载荷甚至极端载荷的作用,而极端载荷将造成不可逆的结构损伤,严重影响海上作业安全。因此,根据有限的历史气象资料,确定船舶与海洋结构物所在海域未来可能出现的极端天气情况,实现重现期内的风速、浪高等海洋环境特征极值预报,对船舶与海洋结构设计与安全具有重要的现实意义。本文首先基于平均条件超越率(ACER)的基本原理,研究基于ACER原理的Naess-Gaidai法(N-G法)预测极值的过程,并分别针对N-G法在极值预测过程中存在的局限性,提出了两种海洋环境特征极值预测的方法,对两种方法的有效性和可靠性进行了对比验证,并采用两种方法,对夏威夷群岛附近标号为Ⅰ号海域和ⅠⅠ号海域的实测风速、浪高等海洋环境特征进行极值预测。主要研究内容包括:(1)研究N-G法对利用蒙特卡罗法产生多组随机极值风速样本和实测风速的预测过程。(2)针对N-G法在海洋环境特征极值预测过程中,存在计算过程较为复杂,计算结果较为保守的局限性,提出了基于Levenberg—Marquardt法,对N-G法进行优化的方法,建立优化N-G法。并在不降低极值预测精度的同时简化拟合过程,给出了两参数或三参数超越率函数;通过Matlab语言编写相关程序,实现了优化N-G法对蒙特卡罗法产生多组随机极值风速样本和实测风速极值的预测,通过与N-G法的预测结果对比分析,验证了本文方法的可行性。(3)针对基于ACER概念开展的海洋环境特征极值预测中,存在对极值数据分布类型较为严格的问题,提出了基于三次样条插值法的数据拟合方法,建立了插值ACER方法,解决了对极值数据分布类型较为严格的问题。通过Matlab语言编写相关程序,并采用插值ACER法,实现了对模拟随机风速和实测风速的极值预测,通过与N-G法的预测结果对比分析,验证了该方法的有效性,而且该方法能够有效代替N-G法中较为复杂的非线性最小二乘法拟合过程,简化了极值预测过程。(4)对包括蒙特卡罗法产生多组极值风速样本,采用N-G法,本文提出的优化N-G法和插值ACER法,进行重现期为25年,50年和100年的极值预测,并与理论结果进行对比分析,验证本文建立的两种方法的预测精确度。并采用上述三种方法,对历史实测数据进行重现期为50年的预测计算,通过与真实历史极值对比,进一步验证了本文方法在实际海洋环境特征极值预测应用过程中的预测效果。(5)基于实测的夏威夷群岛附近标号为Ⅰ号海域和ⅠⅠ号海域的海洋气象数据资料,分别采用插值ACER法和优化N-G法,对此两处海域的风速和浪高等海洋环境特征极值进行预测,通过两种方法对实际海域海洋环境特征极值的预测过程和预测结果对比研究,研究两种预测方法的适用性及优缺点进行分析,为后续深化研究奠定基础。