Distribution of Irregular Wave Height in Finite Water Depth

유한수심에서의 불규칙파의 파고 분포

This study is concerned with an analytic derivation of the probability density function applicable for wave heights in finite water depth using two different methods. As the first method of the study, a probability density function is developed by applying a series of polynomials which is orthogonal with respect to Rayleigh probability density function. The newly derived probability density function is compared with the histogram constructed from wave data obtained in finite water depth which indicate strong non-Gaussian characteristics. Although the probability density represents the histogram very well. it has negative density at large values. Although the magnitude of the negative density is small. it negates the use of the distribution function fer estimating extreme values. As the second method of the study, a probability density function of wave height is developed by applying the maximum entropy method. The probability density function thusly derived agrees very well with the wave height distribution in shallow water, and appears to be useful in estimating extreme values and statistical properties of wave heights in finite water depth. However, a functional relationship between the probability distribution and the non-Gaussian characteristics of the data cannot be obtained by applying the maximum entropy method.

유한수심에서의 불규칙파에 적용할 수 있는 파고의 확률분포함수를 2가지 해석적 방법으로 유도하였다. 첫번째 방법으로 새로이 유도된 확률분포함수는 Rayleigh 확률분포함수에 대한 직교 다항식을 유도함으로써 급수형태로 표시된다. 유도된 확률밀도함수를 비정규성이 강한 천해에서 측정한 파랑자료와 비교하였다. 확률밀도함수가 자료의 막대그래프와 잘 일치하였으나, 확률밀도함수가 급수로 표시되어 있기 때문에 파고가 큰 부분에서 음의 확률값이 된다. 비록 음의 확률값의 크기가 작다 하더라도 파고의 극치분포함수를 구하기에 부적절하다고 판단된다. 두번째 방법은 최대 엔트로피 법(maximum entropy method)을 적용하여 파고 분포와 매우 잘 일치하며, 극치파고분포와 파고의 통계적인 특성 등을 추정하는 데 매우 유용함을 알 수 있다. 그러나 최대 엔트로피 법을 사용했을 경우, 비정규분포 특성을 나타내는 변위의 분포함수와 파고의 분포함수 사이의 함수관계를 구할 수 없었다.