Methoden voor golfvoorspelling

deel 2 (bijlagen!

sen

J„ _ -I

goltvoorspelling

2: I

sen

-10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 4,3.4. 4.4.2. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.3. 4.4.3. 4.4.3. 4.4.5. 4.4.5. 4.5.2. 4.5.2. 4.5.3. 4.5.2. 4.5.4. 5.2.2. 5.2.2. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.3. 5.2.3. 5.2.4. 5.2.4. 5.3.5 5.3.5. 5.3.5. 5.3.5. 5.3.5. 5.3.5. 5.3.5.

Inventarisatie en evaluatie ondiep water groeikrommen Vormparameters idem Schaalparameters idem idem idem

Invloed van de diepte idem

Parameters voor de energieschaal idem

Parameters voor de frequentieschaal Parameters voor de energieschaal

Standaard spectrum in termen van significante golfhoogte en -periode

Variaties in vorm van kustlijn idem

idem

Methoden van combinatie van standaard windvelden idem

idem

Karakteristieken methode idem

Resultaten van toepassingen idem idem idem idem idem idem

bijlage Paragraaf 42 43 44 45 46 47 48 49 50 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3. 5.4.3.

Gerealiseerde modellen en resultaten van toepassingen idem idem idem idem idem idem idem idem

i .

o O) ca 5 -ra ca E 0 5 1O

visueel waargenomen periode Tv

S : standaardafwijking van To n - aantal waarnemingen ^< n m 11- 10- 9-

8-ï 7

O) O o O)

I

5

o § 4 O) ra | 3 ra ra c 2 a> E CO c 0

m = gemiddelde waarde van H^ s = standaardafwijking van H^ n = aantal waarnemingen

H, = 1.67 HvO,77

Hi, = HV

9 m 10 visueel waargenomen golfhoogte Hv

Bijlage 2

De invloed van de definitie van de windsnelheid op de goifvoorspelling

Veronderstel dat £/„, een meer relevante windsnelheidsparameter is dan Ul0. De wind- en

golfparameters zouden dan dimensieloos gemaakt moeten worden m.b.v. U^ i.p.v. Ul0,

waardoor andere dimensieloze parameters ontstaan zoals b.v. H* = gHJUl en

F* =gF/U\. Het uitvoeren van deze transformaties voor de beschikbare gegevens valt

buiten het kader van dit rapport maar er kan wel een aanduiding gegeven worden van de invloed van deze transformaties.

De groeikrommen die geformuleerd zijn in termen van de "oude" parameters geven het gemiddelde weer van een groot aantal waarnemingen die zijn uitgevoerd in uiteenlopende omstandigheden en men mag dus verwachten dat deze groeikrommen een "gemiddelde" situatie weergeven. Voor deze groeikrommen zou men het volgende verband tussen Ul0 en

U^ mogen veronderstellen.

Ui = Ci0U2l0 (1)

waarbij C1 0 een gemiddelde waarde van C10 is. Door deze uitdrukking te substitueren in de parameterrelaties ontstaan nieuwe relaties die gebruikt zouden moeten worden bij het voor-spellen van de golven. Om de invloed van C10 op de "oude" relaties aan te geven kan weer terug-getransformeerd worden.

De eerste transformatie, b.v. voor de relatie tussen Hen F kan weergegeven worden door:

H = f,(/) -• H* = f2(F*)

en omdat H = C10H* en F = Cl0F* is (2)

(3)

fl (C1 ( VF)

Het terug transformeren kan weergegeven worden door

H* = Ï2{F*) ^H= f3(/) (4)

en omdat nu bij het terug transformeren niet uitgegaan wordt van een "gemiddelde" situatie is H = Cl0H* en F = Ci0F* en is

f (cs _ c f \—F\-Z±°-f \-^-F\ f51

I3\r) — ^-ïo'il^ \~ r Ar I ^ '

V i o / ci o V--10

Het bepalen van de waarden van C10 en C10 is een probleem dat in dit rapport niet behandel zal worden. Voor het illustreren van het effect van de transformaties zal gebruik worden gemaakt van het overzicht in Pierson (1964) waar C10 direkt gerelateerd wordt aan Ul0. Uit dat overzicht blijkt dat de verhouding Cl0/Cl0 over het traject Ul0 = 5 — 30m/s

varieert van ongeveer 0,6 tot ongeveer 1,6. In Fig. A van deze bijlage wordt het effect van deze variatie op de groeikrommen getoond en in Tabel I worden de correcties gegeven voor een aantal combinaties van F en Ul0.

u = u

l0 F-0 F-> ^ U = 0,8 0,6 H(C - 5 m/s •l0)/H(C U --1,3 1,6 .o) = 30m/s U = 0,9 0,8 5 m/s T(C10)/T(Cl0) U = 30 m/s 1,1 1,3 Tabel I correctiefactoren voor H en f t.g.v. variatie in Cl0/Cl0

Uit de figuur en uit dit overzicht van correctiefactoren blijkt dat de invloed van de keuze tussen U^ en U10 vrij aanzienlijk is.

Deze benadering laat ook zien dat bij dezelfde dimensieloze strijklengte, de dimensieloze golfhoogte en -periode op zee gemiddeld hoger is dan op een meer. Dat komt doordat i.h.a. dezelfde dimensieloze strijklengte op zee eerst bereikt wordt bij veel hogere windsnelheden dan op een meer omdat op zee de strijklengten i.h.a. veel groter zijn dan op een meer. Bij gebruik van de hier voorgestelde correctie voor Ci0/Cl0 ligt het verschil in de dimensieloze

golfhoogte in de orde van tientallen procenten. Deze conclusie lijkt bevestigd te worden door de ervaring van het KNMI, waar groeikrommen gebruikt worden voor voorspellingen op zee en oceaan die aanmerkelijk hogere waarden voor H geven dan de meest gepubliceer-de groeikrommen. Deze laatsten zijn in het algemeen voor een belangrijk gepubliceer-deel gebaseerd op waarnemingen bij strijklengten van meer bescheiden afmetingen.

Het bovenstaande geeft alleen enkele aanwijzingen die erop duiden dat misschien reke-ning moet worden gehouden met de invloed van de variaties van de wrijvingscoëfficiënt of andere grootheden die daarmee samenhangen. Maar eerst een grondig onderzoek van theoretische of empirische aard zou hierover meer inzicht kunnen verschaffen.

o o o o O) CD N O CD c CD •B 4 _ I

m-

1

-

m-2-i m~3 . i r^ 3 i

—

—U

- h

_: j :

H

/V\ /yV Z ^ 5 > ^^ • - ^ ^ • -.- i wv,

R

j

!

t in-2

3

\

^~ X XX E X _ — — ! ! 1 i 1 1 ! i l i

i

1

:

I | n-1 O \ • X , / A A / i -f A A 7T — i A A A-/ i A ^ -A -A / \ / 1 ; -1 Aj 1 i 1 1 1 i dimensieloze diepte d Zwarte Haan Zuiderspruit IJsselmeer IJsselmeer Lake Okeechobee Golf van Mexico

O | de Reus (1977) + v.d. Molen (1972) x Roest (1960) V omhullende A Bretschneider(1954)

C E 10-1 ^3 n-2 •1n-1 4n dimensieloze diepte d Zwarte Haan Zuiderspruit IJsselmeer IJsselmeer Lake Okeechobee Golf van Mexico

* [ de Reus (1977) + v.d. Molen (1972) x Roest (1960) V » A } Bretschneider (1954) omhullende

Bijlage 7 b

7 +

s 6 5 CD X> O "i_ CD

£ 3 +

_o O) S c to o

1 2 +

CD •o c CD 2? CD . O k 1 1 1 t 1 2 3 4 5

instrumentaal waargenomen significante golfperiode

O) o o o CO CO o c O) -o a> a> ai 0.5 1.0 1.5 2.0 instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

Bijlage 9

m 3.5 3.0 hoogt e te gol f fican i signi i end e £ CD CD 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 m 3.0

instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

10-2 dimensieloze diepte d

-o O 5 O) O) N '<n c E CO

i

10,-1 1 Thijsse 2 Krylov e. 3 Bretschn U Groen er 5 Groen er 6 Ou en 7 Ijima en (1948) a. (1976) eider (1973) Dorrestein (1958) Dorrestein (1976) Tcjing (1974) Tang (1966) 10-3 10-2 dimensieioze diepte d 10-1 10

omhullende van waarnemingen (zie Bijlage 5b)

CTQ

n

o

O) •*—« CD E ra ra Q. E o 5- 3-2 10 104 10" dimensieloze strijklengte F

Bijlage 12

0,3 0.2-Q) Q) ca o. E

0.1

-0.0

'. V'

•4-dimensieloze strijklengte F 0.2-a> •4—( a> E co cö Q. E

0.1- 0.0-10 10^ 10J 10 dimensieloze strijklengte F 10"

1P

0.5 0.2 -0.1 0,05 0.02 <D a 0.01 • Q. 0.005 PM Pierson Moskowitz (1964) 10"•1 1 10

10°

10* dimensieloze strijklengte F omhullende

Bijlage 14

1 - • 5.10"1 + 2.10"1 + ö 3 E co cö "cö CO

5.10"

2

+

2.10"2 --10-2 ± 5.10"3-f i - 3 10-3 Mitsuyasu (1971) U= 5m/s

15

30 Silvester (197, ,-2 • + •

JONSWAP (Hasselmann e.a.. 1973)

Liu (1971)

10"* 10"' 1 10 dimensieloze strijklengte F

10'

10*

10*

Pierson Mbskowitz (1964)

1 0 5 -O) Q) er

£

o 'o. CD N CD C/5 " C CD E 0.5-- 0,2--PM Pierson Moskowitz (1964) 10,-1 10 103 10* 10"

10 5 -Silvester (1974) U= 5 m/s 15 m/s 30 m/s 2 1 --| 0,5 CD er 0) CD 'o. <I>

l

0 , 2

-CD

E

Liu (1971) JONSWAPIHasselmann e.a..1« Mitsuyasu (1971) Pierson Moskowitz (1964) 0,1

10

"2 10"1 1 dimensieloze strijklengte F 10 10' 10*

10'

(33 Si crc

.20 0.30

frequentie

naar Kitaigorodskii e.a. (1975)

Bijlage 18

10,-2

10

- 7 10 10-2 frequentie (f)

10

,-1 Hz 10 naar Thornton (1977)

1,0 2 3 3,3 4 5 6 1,0 1,24 1,46 1,52 1,66 1,86 2,04 ,0 ,22 ,44 ,50 ,66 ,88 2,10 1,0 0,95 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89

Onder de voorwaarde dat F2 gelijk gesteld wordt aan 1,0 kan het JONSW AP-type

spec-trum geschreven worden als een Pierson-Moskowitz-type specspec-trum vermenigvuldigd met een correctieterm waarin alleen J%(= 4^/rrï^) en T(= m,/m0) vrije parameters zijn:

e x p

,-(w-»

2

waar £ ( / )P M_PM-type. = 0 , 1 1 _exp

-o = 0,07 v-o-or ƒ < (1,296 T)'1

o = 0,09 voor f > (1,296 T)~l

Als y0 = 3,3 (JONSWAP spectrum), dan kan het JONSWAP spectrum geschreven

worden als:

V||ONSWAP

0,072 #s2 7(77)"5 exp f-0,44( f / T4) * 3 , 3e xP r a( 1'2 9 6 / f- " j

8 -U = 10 m/s 6 -N ; 'O) o T3 a> O ) CD c O) 2 -frequentie (Hz)

Bijlage 24 a

CD +-» O) O o o O ) <D c to o 0) T3 a3 0.5-0.5 1.0 1.5 2,0 instrumentaal waargenomen significante golfhoogte —

m

o o .2 6 -• CD Q. "5 O ) <D c CO o 'E O) '(/) CD T3 c CD CD 0) 5 - • u • 3 2 -1 -• 9 s 10 instrumentaal waargenomen significante golfperiode

B.E.B. Tiichn. Memo. No. 1^

10-2 10-1

dimensieloze strijklengte F en dimensieloze effectieve strijklengte F

eff.

Bijlage 26 a

O)

B)

O O M— "5 <D 4 *

10 +

m 9 8 7 6 5 B t* • c o £3 c O) CO a> c (D J^ cu 2 5 7 8

9 m 10

, • • - » • • ' • • * : - • • . - • . • » « . ' • " ' • visueel waargenomen significante golfhoogte

1

visueel waargenomen significante golfperiode

Bijlage 27

<D 2.5 -O) o o o O) o c CO o 'c O) CO <D CD 05 1.0 1.5 2.0 instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

2.5 m 3.0

0 ) .*—' O ) o o o 0) •*-» c CO o "c O ) (O CD T3 0 0) cü n 1.0 0.5 0 0.5 1.0 1.5

instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

Bijlage 29

15 -m 10 -CM O) cc ai c O C/J <D • * — • O) O O o O) c CO o 'c O) 'w CD • a CD 5- •+-5 m

instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

10

10

m instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

Bijlage 31

In bijlage-31 a en 31 bworden illustraties gegeven van voorspelde en waargenomen spectra volgens Bunting en Moskowitz (1970).

De eerste serie van zes geeft spectra die het beste overeenkomen met waarnemingen voor voorspellingstermijnen 6, 12, 18, 24, 30 en 36 uur. De tweede serie geeft de spectra met de slechtste overeenkomst voor dezelfde voorspellingstermijnen.

40-0 60 m2/Hz 40-o 0) O)

iü

c 0) 20" 0,06 0,10 0,14 Hz 0,18 voorsp. term. 12 uur

0,06 0,10 0,14 Hz 0,18 voorsp. term. 18uur

0 0.06 0,10 0.U Hz 0,18 frequentie *-0 60 m2/Hz 40 20-0 60-| m2/Hz 40-0.Ó6 Ojm 0.K Hz 0^8 voorsp. term. 30uur

20-0,06 0,10 0,14 Hz 0,18 voorsp. term. 36 uur

Bijlage 31 b

6 0 -m2/Hz 4 0 - 20-0 60 m*/H2 40"

20-voorsp. term. 6 uur

60-m2/Hz

40-0.06 0,10 0,14 Hz 0,18 voorsp. term. 12 uur

A

/ ~ ^

V

0.06 0.10 0.14 Hz 0.18 voorsp. term. 18uur

i i 1 1 1 1 1 1 0.06 0.10 0.14 Hz 0.18 frequentie 20-voorsp. term.24uur 0 60 m2/Hz 4 0 - 20-0 60 m2/Hz 40 20 -0.06 0.10 0.14 Hz 0,18 voorsp. term. 30uur

/ \

0,06 0,10 0.14 Hz 0.18 voorsp. term. 36 uur

/ \

/ \

0.06 0,10 0.14 Hz 0.16

voorspelde waarde

waargenomen waarde

m

K) m 15

Bijlage 33

O 5

instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

m 10 oo CD O) CD c CO m o o o O) CD *• ca o c O) 'co a> •o c CD 0) cü X) 5 -10 _m 15

Bijlage 35

*-•

O) O O o O ) CD •*-> c CO o 'c O) 'w <D T3 c . Q m instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

8 CD 3 " O O CQ CD

Bijlage 37

instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

0) O) o o o en Q) CO o 'c O) 'w a> • o (D : a> 10 m 5 -/ _{A h— 1 1 1} / • • 1 —1 .| \ i 5 m waargenomen significante golfhoogte —

Bijlage 39

a> 3 9 m 10 instrumentaal bron: Fons(1966)

Bijlage 41

CD

. Q _{O 0.5 1jO 1.5 m 2.0}

instrumentaal waargenomen significante goifhoogte

m 10 CD •*-« O) O o ₅ o O) o c CO o 'c O) CO (D T3 a3 i 1 1 1 1

Bijlage 43

15 m 10 O) o o É 5 • o DJ •2 C CO O 1 ^ 'c O) 'en (D •o cB station STEVENSON 10 _m 15

instrumentaal waargenomen significante goifhoogte

10 <D •o O 'i_ a> a. "5 O) E O) <D c 5 station FAMITA H 1 1 (-10 15

Bijlage 45

• • o o (5 If p O O) <D T3 d> "O T3 E O) O) a> • a c a> <D 15 s 10 5 -• station STEVENSON . , / • / m / * */ • • * / * • " • / ' . / . ' ' ' ' / • . . • • • / • * . ' * / , ' / / / / / / / / / / / / / <- \ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i • • • • • • • • • * • • • • 1 1 t i K 0 5

instrumentaal waargenomen gemiddelde golfperiode

10 15

10 E5 1

n2

c> 103 ;5 1 > 105

10-1 Groen en Dorrestein (1976) omhullende Wilson (1965). v i n waarnemingen zie Bijlage U 10,-3 10 102 dimensieloze strijklengte F 103 104 105 106 65 n

c im e • o gni ' CO 10-3 10- 3 10- 2 dimensieloze bodemdiepte d 10,-1

10

Bijlage 49 a

m instrumentaal waargenomen significante golfhoogte

1 0

-i 1 1 1 1

5 s instrumentaal waargenomen golfperiode

Bijlage 50

Toelichting op Bijlage 50 (a t/m u)

De strooi-diagrammen van deze bijlage zijn ontleend aan gegevens van Sanders (1978). Deze gegevens hebben betrekking op de waargenomen significante golfhoogte en de bijbe-horende voorspelde significante golfhoogte voor de termijnen 0, 6, 12, 18 en 24 uur.

In Bijlage 50a tot en met Bijlage 50u worden strooi-diagrammen gegeven voor de ver-schillende voorspellingstermijnen en voor vier waarnemingstations: FAMITA, MIKE, EURO en PENNZOIL. De waargenomen golfhoogte is aangegeven met Hsw en de

bere-kende golfhoogte met Hsb.

Toelichting van J. W. Sanders op de bijlage.

De resultaten van de golfverwachtingen die in deze bijlage worden gepresenteerd zijn de uitkomsten van een serie van operationele programma's.

De nauwkeurigheid van de verwachtingen wordt niet alleen bepaald door het golven programma, maar ook door de daaraan voorafgaande programma's zoals data-extractie,-analyse op zee-niveau en in de bovenlucht (upper air) en het atmosferisch verwachtingsmo-del. Ook de methodiek voor de windberekening is van groot belang voor de uiteindelijke golvenuitkomsten.

In de periode waaruit deze uitkomsten genomen zijn (8 februari - 9 juli 1978) liep deze operationele serie al op continu-basis, maar in de periode daarna zijn verbeteringen aange-bracht. Het model wordt continu geëvalueerd en nieuwe verbeteringen zijn in studie.

Een beoordeling van het golven-programma afzonderlijk kan m.b.v. alleen strooi-diagrammen van de significante golfhoogte moeilijk gegeven worden; deze uitkomsten geven uitsluitend een indruk van de nauwkeurigheid van het toenmalige operationele sys-teem als geheel. De strooi-diagrammen laten niet goed tot uiting komen de meer spectrale eigenschappen van de uitkomsten zoals b.v. de deining voor Hoek van Holland.

Opgemerkt moet worden dat de golfgegevens van stations FAMITA en MIKE afkomstig zijn van visuele waarnemingen, de gegevens van stations EURO en PENNZOIL berusten op instrumentele waarnemingen.

5 m

s,b

21 -s,w U m 5

5 m 2 1 •• s,w

Bijlage 50 b

m

' s . b 5 m

u-3

2

1 •

Bijlage 50 d

m s,w

s,b

m 5

Bijlage 50 f

s,w

s,b

m s,w

Bijlage 50 h

s,w

2

1-m s,w

Bijlage 50 j

m

s,w

Bijlage 50 1

6 m 5- 4-3 2- 1--—t— 2 s,w

m

m

Bijlage 50 n

3-

21

-s,w

Bijlage 50 q

s,w

Bijlage 50 s

s,w

Bijlage 50 u

5 m 6

s,w