Assimilatie van boei- en satellietdata in de Indische Oceaan met een tweede-generatie golfmodel

Assimilatie van boei- en satellietdata in de Indische Oceaan met een tweede-generatie golfmodel

Westra, M.R.

Booij, N. (mentor)
Holthuijsen, L.H. (mentor)
D' Angremond, K. (mentor)
Battjes, J.A. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1997-11-01

Voor wie in de offshore werkt vormen golven een bedreiging. Bij de installatie van boorplatforms bijvoorbeeld is het belangrijk een aantal dagen van tevoren te weten wat het golfklimaat en de weersomstandigheden zullen zijn op de plaats en het tijdstip waarop de installatie zal plaatsvinden. Voor aannemers die onderhoudswerk verrichten aan toegangsgeulen voor havens is het belangrijk van tevoren te weten of er golven zullen zijn met een periode dicht bij de eigenperiode van het dure materieel. In dat geval zullen de schepen gaan opslingeren en kan zware schade ontstaan. Op dezelfde wijze kunnen ook tankers veellast van deining ondervinden. Golfvoorspellingen worden tegenwoordig gemaakt met tweede- of derde-generatie golfmodellen. Een methode om die voorspelling te verbeteren is via data-assimilatie. Daarbij worden vrij aan te passen stuurvariabelen zodanig afgestemd dat een kostfunctie wordt geminimaliseerd. Daarvoor is in deze studie de techniek van de kleinste k-wadraten gebruikt. De in deze studie gebruikte stuurvariabelen hebben alle betrekking op het windveld en de kostfunctie bestaat in dit geval uit de verschillen tussen de waarnemingen en de modelwaarden van de deiningshoogte en de verschillen tussen de aangepaste en de oorspronkelijke stuurvariabelen. Met het zo verkregen optimale windveld wordt de nieuwe voorspelling gemaakt. Onderzocht is waar en wanneer het beste geassimileerd kan worden om de voorspelling van deining op een locatie gelegen aan de zuidwestkust van de Indiase deelstaat Kerala, te verbeteren. Gekeken is naar het effect van de assimilatie van (over de gehele oceaan verspreide) satellietgegevens en van (in een punt geconcentreerde) boeigegevens. Een aantal deiningsgevallen is bekeken waarbij gedurende een periode van zes dagen steeds het aantal te assimileren gegevens is verhoogd. Bij de assimilatie van boeigegevens is gekeken naar zowel een boei in het voorspellingspunt zelf, als een boei een paar honderd kilometer 'upwave' van het voorspellingspunt. Bij de assimilatie van satellietgegevens is zowel geassimileerd met metingen die willekeurig verspreid liggen over de gehele Indische Oceaan, als met metingen die met het deiningsveld 'meelopen'. Naast de pogingen de voorspelling door middel van assimilatie te verbeteren, is een voorspelling gemaakt door een reeks waarnemingen, gedaan op een locatie op ca. 500 resp. 1000 kilometer afstand van Kerala over een periode van 12 resp. 24 uur te verschuiven. De resultaten van de geassimileerde voorspellingen worden uitgedrukt met behulp van een scatterindex, een maat voor de verschillen tussen de waarnemingen en de voorspelling (gemaakt met de geoptimaliseerde stuurvariabelen). De assimilatie van boeigegevens in zowel het voorspellingspunt zelf als van de 'upwave' boei levert geen significante verbetering van de voorspelling op, zelfs niet na assimilatie van bijna 100 waarnemmgen. De assimilatie van satellietwaarnemingen willekeurig verspreid over de gehele Indische Oceaan begint vruchten af te werpen bij aantallen vanaf ca. 300. De trend is dat de resultaten beter worden naarmate meer waamemingen worden gebruikt. De assimilatie van satellietgegevens die met het deiningsveld 'meelopen' levert al resultaten na ca. 60 gegevens. Ook hier geldt dat hoe meer waamemingen worden geassimileerd, hoe beter de voorspelling wordt. De resultaten van de voorspelling die gemaakt wordt door de meetwaarden van een 'upwave' boei te verschuiven zijn in beide (12 en 24 uur) gevallen goed. Voorwaarde is wel dat een nauwkeurige keuze gemaakt moet worden voor de locatie van de 'upwave' boei. In alle beschreven experimenten is de deiningshoogte gedefmieerd als het oppervlak van het spectrum tot aan een afkapfrequentie van 0,10 Hz. De waarde van 0,10 Hz is echter een arbitraire waarde. Er is daarom een experiment uitgevoerd waarbij de afkapfrequentie de waarde van 0,08 Hz is gegeven. Vervolgens is geassimileerd met satellietgegevens die met het deiningsveld 'meelopen'. De resultaten na de assimilatie van slechts 10 waarnemingen zijn al goed te noemen. Een voorspelling, gemaakt door de waamemingen van een 'upwave' boei op enige afstand van Kerala, in de tijd te verschuiven laat eveneens goede resultaten zien.

wave data
satellite information
SWAN
calibration

http://resolver.tudelft.nl/uuid:421a4ffc-aca1-40dd-9572-78cadb8803a4

Student theses

master thesis

(c) 1997 Westra, M.R.