Sjøstat - Sea state

NOAA- skip Delaware II i dårlig vær på Georges Bank .

I oceanografi er sjøtilstand den generelle tilstanden til den frie overflaten på en stor vannkropp - med hensyn til vindbølger og svulmer - på et bestemt sted og øyeblikk. En havtilstand er preget av statistikk , inkludert bølgehøyde , periode og kraftspektrum . Sjøtilstanden varierer med tiden, ettersom vindforholdene eller svulmeforholdene endres. Sjøtilstanden kan enten vurderes av en erfaren observatør, som en trent sjømann, eller gjennom instrumenter som værbøyer , bølgeradar eller fjernmåler- satellitter .

Ved bøyemålinger bestemmes statistikken for et tidsintervall der sjøtilstanden kan anses å være konstant. Denne varigheten må være mye lengre enn den enkelte bølgeperioden, men mindre enn perioden der vind- og svulmingsforholdene varierer betydelig. Vanligvis brukes poster på hundre til tusen bølgeperioder for å bestemme bølgestatistikken.

Det store antallet variabler som er involvert i å lage og beskrive havtilstanden, kan ikke raskt og enkelt oppsummeres, så enklere skalaer brukes til å gi en omtrentlig, men kortfattet beskrivelse av forholdene for rapportering i skipets logg eller lignende.

WMO sjøstatskode

Vinter, Nord-Atlanteren - Vann over dekk og luker, storm med store bølger (1958)

World Meteorological Organization (WMO) havstatskode vedtar i stor grad definisjonen av 'vindhavet' av Douglas Sea Scale .

Retningen som dønningen kommer fra skal registreres.

Sjøstater i marin engineering

I tekniske applikasjoner er sjøtilstander ofte preget av følgende to parametere:

• Den signifikante bølgehøyden H _1/3 - den gjennomsnittlige bølgehøyden til den tredjedel høyeste bølgene.
• Gjennomsnittlig bølgeperiode, T ₁ .

Sjøtilstanden er i tillegg til disse to parametrene (eller variasjon av de to) også beskrevet av bølgespekteret som er en funksjon av et bølgehøydespektrum og et bølgeretningsspektrum . Noen bølgehøydespektre er oppført nedenfor. Dimensjonen til bølgespekteret er , og mange interessante egenskaper om havtilstanden kan bli funnet fra spekteret. ${\ displaystyle S (\ omega, \ Theta)}$${\ displaystyle S (\ omega)}$${\ displaystyle f (\ Theta)}$${\ displaystyle \ {S (\ omega) \} = \ {{\ text {length}} ^ {2} \ cdot {\ text {time}} \}}$

Forholdet mellom spekteret og bølgeamplituden for en bølgekomponent er: ${\ displaystyle S (\ omega _ {j})}$${\ displaystyle A_ {j}}$${\ displaystyle j}$

${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} A_ {j} ^ {2} = S (\ omega _ {j}) \, \ Delta \ omega}$

• Den internasjonale Towing Tank Conference (ITTC) anbefalte spektrummodellen for fullt utviklet sjø (ISSC-spektrum / modifisert Pierson-Moskowitz-spektrum ):

${\ displaystyle {\ frac {S (\ omega)} {H_ {1/3} ^ {2} T_ {1}}} = {\ frac {0.11} {2 \ pi}} \ left ({\ frac { \ omega T_ {1}} {2 \ pi}} \ høyre) ^ {- 5} \ mathrm {exp} \ left [-0.44 \ left ({\ frac {\ omega T_ {1}} {2 \ pi} } \ right) ^ {- 4} \ right]}$

• ITTC anbefalt spektrummodell for begrenset henting ( JONSWAP-spektrum )

${\ displaystyle S (\ omega) = 155 {\ frac {H_ {1/3} ^ {2}} {T_ {1} ^ {4} \ omega ^ {5}}} \ mathrm {exp} \ left ( {\ frac {-944} {T_ {1} ^ {4} \ omega ^ {4}}} \ right) (3.3) ^ {Y},}$

hvor

${\ displaystyle Y = \ exp \ left [- \ left ({\ frac {0.191 \ omega T_ {1} -1} {2 ^ {1/2} \ sigma}} \ right) ^ {2} \ right] }$

og

${\ displaystyle \ sigma = {\ begin {cases} 0,07 & {\ text {if}} \ omega \ leq 5.24 / T_ {1}, \\ 0.09 & {\ text {if}} \ omega> 5.24 / T_ { 1}. \ End {cases}}}$

(Den sistnevnte modellen har siden etableringen blitt forbedret basert på arbeidet til Phillips og Kitaigorodskii for å bedre modellere bølgehøydespekteret for høye bølgetall .)

En eksempelfunksjon kan være: ${\ displaystyle f (\ Theta)}$

${\ displaystyle f (\ Theta) = {\ frac {2} {\ pi}} \ cos ^ {2} \ Theta, \ qquad - \ pi / 2 \ leq \ Theta \ leq \ pi / 2}$

Dermed er havtilstanden fullstendig bestemt og kan gjenskapes ved hjelp av følgende funksjon, hvor er bølgehøyde, er jevnt fordelt mellom 0 og , og trekkes tilfeldig fra retningsfordelingsfunksjonen${\ displaystyle \ zeta}$${\ displaystyle \ epsilon _ {j}}$${\ displaystyle 2 \ pi}$${\ displaystyle \ Theta _ {j}}$${\ displaystyle {\ sqrt {f (\ Theta)}}:}$

${\ displaystyle \ zeta = \ sum _ {j = 1} ^ {N} {\ sqrt {2S (\ omega _ {j}) \ Delta \ omega _ {j}}} \; \ sin (\ omega _ { j} t-k_ {j} x \ cos \ Theta _ {j} -k_ {j} y \ sin \ Theta _ {j} + \ epsilon _ {j}).}$

I tillegg til kortvarig bølgestatistikk presentert ovenfor, blir langvarig sjøtilstandsstatistikk ofte gitt som en felles frekvenstabell over den signifikante bølgehøyden og den gjennomsnittlige bølgetiden. Fra langsiktige og kortsiktige statistiske distribusjoner er det mulig å finne de ekstreme verdiene som forventes i skipets levetid. En skipsdesigner kan finne de mest ekstreme havtilstandene (ekstreme verdier av H _1/3 og T ₁ ) fra fellesfrekvenstabellen, og fra bølgespekteret kan designeren finne den mest sannsynlige høyeste bølgehøyde i de mest ekstreme havtilstandene og forutsi de mest sannsynlige høyeste belastningene på individuelle deler av skipet fra responsamplitudeoperatørene på skipet. Å overleve sjøtilstanden en gang i 100 år eller en gang i 1000 år er en normal etterspørsel etter design av skip og offshore-strukturer.

Se også

• Beaufort-skala
• Kryss sjøen
• Douglas sjøskala

Fotnoter

Referanser

• Bowditch, Nathaniel (1938), American Practical Navigator , HO pub nr. 9 (revidert utg.), United States Hydrographic Office, OCLC  31033357
• Faltinsen, OM (1990), Sea Loads on Ships and Offshore Structures , [Cambridge University Press], ISBN 0-521-45870-6