تحلیل امواج سواحل مکران با استفاده از پارامترهای بدون بعد تیزی و سن موج

کلانتری, همایون; لاری, کامران; محسنی آراسته, افشین; ترابی آزاد, مسعود

تحلیل امواج سواحل مکران با استفاده از پارامترهای بدون بعد تیزی و سن موج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

همایون کلانتری ¹

کامران لاری ²

افشین محسنی آراسته ²

مسعود ترابی آزاد ²

¹ دانشجوی دکتری فیزیک دریا، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

² گروه فیزیک دریا، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

امواج در سطح دریا آشکارترین پدیده هوا- دریاست. این امواج تأثیر قابل‌توجهی بر زیرساخت‌های ساحلی، فرسایش ساحلی و انتقال رسوب دارند. شناسایی امواج حاکم بر منطقه و حالت دریا با تمرکز بر تغییرپذیری فصلی آن و پارامترهای بی‌بعد مانند تیزی موج و سن موج اهمیت زیادی دارد. با توجه به تفاوت جزئیات میدان موج، برای بررسی دقیق و تحلیل کیفی و توسعه سیستم پیش‌بینی امواج ناشی از باد و ارزیابی عملکرد آن در سواحل شمالی دریای عمان، از داده‌های شبیه‌سازی‌شده و قابل‌اعتماد، مدل نسل سوم Mike 21 – SW، واداشته شده توسط نیروی باد استفاده شده است. ضمن رسیدن به ارزش مطلوب داده‌ها توسط ضرایب قابل تنظیم سفیدک موج و کالیبراسیون با داده‌های اندازه‌گیری شده توسط دستگاه ADCP، واقع در ایستگاه‌های معینی از این مناطق، در سال 2016، تغییرات فصلی و سالانه داده‌های امواج ناشی از باد در سواحل شمالی دریای عمان موردمطالعه قرار گرفته‌ است. می‌توان گفت اقلیم منطقه تحت‌تأثیر امواج ناشی از باد شمال غربی، موسمی و همچنین امواج اقیانوس هند قرار دارد. ضمن همبستگی بسیار خوب پارامترهای خروجی مدل با داده‌های اندازه‌گیری، نتایج حکایت از تغییرات فصلی و مکانی امواج از شرق به غرب دارد. در توزیع توأم داده‌های عکس سن موج‌ـ‌تیزی موج، عکس سن موج بیشتر از 5/1 به دلیل عدم توسعه‌یافتگی کامل حالت دریا به‌ندرت اتفاق می‌افتد و در تیزی کمتر از 01/0 گسستگی دیده می‌شود. که می‌تواند باعث شناسایی امواج حاکم بر منطقه شود. عمده امواج در دوره مونسون ناشی از بادهای موسمی با محدوده تغییرات عکس سن موج 83/0 – 2/0 و تیزی حداکثر 02/0 است. در دوره غیر مونسون امواج زیادی دارای عکس سن موج بیشتر از ۸۳/۰ هستند.

کلیدواژه‌ها

مدل عددی Mike 21 – SW

سواحل مکران

پارامترهای بی بعد تیزی موج و سن موج

20.1001.1.24767131.1402.9.1.3.8

موضوعات

فیزیک دریا

عنوان مقاله English

Analysis of waves Makran coast using non-dimensional parameters of wave steepness and wave age

نویسندگان English

Homayoun Kalantari ¹

Kamran Lari ²

Afshin Mohseni Arasteh ²

Masoud Torabi Azad ²

¹ PhD student in Physical Oceanography, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

² Department of Physical Oceanography, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

چکیده English

Ocean surface waves are the most noticeable manifestations of air-sea interactions at the interface between the atmosphere and the ocean. These waves significantly affect coastal infrastructures, coastal erosion, and sediment transport. Understanding the dominant wave patterns and the prevailing sea state in a region, particularly in relation to seasonal variability and the non-dimensional parameters of wave age and wave steepness, is essential. This study aims to perform a detailed qualitative analysis and enhance the wind-wave forecasting system for the northern coasts of the Oman Sea. We utilized the third-generation MIKE 21-SW model, which is driven by wind data, to analyze the wave field based on simulated and reliable data. Through adjustment of white capping coefficients and calibration with data obtained from an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) at selected stations in 2016, we investigated the seasonal and annual variations in wave data influenced by wind waves along the northern shores of the Oman Sea. Our findings indicate that the regional climate is shaped by northwest winds, monsoon-induced waves, and waves originating from the Indian Ocean. A strong correlation between the model outputs and measured data highlights significant seasonal and spatial variations in wave characteristics from east to west. Specifically, the wave steepness varied from 0.005 to 0.055 across different seasons. In the combined distribution of inverse wave age and wave steepness data, instances of inverse wave age greater than 1.5 are rare, suggesting insufficient development of the sea state. Additionally, a discontinuity is observed in steepness values below 0.01, which aids in identifying the prevailing waves in the region. Most waves during the monsoon season are generated by monsoon winds, exhibiting an inverse wave age range of 0.2 to 0.83, with a maximum steepness of 0.02. Conversely, during the non-monsoon period, many wave instances feature an inverse wave age greater than 0.83.

کلیدواژه‌ها English

MIKE 21 SW model

the Makran coast

non-dimensional parameters of wave steepness and wave age

[1] DHI. MIKE 21 Spectral Waves FM Module, User Guide., Denmark: DHI; 2009.116 p.

[2] Earle MD. Development of algorithms for separation of sea and swell. National Data Buoy Center Tech Rep MEC-87-1, Hancock County. 1984;53:1-53.

[3] Komen GJ, Cavaleri L, Donelan M, Hasselmann K, Hasselmann S, Janssen PA. Dynamics and modelling of ocean waves. Cambridge University Press; 1994.

[4] Chen G, Chapron B, Ezraty R, Vandemark D. A global view of swell and wind sea climate in the ocean by satellite altimeter and scatterometer. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2002 Nov 1;19(11): 1849-59.

[5] Alves JH, Banner ML, Young IR. Revisiting the Pierson–Moskowitz asymptotic limits for fully developed wind waves. Journal of physical oceanography. 2003 Jul;33(7): 1301-23.

[6] Collard F, Ardhuin F, Chapron B. Monitoring and analysis of ocean swell fields from space: New methods for routine observations. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009 Jul;114(C7).https: //doi.org/10.1029/2008JC005215.

[7] Van der Meer JW. Design of concrete armour layers. In: Proceedings of the coastal structures 1999 Jun 7. (Vol. 99, p. 213-21).

[8] Perlin M, Choi W, Tian Z. Breaking waves in deep and intermediate waters. Annual review of fluid mechanics. 2013 Jan 3;45(1): 115-45.

[9] Portilla J, Ocampo-Torres FJ, Monbaliu J. Spectral partitioning and identification of wind sea and swell. Journal of atmospheric and oceanic technology. 2009 Jan 1;26(1): 107-22.

[10] Puspita AI, Thaha MA, Pallu MS, Maricar F. Effect of wave steepness to relative wave run-up on OWEC breakwater. In:IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2020 (Vol. 419, No. 1, p. 012117). IOP Publishing.

[11] Hwang PA, Ocampo-Torres FJ, García-Nava H. Wind sea and swell separation of 1D wave spectrum by a spectrum integration method. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2012 Jan 1;29(1): 116-28.

[12] Wang DW, Hwang PA. An operational method for separating wind sea and swell from ocean wave spectra. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001 Dec 1;18(12): 2052-62.

[۱۳] عباسی محمودرضا. ارزیابی دو مدل عددی موج در پیش‌بینی ارتفاع امواج شمال دریای عمان. دو فصلنامه هیدروفیزیک؛ تابستان ۱۳۹۹: 35-43 .

[14] Danish Hydraulic Institute (DHI). MIKE 21 SW Reference Manual, MIKE by DHI, Manual Mesh Generator; MIKE Zero. Hørsholm, Denmark; 2023.

[15] Kalantari H, Lari K, Arasteh A M and Torabi MA. Wave Hindcasting in the Southeastern Coasts of Iran (55.2019). Marine Technology Society Journal. 2022 Feb; 56(1): 83-97.

[16] Hasselmann S, Hasselmann K. Computations and parameterizations of the nonlinear energy transfer in a gravity-wave spectrum. Part I: A new method for efficient computations of the exact nonlinear transfer integral. Journal of Physical Oceanography. 1985 Nov 1;15: 1369-77.

[17] Ardhuin F, Herbers TH. Bragg scattering of random surface gravity waves by irregular seabed topography. Journal of Fluid Mechanics. 2002 Jan;451:1-33.

[18] DHI. MIKE 21 Flow Model: Hydrodynamic Module User Guide. Hørsholm, Denmark: DHI Water Environment Health; 2015.

[19] Chen G, Chapron B, Ezraty R, Vandemark D. A global view of swell and wind sea climate in the ocean by satellite altimeter and scatterometer. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2002 Nov 1;19(11): 1849-59.

[20] Aboobacker VM, Vethamony P, Rashmi R. “Shamal” swells in the Arabian Sea and their influence along the west coast of India. Geophysical Research Letters. 2011 Feb;38(3).

[21] Edson J, Crawford T, Crescenti J, Farrar T, Frew N, Gerbi G, Helmis C, Hristov T, Khelif D, Jessup A, Jonsson H. The coupled boundary layers and air–sea transfer experiment in low winds. Bulletin of the American Meteorological Society. 2007 Mar;88(3): 341-56.

[22] Donelan MA, Dobson FW, Smith SD, Anderson RJ. On the dependence of sea surface roughness on wave development. Journal of physical Oceanography. 1993 Sep 1;23(9): 2143-9.

[23] Hanley KE, Belcher SE, Sullivan PP. A global climatology of wind–wave interaction. Journal of physical oceanography. 2010 Jun;40(6): 1263-82.

[24] Kumar VS, Pathak KC, Pednekar PN, Raju NS, Gowthaman R. Coastal processes along the Indian coastline. Current science. 2006 Aug 25: 530-6.

[25] Sanil Kumar V, Sajiv Philip C, Balakrishnan Nair TN. Waves in shallow water off west coast of India during the onset of summer monsoon. Annales Geophysicae. 2010 Mar 19; 28(3) :817-24.

[26] Kumar VS, Singh J, Pednekar P, Gowthaman R. Waves in the nearshore waters of northern Arabian Sea during the summer monsoon. Ocean Engineering. 2011 Feb 1;38(2-3): 382-8.

[27] Thompson TS, Nelson AR, Sedivy D G. Wave group anatomy. Proceeding of 19th conference on Coastal engineering. American Society of Civil Engineers:1984;(1): 661–7.