Stav moře - Sea state - Wikipedia

NOAA loď Delaware II za špatného počasí Georges Bank.

v oceánografie, mořský stát je obecný stav volný povrch na velké vodní ploše - s ohledem na větrné vlny a bobtnat —Na určitém místě a okamžiku. Mořský stát se vyznačuje statistika, včetně výška vlny, doba, a výkonové spektrum. Stav moře se mění s časem, jak se mění podmínky větru nebo bobtnání. Mořský stát může posoudit zkušený pozorovatel, například trénovaný námořník, nebo pomocí podobných nástrojů počasí bóje, vlnový radar nebo dálkový průzkum Země satelity.

V případě měření bójí se statistika stanoví pro časový interval, ve kterém lze stav moře považovat za konstantní. Toto trvání musí být mnohem delší než období jednotlivých vln, ale menší než období, ve kterém se podmínky větru a bobtnání výrazně liší. Ke stanovení statistik vln se obvykle používají záznamy sto až tisíc vlnových period.

Velké množství proměnných, které se podílejí na vytvoření mořského státu, nelze rychle a snadno shrnout, proto se používají jednodušší stupnice, které poskytují přibližný, ale výstižný popis podmínek pro hlášení v lodním deníku nebo podobném záznamu.

Kód státu WMO moře

Zima, severní Atlantik - voda přes palubu a poklopy, bouře s obrovskými vlnami (1958)

Kodex námořního státu Světové meteorologické organizace (WMO) z velké části přijímá definici "mořského větru" v Douglasova mořská stupnice.

Měl by být zaznamenán směr, ze kterého bobtnání přichází.

Mořské státy v námořním inženýrství

V inženýrských aplikacích jsou mořské státy často charakterizovány následujícími dvěma parametry:

• The významná výška vlny H_1/3 - průměr výška vlny jedné třetiny nejvyšších vln.
• Střední vlnová perioda, T₁.

Mořský stát je kromě těchto dvou parametrů (nebo variací těchto dvou) také popsán v vlnové spektrum ${ displaystyle S ( omega, Theta)}$ což je funkce spektra vlnové výšky ${ displaystyle S ( omega)}$ a spektrum vlnového směru ${ displaystyle f ( Theta)}$. Některá spektra vlnových výšek jsou uvedena níže. Rozměr vlnového spektra je ${ displaystyle {S ( omega) } = {{ text {délka}} ^ {2} cdot { text {čas}} }}$a ze spektra lze najít mnoho zajímavých vlastností o stavu moře.

Vztah mezi spektrem ${ displaystyle S ( omega _ {j})}$ a amplituda vln ${ displaystyle A_ {j}}$ pro vlnovou složku ${ displaystyle j}$ je:

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

• ITTC^[1] doporučený model spektra pro plně rozvinuté moře (ISSC^[2] spektrum / změněno Pierson-Moskowitzovo spektrum ):^[3]

${ displaystyle { frac {S ( omega)} {H_ {1/3} ^ {2} T_ {1}}} = { frac {0,11} {2 pi}} vlevo ({ frac { omega T_ {1}} {2 pi}} vpravo) ^ {- 5} mathrm {exp} vlevo [-0,44 vlevo ({ frac { omega T_ {1}} {2 pi} } right) ^ {- 4} right]}$

• Doporučený model spektra ITTC pro omezené použití vynést (Spektrum JONSWAP )

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

kde

${ displaystyle Y = exp left [- left ({ frac {0,191 omega T_ {1} -1} {2 ^ {1/2} sigma}} right) ^ {2} right] }$

a

${ displaystyle sigma = { begin {cases} 0,07 & { text {if}} omega leq 5,24 / T_ {1}, 0,09 & { text {if}} omega> 5,24 / T_ { 1}. End {cases}}}$

(Druhý model se od svého vytvoření zlepšil na základě práce Phillipsa a Kitaigorodského, aby lépe modeloval spektrum výšky vln pro vysoké vlnová čísla.^[4])

Příklad funkce ${ displaystyle f ( Theta)}$ možná:

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

Stav moře je tedy plně určen a lze jej znovu vytvořit pomocí následující funkce, kde ${ displaystyle zeta}$ je výška vlny, ${ displaystyle epsilon _ {j}}$ je rovnoměrně rozloženo mezi 0 a ${ displaystyle 2 pi}$, a ${ displaystyle Theta _ {j}}$ je náhodně čerpáno z funkce směrového rozdělení ${ displaystyle { sqrt {f ( Theta)}}:}$^[5]

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

Kromě výše uvedených krátkodobých statistik vln jsou dlouhodobé statistiky stavu moře často uváděny jako společná frekvenční tabulka významné výšky vln a střední doby vln. Z dlouhodobého a krátkodobého statistického rozdělení je možné zjistit extrémní hodnoty očekávané v provozní životnosti lodi. Návrhář lodi může najít nejextrémnější mořské státy (extrémní hodnoty H_1/3 a T₁) ze společné frekvenční tabulky a z vlnového spektra může návrhář najít nejpravděpodobnější nejvyšší nadmořskou výšku vln v nejextrémnějších mořských státech a předpovědět nejpravděpodobnější nejvyšší zatížení jednotlivých částí lodi z operátory amplitudové odezvy lodi. Přežít stav moře jednou za 100 let nebo jednou za 1000 let je běžnou poptávkou po konstrukci lodí a pobřežních struktur.

Viz také

• Beaufortova stupnice
• Přes moře
• Douglasova mořská stupnice

Poznámky pod čarou

Reference

• Bowditch, Nathaniel (1938), Americký praktický navigátor, H.O. hospoda č. 9 (revidované vydání), United States Hydrographic Office, OCLC  31033357
• Faltinsen, O. M. (1990), Námořní zátěže na lodích a pobřežních stavbách[Cambridge University Press], ISBN  0-521-45870-6