scholarly journals Development of an integrated modeling system for simulating the air-ocean wave interactions

2017 ◽  
Author(s):  
Γεώργιος Βάρλας
Keyword(s):  
Weather Forecast ◽  
Wave Model ◽  
Integrated Modeling ◽  
Ocean Wave ◽  
Sea Spray ◽  
Model Coupling ◽  
Wave Interactions ◽  
Integrated Modeling System

Η διδακτορική διατριβή σκοπεύει στη δημιουργία ενός νέου αμφίδρομου πλήρως συζευγμένου συστήματος ατμόσφαιρας-θαλάσσιων κυμάτων. Το σύστημα προσομοιώσεων περιλαμβάνει το ατμοσφαιρικό μοντέλο Weather Forecast Research (WRF) και το κυματικό μοντέλο Wave Model (WAM). Τα μοντέλα WRF και WAM τρέχουν παράλληλα, επικοινωνούν και ανταλλάσσουν πληροφορία μέσω του συζευκτή (coupler) OASIS Model Coupling Toolkit (OASIS3-MCT). Το σύστημα έχει διαμορφωθεί κατάλληλα προκειμένου να υποστηρίζεται η σύζευξη με το χημικό μοντέλο WRF-Chem και το υδρολογικό μοντέλο WRF-Hydro, προσφέροντας τη δυνατότητα ταυτόχρονης προσομοίωσης ατμοσφαιρικών, ωκεάνιων, χημικών και υδρολογικών διαδικασιών. Οι δυσκολίες, ο σχεδιασμός, τα στάδια υλοποίησης και τα χαρακτηριστικά του νέου συζευγμένου συστήματος προσομοιώσεων (CHAOS; Σύστημα Προσομοίωσης Χημικών-Υδρολογικών-Ατμοσφαιρικών-Θαλάσσιων κυματικών διεργασιών) περιγράφονται αναλυτικά. Ένα αξιοσημείωτο εύρημα είναι ότι τα θαλάσσια κύματα αυξάνουν την ανταλλαγή ορμής και ενθαλπίας μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας, μεταβάλλοντας τα χαρακτηριστικά της ατμοσφαιρικής ροής και τη δημιουργία των κυμάτων. Τα νέα ανεμογενή κύματα κυριαρχούν στη διαμόρφωση των ροών ορμής και ενθαλπίας στο επιφανειακό στρώμα. Η αμφίδρομη σύζευξη προσομοιώνει τους μεσογειακούς κυκλώνες πιο αβαθείς με διαφορές πίεσης (MSLP) στο κέντρο τους έως +2 hPa. Κατά τη διάρκεια του τυφώνα Sandy στον Ατλαντικό Ωκεανό οι διαφορές στην πίεση κυμαίνονται από -3 hPa έως +5 hPa. Προσομοιώνοντας με αμφίδρομη σύζευξη των μοντέλων, το ισοζύγιο της δυναμικής ενέργειας που χάνει η ατμόσφαιρα και της θερμικής ενέργειας που κερδίζει, καταλήγει σε μικρότερη στάθμη ισορροπίας και παράλληλη εξασθένηση της κυματογένεσης. Οι αλληλεπιδράσεις κατά μήκος της διεπιφάνειας αέρα-θάλασσας αντικατοπτρίζονται στην κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας επηρεάζοντας τις δυναμικές και θερμοδυναμικές διεργασίες της. Διαφορές στην αναλογία μίγματος υδρατμών και στη σχετική υγρασία ανιχνεύονται έως τα 7 χλμ. Διαφορές στην ταχύτητα του ανέμου, την κατακόρυφη ταχύτητα ανύψωσης και τη θερμοκρασία ανιχνεύονται μέχρι την τροπóπαυση. Το CHAOS προσφέρει στατιστικές βελτιώσεις πάνω από τη θάλασσα έως 10% για την εκτίμηση του ανεμολογικού πεδίου και έως 24% για την εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος κατά τη διάρκεια ακραίων καιρικών φαινομένων. Πάνω από τη στεριά οι στατιστικές βελτιώσεις στην εκτίμηση του ανέμου, της πίεσης (MSLP), τη θερμοκρασίας και του υετού φθάνουν το 5%. Επιπλέον, η εφαρμογή επάλληλων πλεγμάτων ολοκλήρωσης στο CHAOS βελτιώνουν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έως 9-10%, καθώς περιγράφονται λεπτομερέστερα οι μικρότερης κλίμακας αλληλεπιδράσεις. Η προσομοίωση της θραύσης των κυμάτων λόγω ισχυρών ανέμων που συνοδεύεται από την παραγωγή θαλάσσιου σπρέι (sea spray) όπως και της επίδρασης της βροχής στα κύματα συμβάλλουν στους ορθότερους υπολογισμούς της ανταλλαγής μάζας μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας. Είναι αξιοσημείωτο ότι η προσομοίωση της επίδρασης της βροχής στα κύματα προσφέρει μέχρι και 3.6% στατιστικές βελτιώσεις κατά τη διάρκεια του τυφώνα Sandy. Συνολικά σε μια μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή προσέγγιση (1 Δεκεμβρίου 2013 – 1 Δεκεμβρίου 2014), η αμφίδρομη σύζευξη στο CHAOS προσφέρει στατιστικές βελτιώσεις έως 3.7% στην εκτίμηση του ανεμολογικού πεδίου και έως 6.3% στην εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος.

scholarly journals Long and Short-Term Simulations of Seto Inland Sea by Coupled Ocean-Wave Model

2013 ◽  
Vol 69 (2) ◽  
pp. I_511-I_515
Author(s):  
Yusuke TANAKA ◽  
Nobuhito MORI ◽  
Junichi NINOMIYA ◽  
Koichi SUGIMATSU ◽  
Hiroshi YAGI ◽  
...  
Keyword(s):  
Wave Model ◽  
Ocean Wave ◽  
Seto Inland Sea ◽  
Short Term ◽  
Ocean Wave Model

scholarly journals Global simulations of the atmosphere at 1.45 km grid-spacing with the Integrated Forecasting System

2020 ◽  
Author(s):  
Peter Düben ◽  
Nils Wedi ◽  
Sami Saarinen ◽  
Christian Zeman
Keyword(s):  
Initial Conditions ◽  
Weather Forecast ◽  
Wave Model ◽  
Shallow Convection ◽  
Grid Spacing ◽  
Time Step ◽  
Weather Forecasts ◽  
Forecasting System ◽  
Diabatic Forcing ◽  
Physical Phenomena

<p>Global simulations with 1.45 km grid-spacing are presented that were performed with the Integrated Forecasting System (IFS) of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Simulations are uncoupled (without ocean, sea-ice or wave model), using 62 or 137 vertical levels and the full complexity of weather forecast simulations including recent date initial conditions, real-world topography, and state-of-the-art physical parametrizations and diabatic forcing including shallow convection, turbulent diffusion, radiation and five categories for the water substance (vapour, liquid, ice, rain, snow). Simulations are evaluated with regard to computational efficiency and model fidelity. Scaling results are presented that were performed on the fastest supercomputer in Europe - Piz Daint (Top 500, Nov 2018). Important choices for the model configuration at this unprecedented resolution for the IFS are discussed such as the use of hydrostatic and non-hydrostatic equations or the time resolution of physical phenomena which is defined by the length of the time step. </p><p>Our simulations indicate that the IFS model — based on spectral transforms with a semi-implicit, semi-Lagrangian time-stepping scheme in contrast to more local discretization techniques — can provide a meaningful baseline reference for O(1) km global simulations.</p>

scholarly journals On the Extraction of Microseismic Ground Motion from Analog Seismograms for the Validation of Ocean-Climate Models

2020 ◽  
Vol 91 (3) ◽  
pp. 1518-1530 ◽  
Author(s):  
Thomas Lecocq ◽  
Fabrice Ardhuin ◽  
Fabienne Collin ◽  
Thierry Camelbeeck
Keyword(s):  
Ground Motion ◽  
North Sea ◽  
Climate Models ◽  
North Atlantic Ocean ◽  
Wave Model ◽  
Ocean Wave ◽  
Good News ◽  
Flood Event ◽  
Ocean Climate ◽  
The North

Abstract We report on a pilot demonstration of the usefulness of analog seismograms to improve the database of ocean storms before the 1980s by providing additional data for the quantitative validation of ocean wave modeling, in particular for extreme events. We present a method for automatic digitization of paper seismograms to extract microseismic ground-motion periods and amplitudes. Each minute of the original paper records is scanned and vectorized. The amplitudes are calibrated based on the original metadata taken from official bulletins. The digitized time series is processed to extract power spectral densities, which are compared with modeled microseisms levels computed using a numerical ocean wave model. As a case study, we focus on one month of data recorded at the Royal Observatory of Belgium (ROB) from January to February 1953, around the “Big Flood” event, a tragic storm surge that flooded the lowlands of England, the Netherlands, and Belgium on 1 February 1953. The reconstructed spectrograms for the three components of ground motion show clear storm signatures that we relate to specific sources in the North Atlantic Ocean. However, our models of the Big Flood event based on these data do not result in the expected amplitudes as modeled compared to the observational data when the storm reached its maximum in the southern North Sea. We suggest that the source of microseisms recorded at ROB is related to the primary microseism generated in the North Sea, at periods of 7–8 s. Other discrepancies identified suggest small modifications of the source locations or energy. Reconstructed horizontal and vertical ground motions are coherent. This is a good news for the purpose of present-day analyses of constructing twentieth century ocean-climate models, especially as during much of that time only horizontal seismographs were installed at observatories.

TYPHOON EARLY WARNING SYSTEM BASED ON A COUPLED ATMOSPHERE-OCEAN-WAVE MODEL

2007 ◽  
Author(s):  
Jun Yoshino ◽  
Tomokazu Murakami ◽  
Masanori Hayashi ◽  
Takashi Yasuda
Keyword(s):  
Early Warning ◽  
Early Warning System ◽  
Warning System ◽  
Wave Model ◽  
Ocean Wave ◽  
Ocean Wave Model

scholarly journals Development of a New Ship Adaptive Weather Routing Model Based on Seakeeping Analysis and Optimization

2020 ◽  
Vol 8 (4) ◽  
pp. 270 ◽  
Author(s):  
Silvia Pennino ◽  
Salvatore Gaglione ◽  
Anna Innac ◽  
Vincenzo Piscopo ◽  
Antonio Scamardella
Keyword(s):  
Weather Forecast ◽  
Wave Model ◽  
Sea State ◽  
Model Based ◽  
Weather Routing ◽  
Route Length ◽  
Seakeeping Analysis ◽  
Northern Atlantic ◽  
Optimum Route ◽  
Northern Atlantic Ocean

This paper provides a new adaptive weather routing model, based on the Dijkstra shortest path algorithm, aiming to select the optimal route that maximizes the ship performances in a seaway. The model is based on a set of ship motion-limiting criteria and on the weather forecast maps, providing the sea state conditions the ship is expected to encounter along the scheduled route. The new adaptive weather routing model is applied to optimize the scheduled route in the Northern Atlantic Ocean of the S175 containership, assumed as a reference vessel, based on the weather forecast data provided by the Global WAve Model (GWAM). In the analysis, both wave and combined wind/swell wave conditions are embodied to investigate the incidence on the optimum route assessment. Furthermore, the effect of the vessel speed on the optimum route detection is also investigated. Current results clearly show that it is possible to achieve appreciable improvements, up to 50% of the ship seakeeping performances, without excessively increasing the route length and the voyage duration.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document