한국해안해양공학회지 (Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)

한국해안·해양공학회 (Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)
권호 표지

풍파 스펙트럼의 시간발전에 관한 수치 실험

Numerical Study on Temporal Evolution of Wind-Wave Spectra

  • 오병철 (한국해양연구소·연안 항만공학연구센터) ;
  • 이길성 (서울대학교 지구환경시스템공학부)
  • 발행 : 1999.03.01
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

심해에서 풍파의 성장은 바람에 의한 에너지 입력, 비선형 상호작용에 의한 에너지 전달 및 백파에 의한 에너지 소산에 의하여 결정된다. 본 연구에서는 두가지의 비선형 계산법(IMM 모형과 WAM 모형)을 사용하여 풍파 스펙트럼의 시간발전 특성을 상호비교하였다. 비선형 에너지 전달은 첨두주파수의 저주파 천이, 스펙트럼의 과대평가 현상, 스펙트럼의 자기상사적 발달 등에서 중심적인 역할을 하는 것으로 나타났다. 특히, 고주파 성분의 방향 분포가 쌍봉형으로 발전되는 경향이 있는데 이러한 현상도 비선형 상호작용의 역할로 설명되었다. 주파수 스펙트럼에서 고주파측의 꼬리는 주파수의 -4승에 비례하는 형상으로 발전되는 것이 확인되었다. 외부의 원인으로 스펙트럼에 도입되는 섭동은 자기상사 기구에 의하여 빠르게 제거되는데 이는 파랑수치 모형에서 비선형 상호작용이 모형의 안정화에 크게 기여함을 의미한다.

The evolution of deep-sea waves is driven by energy input from wind, nonlinear energy transfer between wave components, and dissipation through whitecaps. A comparative study was implemented by the use of two wave models in which only the computation methods of nonlinear wave-wave interactions are different from each other. It was reaffirmed that the nonlinear interaction plays a central role in such phenomena that occurred during the spectral growth of wind-seas as down-shift of the spectral peak frequency, overshoot, undershoot, and formation of self-similar spectrum. Specifically, the directional distribution at high frequencies develops into bimodal form, which is attributed to the nonlinear interactions. As saturation stage is reached, spectral density at high frequencies becomes proportional to negative 4 power to the frequency. Perturbations introduced into the spectrum quickly vanished through the actions of the self-similar mechanism. Thus, the nonlinear transfer has important contribution to the stability of numerical ocean wave models.

키워드

참고문헌

  1. 서울대학교 박사학위논문 비선형 상호작용을 고려한 해양파랑 수치모형 오병철
  2. 해양연구 v.14 no.2 Array를 이용한 파향 스펙트럼 산정에 관한 연구 오병철;박경수;심재설
  3. 한국해안 · 해양공학회지 v.11 no.1 비선형 상호작용에 의한 풍과 성분간 에너지 전달의 계산 오병철;이길성
  4. J. Phys. Oceanor. v.24 Modelling spectral disspation in the evolution of wind waves. Part I: Assessment of existing model performance Banner, M. L.;Young, I. R.
  5. J. Geophys. Res. v.73 On the generation, dissipation and prediction of ocean waves Barnett, T. P.
  6. J. Geophys. Res. v.84 A hybrid parametrical wave prediction model $G\"{u}nther$, H.;Rosenthal, W.;Weare, T. J.;Worthington, B. A.;Hasselmann, K.;Ewing, J. A.
  7. J. Phys. Oceanogr v.10 Directional wave spectra observed during JONSWAP Hasselmann, D. E.;Dunckel, M.;Ewing, J. A.
  8. J. Fluid Mech. v.12 On the non-linear energy transfer in a gravity-wave spectrum.Part 1. General theory Hasselmann, K.
  9. Bound. Layer Meteor. v.6 On the spectral disspation of ocean waves due to whitecapping Hasselmann, K.
  10. Hamb. Geophys. Einzelschriften, Reihe A: Wiss Abhans v.52 A symmetrical method of computing the nonlinear transfer in a gravity wave spectrum Hasselmann, S.;Hasselmann, K.
  11. Ocean Wave ModellingThe SWAMP Group ed. The wave model EXACT-NL Hasselmann, S.;Hasselmann, K.
  12. J. Geophys. Res v.95 Two-dimensional wave number spectra of small-scale water surface waves Jaehne, B.;Riemer, K. S.
  13. Dynamics and Modelling of Ocean Waves Komen, G. J.;Cavaleri, L.;Donelan, M.;Hasselmann, K.;Hasselman, S.;Janssen, P. A. E. M.
  14. J. Phys. Oceanogr v.14 On the existence of a fully developed wind-sea spectrum Komen, G. J.;Hasselmann, S.;Hasselmann, K.
  15. J. Phys. Oceanogr. v.10 Nonlinear energy transfer between wind waves Masuda, A.
  16. J. Fluid Mech. v.3 On the generation of surface waves by shear flows Miles, J. W.
  17. J. Phys. Oceanogr. v.5 Observations of the directional spectra of ocean waves usisng a cloverleaf buoy Mitsuyasu, H.;Tasai, F.;Suhara, T.;Mizuno, S.;Ohkusu, M.;Honda, T.;Rikishi, K.
  18. J. Fluid Mech. v.2 On the generation of waves by turbulent wind Phillips, O. M.
  19. J. Fluid Mech. v.4 The equilibrium range in the spectrum of wind-generated waves Phillips, O. M.
  20. J. Fluid Mech. v.102 Array measurements of atmospheric pressure fluctuations above surface gravity waves Snyder, R. L.;Dobson, F. W.;Elliot, J. A.;Long, R. B.
  21. Ocean wave Modelling SWAMP Group(24 authors)
  22. J. Oceanogr. Soc. Japan v.29 Local balance in the air-sea boundary process. Ⅲ. On the spectrum of wind waves Toba, Y.
  23. J. Phys. Oceanogr. v.18 The WAM model A third generation ocean wave prediction model WAMDI Group(13 authors)
  24. Deep Sea Res. v.25 Non-linear transfer brtween sea waves Webb, D. J.
  25. Linear and Nonlinear Waves. Whitham, G. B.
  26. J. Geophys. Res. v.87 Wind-stress coefficients over sea surface from breeze to hurricane Wu, J.
  27. J. Phys. Oceanogr. v.17 Computations of wave spectrum to a sudden change in wind direction Toung, I. R.;Hasselmann, S.;Hasselmann, K.