Γ.Α. Αθανασούλης, Καθηγητής ΕΜΠ Κ. Μπελιμπασάκης, Αναπλ. Καθηγητής ΤΕΙ Αθήνας Θ.Π. Γεροστάθης, Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΜΠ

Transcript

1 ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΝΕΜΟΥ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΝΑΓΚΕΣ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΕΡΓΩΝ: ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΑΡΧΟΝΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΣΕ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΘΕΣΗ/ΠΕΡΙΟΧΗ Γ.Α. Αθανασούλης, Καθηγητής ΕΜΠ Κ. Μπελιμπασάκης, Αναπλ. Καθηγητής ΤΕΙ Αθήνας Θ.Π. Γεροστάθης, Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΜΠ Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου ΠΕΡΙΛΗΨΗ Για τον αποδοτικό σχεδιασμό λιμενικών και παράκτιων έργων, απαιτούνται αξιόπιστα μακροχρόνια δεδομένα ανέμου και κύματος, για την συγκεκριμένη παράκτια περιοχή. Δεδομένων των δυσκολιών εύρεσης/απόκτησης μετρήσεων, ο υπολογισμός αξιόπιστων δεδομένων σε μια παράκτια περιοχή απαιτεί την συλλογή πληροφοριών από διαφορετικές πηγές, συμπεριλαμβανομένων μακροχρόνιων εποχικών κατευθυντικών δεδομένων ανέμου και κύματος στην ανοικτή θάλασσα, αντιπροσωπευτικών για την εξεταζόμενη περιοχή, καθώς και δεδομένων βαθυμετρίας και ακτογραμμής. Επιπροσθέτως, απαιτείται κατάλληλο κυματικό μοντέλο, ικανό να επιλύσει το πρόβλημα της μεταφοράς κυματικών συνθηκών από την ανοικτή θάλασσα στην παράκτια ζώνη. Στη παρούσα εργασία περιγράφεται ένα ολοκληρωμένο πακέτο λογισμικού το οποίο απλοποιεί σημαντικά και επιταχύνει τον υπολογισμό των κυματικών συνθηκών σε οποιαδήποτε παράκτια θέση/περιοχή. Το πακέτο περιλαμβάνει μια υψηλής ποιότητας βάση μακροχρόνιων κυματικών παραμέτρων στην ανοικτή θάλασσα και δεδομένα βαθυμετρίας και ακτογραμμής σε παγκόσμια κλίμακα, το φασματικό κυματικό μοντέλο 3 ης γενιάς SWAN και ένα απλούστερο κυματικό μοντέλο που βασίζεται στη θεωρία ακτίνων, εξεζητημένες εργαλειοθήκες λογισμικού για την στατιστική ανάλυση κυματικών συνθηκών και γραφικής απεικόνισης τόσο στην ανοικτή θάλασσα όσο και στην εξεταζόμενη παράκτια περιοχή, ένα υποπακέτο διαχείρισης γεωγραφικών δεδομένων με δυνατότητα εύκολης εστίασης σε οποιαδήποτε περιοχή του κόσμου, εργαλεία για τον ορισμό των υπολογιστικών πλεγμάτων των μοντέλων καθώς και εργαλεία προβολής και διόρθωσης της βαθυμετρίας.

2 LONG TERM WIND AND WAVE DATA FOR PORT & HARBOUR ENGINEERING: EXPLOITING EXISTING OFFSHORE DATA AND NUMERICAL MODELS TO GET A TIMELY, SITE-SPECIFIC NEARSHORE ANALYSIS G.A. Athanassoulis, Professor NTUA K. Belibassakis, Associate Professor TEI-A Th.P. Gerostathis, Research associate, NTUA School of Naval Architecture and Marine Engineering, National Technical University of Athens 9 Iroon Polytexneiou, Zografou, Greece, tel , mathan@central.ntua.gr ABSTRACT For the efficient design of ports and harbours, reliable information concerning the wind and wave conditions in nearshore areas and coastal sites are needed. In the absence of long term wave data collected at the site of interest, the engineers still use nearby offshore data. The calculation of reliable wave statistics at a coastal site requires various data sets to be assembled, including temporal long term representative directional wave data offshore of the site, in addition to bathymetric and coastline data. Further, a suitable wave model, capable of modelling the transfer of the offshore conditions to the site of interest, is required, incorporating the relevant shallow water wave phenomena. In the present paper, an integrated software package is presented that simplifies and speeds up the modelling of wave conditions in coastal waters, enabling us to perform a timely, site-specific nearshore analysis everywhere. This package consists of high quality long-term wave data offshore all global coasts; worldwide bathymetric and coastline data; SWAN and backward raytracing wave models; sophisticated offshore and nearshore wave statistics toolboxes with tabular and graphical presentations, including facilities to export time series data at offshore or inshore locations; a geographic module with easy zooming to any area worldwide; tools to set up model grids and display and edit bathymetry and coastline; a facility for the import of user offshore data and export of inshore time series data.

3 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για τη σχεδίαση λιμένων και άλλων παράκτιων εφαρμογών απαιτούνται μακροχρόνια κυματικά και ανεμολογικά δεδομένα, που μπορεί να προέρχονται είτε από επιτόπιες μετρήσεις είτε από υπολογισμούς. Δεδομένων των δυσκολιών εύρεσης/απόκτησης μετρήσεων, ιδιαίτερα στη φάση της προμελέτης, ο υπολογισμός των σχετικών παραμέτρων απαιτεί τη συλλογή διαφόρων δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων μακροχρόνιων χωρικά κατανεμημένων κυματικών παραμέτρων στην ανοικτή θάλασσα καθώς και πληροφοριών βαθυμετρίας και ακτογραμμής. Επιπλέον, απαιτείται κατάλληλο κυματικό μοντέλο ικανό να υπολογίσει με αξιοπιστία το μετασχηματισμό των συνθηκών από την ανοικτή θάλασσα στην παράκτια περιοχή ενδιαφέροντος, λαμβάνοντας υπόψη τα σχετικά φαινόμενα σε ρηχά νερά. Στη παρούσα εργασία περιγράφεται ένα ολοκληρωμένο πακέτο λογισμικού το οποίο απλοποιεί σημαντικά και επιταχύνει τον υπολογισμό των κυματικών συνθηκών σε οποιαδήποτε παράκτια θέση/περιοχή. Το πακέτο περιλαμβάνει μια υψηλής ποιότητας βάση μακροχρόνιων κυματικών παραμέτρων στην ανοικτή θάλασσα και δεδομένα βαθυμετρίας και ακτογραμμής σε παγκόσμια κλίμακα, το φασματικό κυματικό μοντέλο 3 ης γενιάς SWAN και ένα απλούστερο κυματικό μοντέλο που βασίζεται στη θεωρία ακτίνων, εξεζητημένες εργαλειοθήκες λογισμικού για την στατιστική ανάλυση κυματικών συνθηκών και γραφικής απεικόνισης τόσο στην ανοικτή θάλασσα όσο και στην εξεταζόμενη παράκτια περιοχή, ένα υποπακέτο διαχείρισης γεωγραφικών δεδομένων με δυνατότητα εύκολης εστίασης σε οποιαδήποτε περιοχή του κόσμου, εργαλεία για τον ορισμό των υπολογιστικών πλεγμάτων των μοντέλων καθώς και εργαλεία προβολής και διόρθωσης της βαθυμετρίας. 2. ΒΑΣΗ ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ 2.1 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΠΙΤΟΠΙΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Στην ανοικτή θάλασσα, οι μακροχρόνιες επιτόπιες μετρήσεις είναι σχετικά περιορισμένες ενώ τα δίκτυα πλωτών μετρητικών σταθμών που υπάρχουν είναι λίγα σε αριθμό και σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους. Δίκτυα με δυνατότητα κατευθυντικών μετρήσων είναι ακόμη σπανιότερα αν και η κατευθυντική πληροφορία είναι ουσιώδης για εφαρμογές στην παράκτια ζώνη. Τα πιο σημαντικά δίκτυα πλωτών ωκεανογραφικών σταθμών είναι τα ακόλουθα: α) το δίκτυο της NOAA-NDBC στις ΗΠΑ (το οποίο καλύπτει τα ανατολικά και δυτικά παράλια των ΗΠΑ, τον κόλπο του Μεξικού και τα νησιά της Χαβάης), σε συνδυασμό με το Καναδικό δίκτυο που αναπτύχθηκε πρόσφατα. Δυστυχώς μόνο ένα πλωτήρας του δικτύου μετρά κατεύθυνση κύματος. β) το Indian National Data Buoy Programme (δείτε index.html) το οποίο είναι προς το παρόν το μεγαλύτερο εθνικό πρόγραμμα στο οποίο χρησιμοποιούνται κυρίως κατευθυντικοί σταθμοί μετρήσεων. γ) τα εθνικά δίκτυα της Ισπανίας, της Ελλάδας, της Γαλλίας και της Ιταλίας, στα οποία όμως τα μετρητικά είναι λίγα και σχετικά κοντά στην ακτή, και έτσι η αξία τους

4 είναι σχετικά μικρή σε ότι αφορά τη δημιουργία βάσεως δεδομένων με εκτενή γεωγραφική κάλυψη, βλ., π.χ., Athanassoulis et al. (2006). Οι επιτόπιες μετρήσεις χρησιμοποιούνται κυρίως για την αξιολόγηση α) μετρήσεων για το σημαντικό ύψος κύματος από δορυφόρους, και β) υπολογισμών για το σημαντικό ύψος, τις περιόδους και την κατεύθυνση του κύματος από αριθμητικά κυματικά μοντέλα. Σε ορισμένες γεωγραφικές περιοχές υπάρχουν μετρήσεις τόσο στην ανοικτή θάλασσα όσο και στην αντίστοιχη παράκτια περιοχή. Αυτές οι μετρήσεις είναι εξαιρετικά χρήσιμες για την επαλήθευση της μεθοδολογίας του υπολογισμού των κυματικών συνθηκών στην παράκτια περιοχή με μετασχηματισμό των αντιστοίχων συνθηκών στην ανοικτή θάλασσα. 2.2 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Το ανακλώμενο σήμα από τα δορυφορικά όργανα μέτρησης ύψους κύματος, με την κατάλληλη ανάλυση, μπορεί να προσφέρει μετρήσεις για το σημαντικό ύψος κύματος με ακρίβεια συγκρίσιμη με αυτή των πλωτών μετρητικών σταθμών, για τυπικές τροχιές στα 1000 km (Krogstad & Barstow 1999). Παγκόσμιες μακροχρόνιες μετρήσεις από δορυφόρους έχουν πραγματοποιηθεί στο διάστημα από την αποστολή Geosat του Ναυτικού των ΗΠΑ και από την επόμενη αποστολή της Geosat από το 1998, από τους δορυφόρους της ESA ERS-1 ( ), ERS-2 (από το 1995 και μετά) και EnviSat (ο οποίος τέθηκε σε τροχιά το 2002), και κυρίως από την αποστολή των ΗΠΑ και της Γαλλίας Topex/Poseidon στο διάστημα Τα δορυφορικά υψίμετρα εκτιμούν το σημαντικό ύψος κύματος και την ταχύτητα του ανέμου (στα 10m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας) κατά μήκος των τροχιών. Τα σκεδασίμετρα παρέχουν το διάνυσμα της ταχύτητας του ανέμου στα 10m από την επιφάνεια της θάλασσας σε μια ζώνη εύρους 500km μετρώντας τους παλμούς επιστροφής για διάφορες γωνίες πρόσπτωσης. Το σφάλμα στην εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος από τα υψίμετρα είναι αρκετά υψηλό όταν οι κυματισμοί έχουν ύψος μικρότερο του ενός μέτρου. Επίσης, λόγω της μόλυνσης του σήματος από αντηχήσεις της ξηράς, τα κυματικά και ανεμολογικά δεδομένα δεν είναι ακριβή κοντά στις ακτές. Πιο πολλές πληροφορίες σχετικά με την ακρίβεια και τα προβλήματα των υψιμετρικών δεδομένων δίδονται στις εργασίες των Lefevre & Cotton (2001), για τον Topex, στην Queffeulou (1996) για τους ERS και στην Johnsen (2005) για τον ENVISAT. Δείτε επίσης και την Athanassoulis et al. (2006). 2.3 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ Στις ημέρες μας προχωρημένα κυματικά μοντέλα λειτουργούν επιχειρησιακά σε πολλά μετεωρολογικά κέντρα στην Ευρώπη, τα οποία έχουν αξιολογηθεί με χρήση ιστορικών μετεωρολογικών δεδομένων. Το κυματικό μοντέλο προσομοιώνει την γένεση, διάδοση και απόσβεση των θαλάσσιων κυματισμών χρησιμοποιώντας ως είσοδο το πεδίο ανέμου πάνω από την εξεταζόμενη περιοχή και κατάλληλα γεωγραφικά δεδομένα. Κατά τη διάρκεια του ευρωπαϊκού προγράμματος Eurowaves (Barstow et al. 2001) αξιολογήθηκε ότι η καλύτερη διαθέσιμη βάση κυματικών δεδομένων από αριθμητικό κυματικό μοντέλο είναι αυτή που προέρχεται από την επιχειρησιακή λειτουργία του μοντέλου 3 ης γενιάς WAM (βλ. π.χ. Komen et al. 1994) που χρησιμοποιείται από το 1992 στο ECMWF. Ετσι, στα πλαίσια συμμετοχών της παρούσας ερευνητικής ομάδας σε

5 διάφορα ερευνητικά προγράμματα την τελευταία 5-ετία, κατασκευάστηκε βάση δεδομένων ανοιχτής θάλασσας με παγκόσμια κάλυψη, η οποία καλύπτει ένα χρονικό διάστημα 10 ετών, και αποτελείται από χρονοσειρές κυματικών και ανεμολογικών παραμέτρων ανά 6 ώρες. Στην βάση αυτή περιλαμβάνονται στοιχεία όπως το σημαντικό ύψος κύματος ( H ), η μέση ενεργειακή περίοδος ( T 10 ), η μέση κατεύθυνση του κύματος, τόσο για θάλασσες (wind seas) όσο και για αποθάλασσες (swells). Επίσης περιλαμβάνονται εγγραφές για την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τις πηγές: α) ERA-40 από το 1994 έως το Δεκέμβριο του Τα δεδομένα ERA-40 είναι μεταγενέστερες εκτιμήσεις (hindcast) και αποτελούν προϊόν προγράμματος του ECMWF (δείτε Τα δεδομένα είναι διαθέσιμα σε πλέγμα χωρικής ανάλυσης 1.5 deg. β) Επιχειρησιακά δεδομένα από το 1997 ως το 2003 σε πλέγμα ανάλυσης 0.5 deg. γ) Ειδικά για τη Μεσόγειο, τη Μαύρη Θάλασσα και τη Βαλτική το μοντέλο τρέχει σε πλέγμα ανάλυσης 0.25 deg και τα δεδομένα είναι διαθέσιμα σε πλέγμα ανάλυσης 0.5 deg από το 1992 και μετά. 2.4 ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΟΥ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ WAM Η μεθοδολογία αξιολόγησης και βαθμονόμησης των δεδομένων του κυματικού μοντέλου έγινε ως ακολούθως (Barstow et al. 2001): α) Αρχικά επιλέχθηκε ένα σύνολο σημείων της βάσης δεδομένων του μοντέλου WAM παγκοσμίως, κατά μήκος των ακτών και σε σημαντική απόσταση από αυτές, όπου απαιτούνται να είναι διαθέσιμες οι κυματικές παράμετροι στην ανοικτή θάλασσα. β) Στη συνέχεια βρέθηκαν οι κοντινότερες θέσεις μετρήσεων κατά μήκος των τροχιών του δορυφόρου της αποστολής Topex με τις θέσεις του πλέγματος του κυματικού μοντέλου (βλ. π.χ. Σχήμα 1α). Στις θέσεις αυτές κατασκευάστηκαν διαγράμματα στατιστικής συναρμογής των δεδομένων ύψους κύματος από το μοντέλο WAM σε σχέση με τα αντίστοιχα δορυφορικά. Σε τοπική κλίμακα, διερευνήθηκαν και οι ετήσιες τάσεις μεταβολής της συσχέτισης των δεδομένων αυτών. γ) Για συγκεκριμένες θέσεις έγινε αξιολόγηση των δεδομένων ύψους, περιόδου και κατευθύνσης του κύματος από το μοντέλο WAM σε σχέση με επιτόπιες μετρήσεις και διερευνήθηκαν και οι ετήσιες τάσεις μεταβολής της συσχέτισης των δεδομένων αυτών. S Σχήμα 1 (α) Σημεία μοντέλου WAM και τροχιές TOPEX στη Μεσόγειο θάλασσα. (β) Γεωγραφική κατανομή του συντελεστή βαθμονόμησης για το H. S

6 δ) Οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιήθηκαν για την βαθμονόμηση (calibration) και ομογενοποίηση των δεδομένων του κυματικού μοντέλου WAM. 3. ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗΣ Με στόχο τον προσδιορισμό του κυματικού κλίματος σε μια παράκτια περιοχή, δεδομένα βαθυμετρίας και ακτογραμμής οργανώθησαν σε αντίστοιχες βάσεις δεδομένων (Σχήμα 2). 3.1 ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ Σχήμα 2. Οι κύριες γεωγραφικές υποπεριοχές. Μετά από συστηματική έρευνα επιλέχθηκε η βάση Digital Bathymetric Database Variable Resolution (DBDB-V Έκδοση 4). Η DBDB-V προσφέρει τιμές για τα βάθη σε πλέγματα ανάλυσης 0.5, 1, 2 και 5 λεπτών της μοίρας και στις δύο γεωγραφικές κατευθύνσεις. Η δημιουργία των βαθυμετρικών δεδομένων για τα πιο αδρά πλέγματα (ανάλυσης 1 και 2 λεπτών της μοίρας) βασίστηκε στην ψηφιοποίηση ισοβαθών από ναυτικούς χάρτες ονομαστικής κλίμακας 1: Η δημιουργία του λεπτότερου πλέγματος (ανάλυσης 0.5 λεπτά της μοίρας) έγινε με ψηφιοποίηση ναυτικών χαρτών σε κλίμακα 1: και με εφαρμογή ειδικευμένων αλγορίθμων παρεμβολής στα πιο αδρά πλέγματα. Λεπτομερείς πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στην NAVOCEANO (2002). 3.2 ΑΚΤΟΓΡΑΜΜΗ Για την αναπαράσταση της ακτογραμμής επιλέχθηκε η GMT Global, Self-consistent, Hierarchical, High-resolution Shoreline Database (GMT - GSHHS) η οποία είναι διαθέσιμη με το ανοικτό λογισμικό GMT (Wessel & Smith 1996). Αυτή είναι η μόνη ανοικτή βάση

7 μέχρι σήμερα που καλύπτει όλη την υδρόγειο η οποία παρέχει στο πακέτο δεδομένα σε κλίμακα 1: Περιέχει διανυσματικά δεδομένα με την μορφή πολυγώνων και για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν δύο γνωστές βάσεις δεδομένων: α) Η World Data Bank II (WDB), η οποία περιέχει ακτογραμμή θαλασσών και λιμνών, πολιτικά σύνορα και ποτάμια. Τα δεδομένα είναι σε κλίμακες που κυμαίνονται μεταξύ 1: και 1: ), και β) Η World Vector Shoreline (WVS), η οποία περιέχει ακτογραμμή θαλασσών σε κλίμακα 1: αλλά δεν περιέχει ακτογραμμή λιμνών. Αν και δε δίδεται ρητά, η ακρίβεια της WDB βρίσκεται στο διάστημα μέτρα ενώ της WVS είναι μια τάξη μεγέθους καλύτερη (Wessel και Smith 1996). Κοντά στην ακτή, σε περιοχές οι οποίες σπάνια βυθομετρούνται από πλοία, τα δεδομένα φαίνεται να προέρχονται από παρεμβολή μεταξύ σημείων στην ανοικτή θάλασσα και κάποιων σημείων αναφοράς στην στεριά. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένες ισοβαθείς στα ρηχά. Δεδομένου ότι η βάση της ακτογραμμής είναι πιο ακριβής από αυτή της βαθυμετρίας δημιουργήθηκε διαδικασία βελτιστοποίησης της βαθυμετρικής πληροφορίας. Συγκεκριμένα, τα σημεία της ακτογραμμής θεωρούνται σημεία με μηδενικό βάθος και σε συνδυασμό με τα βαθυμετρικά σημεία και με κατάλληλη τριγωνοποίηση κατασκευάζεται μια βελτιστοποιημένη αναπαράσταση του θαλάσσιου πυθμένα. Η τελευταία χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός λεπτότερου πλέγματος βαθυμετρικών δεδομένων για την εξεταζόμενη παράκτια περιοχή, το οποίο στην συνέχεια χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό νέων ισοβαθών. Όλα τα παραπάνω έχουν ως αποτέλεσμα μια σημαντική βελτίωση της βαθυμετρίας στα ρηχά. 4. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗ Στο ολοκληρωμένο πακέτο λογισμικού έχουν ενσωματωθεί δύο κυματικά μοντέλα για ρηχά νερά. Αυτά είναι το ευρέως διαδεδομένο μοντέλο 3 ης γενιάς SWAN (Booji et al. 1999, Ris et al. 1999), και το απλούστερο κυματικό μοντέλο CWAVERAY, το οποίο αναπτύχθηκε σε περιβάλλον MATLAB από το ΕΜΠ (Belibassakis & Athanassoulis 2001). Ειδικότερα, το μοντέλο CWAVERAY υπολογίζει τις ακτίνες θαλασσίων κυματισμών σε μεταβαλλόμενες και σύνθετες τοπογραφίες πυθμένα, εφαρμόζοντας μια αντίστροφη τεχνική αναζήτησης των ακτίνων από τη παράκτια θέση ενδιαφέροντος προς τα σύνορα του υπολογιστικού χωρίου, που επιτρέπει το υπολογισμό του πίνακα μετασχηματισμού θαλασσίων συστημάτων από την ανοικτή θάλασσα στη παράκτια θέση. Περισσότερες πληροφορίες για το μοντέλο αυτό είναι διαθέσιμες και στην εργασία Barstow et al. (2003). 5. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ Ως παράδειγμα υπολογισμού με χρήση του ολοκληρωμένου πακέτου, στην συνέχεια παρουσιάζονται αποτελέσματα από την εφαρμογή του στην περιοχή του Αγ. Νικολάου Κρήτης, κόλπος Μεραμπέλου. Στο Σχήμα 3 φαίνεται ο χάρτης της εξεταζόμενης περιοχής καθώς και τα κοντινότερα σημεία στην ανοικτή θάλασσα στα οποία είναι διαθέσιμα μακροχρόνια δεδομένα κυματικών παραμέτρων.

8 Σχήμα 3. Η παράκτια περιοχή του Αγ. Νικολάου Κρήτης (κόλπος Μεραμπέλου), το υπολογιστικό πλέγμα του μοντέλου SWAN και η παράκτια θέση ενδιαφέροντος (ένθετο πλέγμα - nested grid). Σχήμα 4. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας του σημαντικού ύψους, της μέσης (ενεργειακής) περιόδου και της μέσης κατεύθυνσης κύματος για τη θέση (35 30 Ν, 26 00Ε) στην ανοικτή θάλασσα.

9 Σχήμα 5. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας του σημαντικού ύψους, της μέσης (ενεργειακής) περιόδου και της μέσης κατεύθυνσης κύματος για τη θέση ( Ν, Ε) στην παράκτια περιοχή. Τα δεδομένα στην ανοικτή θάλασσα μπορούν να αναλυθούν στατιστικά και να προσαρμοσθούν σε αυτά κατάλληλα αναλυτικά μοντέλα πυκνότητας πιθανότητας. Μπορούν επίσης να παραχθούν αποτελέσματα σε ετήσια, εποχιακή και μηνιαία βάση. Στο Σχήμα 4 φαίνονται οι ετήσιες κατανομές σημαντικού ύψος κύματος, μέσης ενεργειακής περιόδου και μέσης κατεύθυνσης κύματος από τη βάση δεδομένων στα κοντινότερα σημεία του πλέγματος, σε σχέση με την εξεταζόμενη περιοχή, στην ανοικτή θάλασσα. Για την μεταφορά των κυματικών συνθηκών από την ανοικτή θάλασσα στη παράκτια περιοχή, ο ορισμός του πλέγματος υπολογισμού και των παραμέτρων του κυματικού μοντέλου επιτυγχάνεται εύκολα μέσω ενός περιβάλλοντος γραφικών (Σχήμα 3). Με την συστηματική χρήση του κυματικού μοντέλου μπορεί να παραχθεί χρονοσειρά κυματικών παραμέτρων στην παράκτια θέση ενδιαφέροντος, μετασχηματίζοντας ολόκληρη (ή μέρος) της αντίστοιχης χρονοσειράς κυματικών παραμέτρων στην ανοικτή θάλασσα, και να γίνει στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων (Σχήμα 5). 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με κατάλληλη οργάνωση υπαρχόντων δεδομένων στην ανοικτή θάλασσα, διαθέσιμης γεωγραφικής πληροφορίας και κατάλληλων αριθμητικών μοντέλων για ρηχά νερά

10 κατασκευάστηκε ένα ολοκληρωμένο πακέτο λογισμικού για την παραγωγή κυματικών δεδομένων στην παράκτια ζώνη. Το ολοκληρωμένο πακέτο λογισμικού προσφέρει εργαλεία τα οποία διευκολύνουν σημαντικά και επιτρέπουν τον γρήγορο υπολογισμό κυματικών δεδομένων σε οποιαδήποτε παράκτια θεση/περιοχή, τα οποία είναι κατάλληλα για τις ανάγκες εκπόνησης μελετών λιμενικών έργων και λοιπών παράκτιων εφαρμογών. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Athanassoulis G.A., Belibassakis K.A., and Gerostathis Th.P. (2006). "Wave data along ship routes in the Mediterranean Sea" in: Proceedings of the 9 th International Conference on Stability of Ships and Ocean Vehicles STAB 2006, Rio de Janeiro, Brasil. Barstow S.F., Athanassoulis G.A., Cavaleri L. et al. (2001). "EUROWAVES: A user friendly tool for the evaluation of wave conditions at any European location". Final Technical Report of EUROWAVES Project MAS3-CT Barstow, S., Mørk, G., Lønseth L, Schjølberg, P., Machado, U., Athanassoulis, G., Belibassakis, K., Gerostathis, T., Stefanakos, Ch., Spaan, G. (2003). "WORLDWAVES: Fusion of data from many sources in a user-friendly software package for timely calculation of wave statistics in global coastal waters" in: Proceedings of the 13 th Intern. Offshore and Polar Conference and Exhibition, ISOPE2003, Honolulu, Hawaii, USA. Belibassakis, K.A. and G.A. Athanassoulis. (2001). "CWAVERAY : A ray-tracing model with application to the Offshore-to-Nearshore transformation of wave conditions", NTUA Technical Report, School of Naval Architecture & Marine Eng Booij, N., Ris, R.C. and L.H Holthuijsen. (1999). "A third-generation wave model for coastal regions. 1. Model description and validation", J. Geophys. Res., 104(C4), Johnsen, H. (2005). "ENVIWAVE: Development and Application of Validated Geophysical Ocean Products from Envisat ASAR and RA-2 Instruments", Final Technical Report of project ENVIWAVE (EVG1-CT ). Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S. and Janssen, P.A.E.M. (1994). Dynamics and Modelling of Ocean Waves, Cambridge University Press. Krogstad, H.E. and Barstow, S.F. (1999). "Satellite Wave Measurements for Coastal Engineering Applications", Coastal Engineering, 37, Lefevre, J.M. and Cotton, D. (2001). Ocean Surface Waves, Chapter 7 in "Satellite Altimetry and Earth Sciences", L.L Fu and A. Cazenave (Eds), Academic Press. NAVOCEANO. (2002). DBDB-V, Version 4.0. Naval Oceanographic Office ( Queffeulou, P. (1996). "Significant wave height and backscatter coefficient at ERS-1/2 and Topex Poseidon ground track crossing points- FDP", ESA contract , final report. Ris, R.C., Holthuijsen, L.H., and Booij, N. (1999). "A third-generation wave model for coastal regions. 2. Verification", J. Geophys. Res., 104(C4), ). Wessel, P., Smith, W. H. F. (1996). "A global, self-consistent, hierarchical, high-resolution shoreline database", Journal of Geographical Research, 101,