LE PREVISIONI DELLE ONDE: TECNICHE E INTERPRETAZIONE

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1 LE PREVISIONI DELLE ONDE: TECNICHE E INTERPRETAZIONE Presentano: Andrea Ruju (swellbeat.com) Alessandro Danese (Wipeout Board Shop)

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3 DINAMICA DELLE ONDE ANDREA TECNICHE DI PREVISIONE ANDREA LETTURA E INTERPRETAZIONE DELLE PREVISIONI ALESSANDRO

4 Onda marina: oscillazione periodica della superficie Capillary waves Wind waves Swell waves

5 GRANDEZZE FONDAMENTALI DELL ONDA Altezza H (m) Lunghezza L (m) Periodo T (s) Celerità C (m/s) C=L/T L0=1.56 x T^2 C0= L0/T = 1.56 x T

6 CINEMATICA DELLE PARTICELLE (in acque profonde) Velocità positive (cresta) Velocità negative (cavo) Velocità<Celerità Orbite circolari Velocità decrescenti con la profondità Velocità trascurabili a z=-l/2

7 MOTO ONDOSO REGOLARE SU BATIMETRIA REALE (NORTH CAROLINA)

8 Batimetria misurata a Duck (North Carolina) Profilo

9 MOTO ONDOSO REGOLARE Ogni onda è uguale alla successiva Altezza H Periodo T Direzione + Facile da studiare - Non esiste in natura

10 DAL MOTO ONDOSO REGOLARE A QUELLO IRREGOLARE Sovrapposizione di un gran numero di componenti Per ogni componente (H,T, Dir) Ogni componente è regolare Moto ondoso regolare: H T Dir Moto ondoso irregolare: H media T medio Dir media Dispersione direzionale

11 DAL MOTO ONDOSO REGOLARE A QUELLO IRREGOLARE C1 Moto ondoso bicromatico 2 componenti (C1 e C2) TOT = C1 +C2 C2 Componenti in fase => gruppo o set Componenti in antifase => calma C1:H1=0.6m; T1=11s C2: H2=0.6m; T2=9s TOT

12 DAL MOTO ONDOSO REGOLARE A QUELLO IRREGOLARE Sovrapposizione di un gran numero di componenti Approccio statistico Per ogni componente (H,T, Dir) Approccio spettrale

13 MOTO ONDOSO IRREGOLARE Approccio statistico Altezza significativa Hs (m) Obbiettivo: Identificazione singole onde Altezza massima (m) Come: Zero down-crossing Periodo medio Tm (s) Valori di riferimento Hs 1.4 Hm Hmax 1.8 Hs

14 MOTO ONDOSO IRREGOLARE Approccio spettrale Obbiettivo: Identificazione componenti Come: spettro dell energia Altezza significativa spettrale Hs (m) Periodo medio spettrale Tm (s) Periodo di picco Tp (s) Direzione media ( ) Dispersione direzionale media ( ) Valori di riferimento Tp 1.2 Tm

15 MOTO ONDOSO IRREGOLARE MULTIDIREZIONALE N componenti Hs = 0.6 m Tp= 12 s Dir media = 270 Dispersione Dir = 40

16 MOTO ONDOSO IRREGOLARE UNIDIREZIONALE N componenti Hs = 0.6 m Tp= 12 s Dir media = 270 Dispersione Dir = 2

17 MOTO ONDOSO IRREGOLARE - DISPERSIONE DIREZIONALE Stessi parametri (Hs, Tp, dir) +

18 MODELLAZIONE MOTO ONDOSO Wave resolving Wave averaged

19 PREVISIONI DELLE ONDE Generazione Trasformazione In acque costiere

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21 PREVISIONI DELLE ONDE Trasformazione in acque costiere Rifrazione Cambio di direzione di propagazione dovuta al cambio della celerità La rifrazione ha luogo in acque costiere dove h<l/2 La celerità diminuisce al diminuire della profondità La parte del fronte d onda che si propagaga in minori profondità è più lenta -> l onda curva Le onde che incidono obliquamente la riva tendono a disporsi parallelamente a questa Le onde più lunghe sono rifratte maggiormente L energia si concentra sui promontori e si disperde nelle baie

22 PREVISIONI DELLE ONDE Trasformazione in acque costiere Frangimento Frangimento indotto dalla profondità Velocità particelle supera celerità H/h Dipende da: H/L Pendenza fondo Se pendenza > H/L, H/h Se pendenza < H/L, H/h H/h 0.8 H=altezza h=profondità

23 PREVISIONI DELLE ONDE Generazione delle onde Stato del mare dipende da: Fecth (km) Intensità vento (kts o km/h) Durata (ore)

24 GENERAZIONE DELLE ONDE FETCH Fetch: estensione della porzione di mare sulla quale si esplica l'azione di trasferimento energetico dal vento al moto ondoso Fetch geografico Fetch efficace

25 GENERAZIONE DELLE ONDE VENTO PRESSIONE MEDIA DI GENNAIO (hpa) Anticlone Rotazione oraria Ciclone Rotazione antioraria

26 GENERAZIONE DELLE ONDE VENTO EFFETTI LOCALI BREZZE TERMICHE Brezza diurna Alta pressione su mare Bassa pressione su terra Brezza notturna Alta pressione su terra Bassa pressione su mare

27 MODELLI NUMERICI DI PREVISIONE METEO Modello di previsione meteorologica: insieme di equazioni di governo che descrivono l'evoluzione dell'atmosfera Le equazioni di governo vengono risolte su una maglia tridimensionale Variabili: velocità del vento, la densità dell'aria, la pressione, l'umidità e la temperatura. Condizioni iniziali Condizioni al contorno Nel caso di un modello locale le condizioni al contorno sono date dal modello globale in cui è annidato NOAA-NCEP (USA) ECMWF (EUROPE)

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29 MODELLI DELLE ONDE INPUT OUTPUT Parametrici Risposta del sistema in maniera quantitativa Trascurano i processi fisici Semplicità Limitato costo computazionale Basati su processi Descrivono i processi fisici Alta complessità Alto costo computazionale

30 Modello parametrico: JONSWAP (1973)/SPM84 U10 X D Hs Tp Moto ondoso può essere: Limitato dalla durata D Limitati dal fetch Completamente sviluppato Hs generata da vento U10 = 20 m/s

31 Modello basato su processi: WAVEWATCH III WAVEWATCH, Delft University of Technology (1989) WAVEWATCH II, NASA (1992) WAVEWATCH III (Tolman 1997, 1999a, 2009), NOAA/NCEP WAVEWATCH III è un modello spettrale integrato in verticale che risolve le equazioni di conservazione dell energia dell onda. Processi fisici (scambi energetici): vento (+), whitecapping (-), interazione tra componenti d onda (=), interazione onda/corrente (=), rifrazione (=), attrito al fondo (-), frangimento (-). Vento Interazione Rifrazione Frangimento Attrito

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33 SISTEMA DI PREVISIONE SWELLBEAT Ideato da Andrea Ruju nel 2016 Sviluppato da Andrea Ruju e Alberto Serra delle onde nel Mediterraneo con WW3 Alta risoluzione nei mari di Corsica e Sardegna Mappe SurfSpots Wave Calculator Wave Reports Swellbeat collabora con: Wipeout Board Shop 4Surf Università di Cagliari

34 Come funziona SWELLBEAT (1): Batimetria e griglia Griglia Grossolana (mare aperto) Risoluzione 18 km Batimetria ETOPO1 (NOAA, 2009) Risoluzione nel Mediterraneo: 1.8 km Griglia fina (costa) Risoluzione 1.8 km Perchè 2 griglie? + + Riduzione costo computazionale Accurata descrizione dei processi costieri

35 Come funziona SWELLBEAT (2): Venti Previsione venti a 10 m slm Modello GFS Corsa GFS delle 00:00 Risoluzione 27 km Variabili estratte: Venti Pressione Precipitazioni

36 Come funziona SWELLBEAT (3): Mappe di Previsione 5 Aree: Mediterraneo Ovest Mediterraneo Est Corsica Nord Sardegna Sud Sardegna 5 Variabili: Altezza significativa Periodo medio Dispersione direzionale Vento Pressione e pioggia Passo temporale 3orario

37 Come funziona SWELLBEAT (3): SurfSpots 16 SurfSpots in Sardegna Variabili: Altezza significativa incidente Altezza significativa incidente Periodo di picco Direzione moto ondoso Vento (intensità e direzione) Pressione e pioggia

38 WAVE FORECAST (Future) Ricostruzione clima marittimo Statistiche onde Valori medi e estremi Operatività WAVE HINDCAST (Past)

39 Validazione SWELLBEAT Natura Confronto simulazioni con dati misurati Boa ondametrica MoeteoFrance Da Settembre a Novembre 2016 Errore medio = 17% Teoria/Sperimentazione