본 연구는 제주도 서측 해역의 현지 파랑관측 자료를 기초로 해양파의 비선형 특성을 조사한 것으로서, 실제 해역에서 Freak wave 예보의 토대를 마련하기 위한 기초 연구이다. 관측된 파랑자료의 비선형 특성을 조사하기 위해 파형의 상하 비대칭성, 전후 비대칭성, 빈도 분포의 첨예도, 파랑 스펙트럼의 대역폭파라미터 등을 추출하고 이들 자료를 유의파고 최대파고 등의 파랑 특성치들과의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 제시된 파랑의 비선형 파라미터들은 계측된 파랑 스펙트럼의 전반적인 비선형적 특징을 묘사하긴 하지만, 돌발적 고파랑이라고 할 수 있는 $H_{max}$와의 상관은 미약하여 Freak wave 의 발생을 단적으로 예측하기에는 부족한 것으로 나타났으나, 스펙트럼의 첨예도를 나타내는 $K_t$의 경우는 타 비선형 파라미터에 비해 다소 개선된 상관을 보여주고 있음을 알 수 있었다.
본 연구는 제주도 서측 해역의 현지 파랑관측 자료를 기초로 해양파의 비선형 특성을 조사한 것으로서, 실제 해역에서 Freak wave 예보의 토대를 마련하기 위한 기초 연구이다. 관측된 파랑자료의 비선형 특성을 조사하기 위해 파형의 상하 비대칭성, 전후 비대칭성, 빈도 분포의 첨예도, 파랑 스펙트럼의 대역폭 파라미터 등을 추출하고 이들 자료를 유의파고 최대파고 등의 파랑 특성치들과의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 제시된 파랑의 비선형 파라미터들은 계측된 파랑 스펙트럼의 전반적인 비선형적 특징을 묘사하긴 하지만, 돌발적 고파랑이라고 할 수 있는 $H_{max}$와의 상관은 미약하여 Freak wave 의 발생을 단적으로 예측하기에는 부족한 것으로 나타났으나, 스펙트럼의 첨예도를 나타내는 $K_t$의 경우는 타 비선형 파라미터에 비해 다소 개선된 상관을 보여주고 있음을 알 수 있었다.
This study is carried out the investigation of nonlinear characteristics of the field wave observation data acquired in the western sea area in Jeju island during one year. It is aimed to offer the fundamental data for Freak wave forecasting in real sea. For this, the nonlinear parameters of ocean w...
This study is carried out the investigation of nonlinear characteristics of the field wave observation data acquired in the western sea area in Jeju island during one year. It is aimed to offer the fundamental data for Freak wave forecasting in real sea. For this, the nonlinear parameters of ocean waves, which are Skewness, Atiltness, Kurtosis and Spectrum band width parameter et al., are introduced, and the parameters are compared and discussed with some characteristics wave components, ie, significant wave height, maximum wave height, and so on. As a results, we know that the parameters describe nonlinear characteristics of observed wave spectrum broadly, are feebly related with occurrence of abnormal maximum wave height, namely freak event, however the Kurtosis, $K_t$ which is a degree of peakness of mode of surface elevation distribution, has better relationship than others.
This study is carried out the investigation of nonlinear characteristics of the field wave observation data acquired in the western sea area in Jeju island during one year. It is aimed to offer the fundamental data for Freak wave forecasting in real sea. For this, the nonlinear parameters of ocean waves, which are Skewness, Atiltness, Kurtosis and Spectrum band width parameter et al., are introduced, and the parameters are compared and discussed with some characteristics wave components, ie, significant wave height, maximum wave height, and so on. As a results, we know that the parameters describe nonlinear characteristics of observed wave spectrum broadly, are feebly related with occurrence of abnormal maximum wave height, namely freak event, however the Kurtosis, $K_t$ which is a degree of peakness of mode of surface elevation distribution, has better relationship than others.
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문제 정의
본 연구에서는 일반적인 파 스펙트럼 이론에 적용되는 기본가정으로부터 설명하기 어려운 Freak wave의 특성에 대한 논의가 중심이 되므로, zero up cross 법을 통해 각각의 개별파 인자로부터 정의되는 유의파고(乌/3)와 유의파 주기(4/3), 평균 파고(丑"期), 평균주기(zero up cross period, TmRan) 및 최대 등을 주된 해석 대상으로 하파고(%必)와 최대파 주기(4n*)며, 경우에 따라 스펙트럼법으로부터 정의되는 값을 사용할 때에서는 앞서 서술한 약호의 표현으로 혼동을 피하고자 한다.
본 연구에서는 2(加년 11월에서 2005년 10월에 걸친 1년간의 제주해역 현지 파랑의 연속관측 결과를 토대로 관측된 수면 변동 데이터의 통계 해석 및 스펙트럼 해석을 수행하여 실해역에서의 불규칙 파랑 특성을 고찰하고, 이를 통해 관측된 해양파의 비선형 특성을 조사하여 Freak wave 특성 분석을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 제주해역 현지 파랑의 1년간 연속관측 결과를 토대로 실해역에서의 불규칙 파랑 특성을 고찰하고 이를 통해 관측된 해양파의 비선형 특성을 조사하여 Freak wave 예측을 위한 기초자료를 제공하고자 하고자 실측 파랑 기록으로부터 파형의 상하 비대칭성(&), 전후 비대칭성(&) 그리고 빈도분포의 첨예도(人) 및 스펙트럼 대역폭 파라미터(e)를 추출하여 분석하였다.
Goda(1985)는 이 벗어남이 각 성분파간의 2차 및 3차 비선형 간섭파가 존재하기 때문이라 설명하였다. 실측 파랑기록으로부터 수면의 이론분포로부터 벗어난 정도는 실해역 파랑의 비선형을 나타내는 하나의 지표가 될 수 있으며 여기서는 수면 파형의 비선형성을 표현하기 위해 다음과 같은 지표들을 도입하였다.
제안 방법
파랑의 계측은 경사계 및 가속도계가 내장된 부이식 파고계(Waverider MkHI, Fig. 2)로 이루어졌으며, 샘플링 간격 3.84Hz로 연속 계측하여 30분마다 기본적인 파랑 통계량을 산출하면서 하나의 데이터 셋을 형성하도록 하였다.
한편, 부이식 파고계로부터 계측된 실시간 수면 변동치 및 30 분마다의 파랑 통계량은 주파수 범위 27~40Hz의 무선통신 데이터 전송을 통하여 육상에 설치한 데이터 수신기(Waverider Receiver RX-D)에 실시간으로 기록하였다. 이때 수면에 해당하는 각 데이터 셋은 저장 공간의 절감을 위해 1.
대상 데이터
본 연구에서 다루는 파랑관측 결과는 파력발전 적지의 해양환경 분석을 위해 차귀도 전면해상(N 33°10'43", E126°0 8'34”, Fig. 1)에서 관측된 파랑자료이며, 관측지점의 수심은 약 41m로 차귀도로부터 약 300m 떨어진 해상이다.
1.28Hz 간격으로 이루어진 30분 동안의 데이터는 관측기간 전체에 걸쳐 총 10, 996개가 얻어졌으나, 각 데이터 셋의 시계열 계측 값 확인을 통해 신호잡음의 포함 또는 통계량 분석에 필요한 데이터 수에 못 미치는 데이터 셋을 제외시켜 최종적으로 9, 989개의 유효 데이터 셋을 확보하였다.
제주 서쪽 해역의 실해역 파랑은 2004년 11월 10일~2005 년 10월 18일의 약 11개월에 걸쳐 관측되었으며, 관측기간 중부이식 파고계의 내부 전원 교체, 고장 및 보수 등을 위한 결측기간 이외에는 연속적으로 데이터를 획득하였다.
성능/효과
1년간 연속 관측된 자료의 분석을 통해 관측지점의 계절별 유의파고 분포는 동계(12, 1, 2월), 하계(6, 7, 8월), 추계(9, 10, 11월), 춘계(3, 4, 5월)의 순으로 높아「각각의 계절별 평균이 1.49m, 1.03m, 0.93m, 0.90m로 나타났으며, 주기는 5.4~6.5s 정도로 나타났다. 이 같은 유의파고의 계절별 평균파고 분포는 동계에 지속적으로 나타나는_북서 계절풍 및 하계의 태풍 등의 영향이 지배적인 한반도 연안해역의 특성이 잘 나타나 있는 것이라 볼 수 있다.
그 결과 제시된 파랑의 비선형 파라미터들은 계측된 파랑스펙트럼의 전반적인 비선형적 특징을 묘사하긴 하지만, 돌발적 고파랑이라고 할 수 있는 力皿就와의 상관은 미약하여 Freak wave의 발생을 단적으로 예측하기에는 부족한 것으로 나타났으나, 스펙트럼의 첨예도를 나타내는 &의 경우는 타 비선형 파라미터에 비해 다소 개선된 상관을 보여주고 있음을 알 수 있었다.
유효성을 확인하고 있다. 실험을 통해 진행하는 파가 수심 약 7.5cm 정도의 쇄파점에 이르기까지 Skewness는 서서히 증가하여 쇄파점에서 1.6의 값을 나타내고 쇄파 후 다시 감소하는 경향을, Atiltness의 경우는 수심 12cm 정도까지는 크게 증가되는 경향을 보이지 않지만 쇄파점에서 급격히 상승하여 4.3에 달하고 있음을 확인하고 있다. 심해에서 통상적인 Atiltness의 값은 0 부근이 된다.
앞 절에서 살펴본 수면 변동의 비선형 파라미터 Sk, At 및 파의 주파수 스펙트럼 형상을 토대로 한 비선형 파라미터 e, Qp 들은 계측된 파랑 스펙트럼의 전반적인 비선형적 특징을 묘사하긴 하지만, 해당 관측 기간 동안 나타나는 돌발적 고파랑이라고 할 수 있는 耳^와의 상관은 미약하여 Fig. 6~10에 나타난 바와 같이 %球 /丑1/3과의 낮은 상관관계를 나타내고 있어 Freak wave 발생과의 연관을 추출하기에는 부족함이 많았다.
참고문헌 (15)
류황진, 홍기용, 신승호, 송무석, 김도영 (2004), "SWAN모델을 이용한 제주해역 장기 파랑분포 특성 연구", 한국해양환경공학회지, 제7권, 제3호, pp. 137-145.
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