지난 20년 동안 해양구조물과 선박 등에 예상치 못한 피해를 주는 freak waves에 대한 연구자들의 관심이 증가하고 있다. 다양한 연구결과에도 불구하고 아직 freak waves의 발생원인, 발생 메커니즘, 발생확률 등에 대한 상반된 결과로 인해 합의된 결과가 도출되지 못하고 있다. 본 논문에서는 동해항 전면 해상에서 측정된 파랑자료를 분석하여 freak waves에 대한 발생확률을 추정하였다. 유의파고 2.5 m 보다 크고 $H_m/H_S{\geq}2$인 freak waves 3개를 발견하였다. Freak waves의 발생확률은 극치파고분포함수를 사용하여 추정하기 적절하며, Mori, Rayleigh, 그리고 Ahn의 극치파고분포함수는 freak wave의 발생확률을 각각 약 O($10^{-1}$), O($10^{-2}$), 그리고 O($10^{-3}$) 정도로 추정하였다. 본 논문에서 분석된 파랑자료의 freak waves의 발생확률은 O($10^{-2}$)와 O($10^{-3}$) 사이에 위치하였다. 즉, Rayleigh와 Ahn의 극치파고분포함수에 의해 예측된 발생확률의 중간에 위치하였다. 현재 Rayleigh와 Ahn의 극치파고분포함수 중에 어떤 분포함수가 정확한지에 대한 판단은 좀 더 다양한 해역에서의 freak waves의 발생확률에 대한 분석이 필요하다고 판단된다.
지난 20년 동안 해양구조물과 선박 등에 예상치 못한 피해를 주는 freak waves에 대한 연구자들의 관심이 증가하고 있다. 다양한 연구결과에도 불구하고 아직 freak waves의 발생원인, 발생 메커니즘, 발생확률 등에 대한 상반된 결과로 인해 합의된 결과가 도출되지 못하고 있다. 본 논문에서는 동해항 전면 해상에서 측정된 파랑자료를 분석하여 freak waves에 대한 발생확률을 추정하였다. 유의파고 2.5 m 보다 크고 $H_m/H_S{\geq}2$인 freak waves 3개를 발견하였다. Freak waves의 발생확률은 극치파고분포함수를 사용하여 추정하기 적절하며, Mori, Rayleigh, 그리고 Ahn의 극치파고분포함수는 freak wave의 발생확률을 각각 약 O($10^{-1}$), O($10^{-2}$), 그리고 O($10^{-3}$) 정도로 추정하였다. 본 논문에서 분석된 파랑자료의 freak waves의 발생확률은 O($10^{-2}$)와 O($10^{-3}$) 사이에 위치하였다. 즉, Rayleigh와 Ahn의 극치파고분포함수에 의해 예측된 발생확률의 중간에 위치하였다. 현재 Rayleigh와 Ahn의 극치파고분포함수 중에 어떤 분포함수가 정확한지에 대한 판단은 좀 더 다양한 해역에서의 freak waves의 발생확률에 대한 분석이 필요하다고 판단된다.
Over the last 20 years, freak waves have attracted many researchers because of their unexpected behaviors and damages on offshore structures and vessels in the ocean and coastal waters. Despite many researches on the causes, mechanisms and occurrence of freak waves, we have not reached consensus on ...
Over the last 20 years, freak waves have attracted many researchers because of their unexpected behaviors and damages on offshore structures and vessels in the ocean and coastal waters. Despite many researches on the causes, mechanisms and occurrence of freak waves, we have not reached consensus on the results of the researches. This paper presents the occurrence probability of freak waves based on the analysis of wave records measured at coastal waters of Donghae harbor in the East Sea. Three freak waves were found which satisfied conditions of m and $H_S{\geq}2.5m$ and $H_m/H_S{\geq}2$. The occurrence probabilities of freak waves were estimated from extreme distributions by Mori, Rayleigh and Ahn, and found to be on the orders of O($10^{-1}$), O($10^{-2}$), and O($10^{-3}$), respectively. The occurrence probabilities of freak waves measured from waves records were estimated between O($10^{-2}$) and O($10^{-3}$), which were located between predictions by Rayleigh and Ahn's extreme probability distributions. However, we need more analysis of wave records obtained from diverse field conditions in order to verify the accuracy of the estimation of occurrence probability of freak waves.
Over the last 20 years, freak waves have attracted many researchers because of their unexpected behaviors and damages on offshore structures and vessels in the ocean and coastal waters. Despite many researches on the causes, mechanisms and occurrence of freak waves, we have not reached consensus on the results of the researches. This paper presents the occurrence probability of freak waves based on the analysis of wave records measured at coastal waters of Donghae harbor in the East Sea. Three freak waves were found which satisfied conditions of m and $H_S{\geq}2.5m$ and $H_m/H_S{\geq}2$. The occurrence probabilities of freak waves were estimated from extreme distributions by Mori, Rayleigh and Ahn, and found to be on the orders of O($10^{-1}$), O($10^{-2}$), and O($10^{-3}$), respectively. The occurrence probabilities of freak waves measured from waves records were estimated between O($10^{-2}$) and O($10^{-3}$), which were located between predictions by Rayleigh and Ahn's extreme probability distributions. However, we need more analysis of wave records obtained from diverse field conditions in order to verify the accuracy of the estimation of occurrence probability of freak waves.
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문제 정의
Freak waves의 출현확률분포 분석을 위해 본 연구에서는 동해항 전면 해역에서 1992년, 1996년 및 1997년에 측정된 파랑자료를 분석하였다. 네델란드 Datawell사의 부이식 파향파고계로부터 매 시간마다 0.
본 논문에서 동해항 인근 연안에서 측정된 파랑의 freak wave 발생확률의 분석결과는 Rayleigh, Ahn, 그리고 Mori에 의해 제안된 파고의 분포함수에 의해서는 발생확률을 예측할 수 없으나, 극치파고분포함수에 의해서는 발생확률을 예측할 수 있음을 제시하였다. Fig.
본 논문에서는 Rayleigh, Ahn, 그리고 Mori에 의해 제시된 극치파고분포함수를 비교 분석하였다. Rayleigh 극치파고 분포함수 g(Hm)는 Rayleigh 확률분포함수 f(H)와 식 (5)로부터 식 (7)과 같이 유도될 수 있다.
제안 방법
4 m 까지 설치된 8개의 파고계에서 측정된 파랑자료를 분석하였다. 1980년 10월 24일부터 26일까지 폭풍 시에 측정된 파랑자료를 분석하여 freak wave의 존재여부를 검토하였다. 약 900,000개의 파랑 중에 수심이 제일 깊은 24.
5 m 보다 크고 Hm/HS≥2인 freak waves 3개를 발견하였다. Freak waves의 발생확률을 추정하기 위해 Rayleigh, Ahn, 그리고 Mori의 파고 확률분포함수와 극치파고분포함수를 적용하여 비교하였다.
동해항 전면 수심 25 m, 40.5 m 그리고 43 m에서 측정된 파랑자료를 분석하여 freak waves에 대한 발생확률을 추정하였다. 유의파고 2.
동해항 전면 해상 수심 약 28 m~43 m 에서 매시간 1.28 Hz로 1600 sec 동안 측정된 파랑자료를 0.1 m 이하의 잡음을 제거하고 분석하였다. 자료의 샘플링 간격이 0.
0이상인 경우가 많이 발생할 수 있다. 이런 이유로 본 논문에서는 유의파고가 2.5 m 이상인 파랑 중에서 최대파고와 유의파고의 비가 2.0이상인 freak waves 만을 분석하였다. 3개의 freak waves가 발견되었으며, freak wave가 포함된 파랑의 시계열은 Fig.
대상 데이터
Freak waves의 출현확률분포 분석을 위해 본 연구에서는 동해항 전면 해역에서 1992년, 1996년 및 1997년에 측정된 파랑자료를 분석하였다. 네델란드 Datawell사의 부이식 파향파고계로부터 매 시간마다 0.78125초 간격으로 2,048개의 자료가 수집되었다. Fig.
유의파고 2.5 m 보다 크고 Hm/HS≥2인 freak waves 3개를 발견하였다.
(2012)은 ARSLOE 프로젝트에서 측정된 파랑자료의 freak waves의 발생확률을 분석하였다. 해안선의 법선방향으로 25 m에서 12 km까지의 거리에 수심 1.4 m 부터 24.4 m 까지 설치된 8개의 파고계에서 측정된 파랑자료를 분석하였다. 1980년 10월 24일부터 26일까지 폭풍 시에 측정된 파랑자료를 분석하여 freak wave의 존재여부를 검토하였다.
데이터처리
Freak waves의 통계적 분석을 위해 3개의 극치파고분포함수를 사용하여 비교하였다. 극치파고분포함수는 파고분포함수로부터 아래의 식을 이용하여 유도할 수 있다.
이론/모형
본 연구에서는 파별분석법에 의한 영점상향교차법(zero up crossing method)를 사용하여 최대파고(Hm), 유의파고 (Hs), 유의파주기(Ts)을 구하여 Freak wave 분석에 사용하였다. 대표파향은 최우도법(Maximum likelihood method)에 의해 추정하였다. (Panicker and Borgman, 1974)
해수면 변위가 정규분포과정 (Gaussian random process)을 따르면 스펙트럼법에 의한 분석과 파별분석법에 의한 분석이 동일한 결과를 보여주지만, 해수면 변위가 비정규분포과정 (Non-Gaussian random process)인 경우에는 파별분석법에 의한 파랑분석이 Freak wave 분석에 더 적합하다. 본 연구에서는 파별분석법에 의한 영점상향교차법(zero up crossing method)를 사용하여 최대파고(Hm), 유의파고 (Hs), 유의파주기(Ts)을 구하여 Freak wave 분석에 사용하였다. 대표파향은 최우도법(Maximum likelihood method)에 의해 추정하였다.
불규칙파의 분석 방법으로는 스펙트럼법 또는 파별분석법이 사용된다. 해수면 변위가 정규분포과정 (Gaussian random process)을 따르면 스펙트럼법에 의한 분석과 파별분석법에 의한 분석이 동일한 결과를 보여주지만, 해수면 변위가 비정규분포과정 (Non-Gaussian random process)인 경우에는 파별분석법에 의한 파랑분석이 Freak wave 분석에 더 적합하다.
성능/효과
Rayleigh, Ahn,과 Mori의 파고 확률분포함수를 각각의 확률지에 도식한 후 freak wave가 포함된 파고 측정자료를 도식한 결과, 파고의 확률분포함수는 freak waves의 발생확률을 추정하기에는 적절하지 않음이 밝혀졌다. 반면에 극치파고분포함수는 freak wave의 발생확률을 추정할 때 사용하는 것이 적절하다고 판단된다.
후속연구
본 논문에서 사용된 파랑자료의 freak waves의 발생확률은 O(10-2)와 O(10-3)사이에 위치하였다. 그러나 Rayleigh와 Ahn의 극치파고분포함수 중에 어떤 분포함수가 정확한지에 대한 판단은 좀 더 다양한 해역에서의 freak waves에 대한 분석이 필요하다.
Freak waves가 발생될 때의 주기는 최대 또는 최소 주기가 아니고 파고의 빈도가 가장 높을 때의 주기에 해당됨을 알 수 있다. 이러한 현상은 ARSLOE 프로젝트의 파랑자료에서도 동일하게 관찰되며(Ahn et al., 2012), 이에 대한 이유는 현재로서는 알 수 없으며, 향 후 연구의 대상이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
freak wave란 무엇인가?
이런 파랑을 freak waves (또는 rogue waves)라고 한다. 일반적으로 파고가 유의파고 보다 2배 이상 큰 단일파랑을 freak wave로 정의한다. Freak waves가 자연상태와 실험실에서도 존재한다는 증거가 꾸준히 제기되어 왔다 (Sand et al.
freak waves에 대한 발생확률을 추정하기 위해 비교한 것은 무엇인가?
5 m 보다 크고 Hm/HS≥2인 freak waves 3개를 발견하였다. Freak waves의 발생확률을 추정하기 위해 Rayleigh, Ahn, 그리고 Mori의 파고 확률분포함수와 극치파고분포함수를 적용하여 비교하였다.
본 연구에서 Freak waves의 출현확률분포 분석을 위해 어떤 자료를 활용했는가?
Freak waves의 출현확률분포 분석을 위해 본 연구에서는 동해항 전면 해역에서 1992년, 1996년 및 1997년에 측정된 파랑자료를 분석하였다. 네델란드 Datawell사의 부이식 파향파고계로부터 매 시간마다 0.
참고문헌 (18)
Ahn, K. (2002). Probability distribution of extreme wave heights in finite water depth, Proceedings of 29th International Conference on Coastal Engineering, ASCE, 614-625.
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Sand, S.E., Ottesen Hansen, N.E., Klinting, P., Gudmestad, O.T. and Sterndorf, M.J. (1989). Freak wave kinematics. Proceedings, NATO Advanced Research Workshop on Water Wave Kinematics, Molde, Norway.
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