Numerical simulations of surface wave refraction in the North Sea. Part 2: Dynamics

Summary

Numerical simulations of surface wave transformation due to shoaling and refraction are used to examine the distribution of wave energy, mean frequency, and direction along the coastline of the north Sea. The variability in the directional distribution of typical swell events, entering the North Sea between the Orkney-Shetland and Shetland-Norway, are calculated from reverse ray projections.

The results show that theGerman Bight divides the coastal wave climate and the directional characteristics of swell into a northern and southern domain and provides shelter to the Elbe and Weser estuaries from high sea states associated with swell from the North Atlantic when generation of waves from local winds in the North Sea is negligible. This approach provides a more realistic description of the costal were climate than has been possible with conventional techniques. Furthermore, it was found that the spatial variability in mean spectral parameters is considerable and depends on both near and far zone topographic features.

Zusammenfassung

Es werden numerische Simulationen der Transformation von Meereswellen durch Shoaling und Refraktion benutzt, um die Verteilung der Energie, mittleren Frequenz und Richtung der Wellen entlang der Nordseeküste zu untersuchen. Es werden die Veränderungen der Richtungsverteilung im Fall von Dünungen, die in die Nordsee zwischen Orkney- und Shetlandinseln bzw. Shetlandinseln und Norwegen eintreten mit Hilfe einer rückwärtsgerichteten Strahlenprojektion berechnet.

Die Ergebnisse zeigen, daß dieDeutsche Bucht die Nordsee bezüglich des Seegangsklimas an den Küsten und der Verteilung der Dünungsrichtungen in ein nördliches und ein südliches Gebiet teilt und dafür sorgt, daß das Elbe- und Weserästuar vor hohen Dünungswellen aus dem Nordatlantik geschützt wird, vorausgesetzt, daß keine zusätzlichen Wellen durch lokale Windfelder in der Nordsee erzeugt werden. Die hier benutzte Methode erlaubt eine wirklichkeitsnähere Beschreibung des Seegangsklimas an den Küsten, als es bisher mit den herkömmlichen Methoden möglich war. Ferner zeigt sich, daß die örtliche Variabilität der mittleren spektralen Parameter beträchtlich ist und von den topographischen Merkmalen des Meeresbodens sowohl in der Nah- als auch in der Fernzone abhängt.

Résumé

Des simulations numériques de la transformation des vagues liée à la variation de la vitesse de groupe en fonction de la profondeur permettent d'étudier le spectre d'énergie de la houle, sa fréquence et sa direction moyennes le long de la côte. Les distributions angulaires des houles typiques, qui entrent dans la mer du Nord par un passage entre les îles d'Orkney et les Shetlands et entre les Shetlands et la Norwège, sont calculées par rétroprojection des rayons.

Les résultats montrent que leGerman Bight sépare dans une direction Nord-Sud deux domaines de houles côtières caractéristiques. Il permet de protéger les estuaires de l'Elbe et du Weser des hautes mers avec des houles de l'Atlantique Nord lorsque la géneration de la houle par les vents locaux est négligeable. Cette approche permet d'obtenir une description plus réaliste des caractéristiques des houles côtières que celle que l'on obtiendrait par des méthodes plus conventionnelles. Par ailleurs, on trouve que la distribution spectrale des différents paramètres varie considérablement avec la position et dépend de la topographie proche et lointaine.