بخشی از مقاله
چکیده
بنا بر دلایل مختلف اندازه گیری های موج اغلب ناپیوسته و در بازه های زمانی کوتاه هستند.جهت دستیابی به سری های بلند مدت موج، تکمیل شکاف داده های کوتاه مدت ضروری است.مدل موج آماری جهت تولید داده های بلند مدت موج در صورت وجود خلأ های اطلاعاتییا عدم وجود داده های اندازه گیری شده موج براییک منطقه خاص توسعه داده شد.داده های باد و موج اندازه گیری شده جهت توسعه مدل عملی برای منطقه مورد مطالعه استفاده شدند. هدف از استفاده از چنین مدلی دستیابی به تخمین سریع و عملی پارامترهای موج با استفاده از پارامترهای باد انداره گیری شده توسط ایستگاه هواشناسی ساحلی بدون نیاز به مدل موج پیچیده که نیازمند به پارامتر های ورودی پیچیده تر باشد است. بنابراین بهترین راه تخمین اقلیم موج یک منطقه، دستیابی به مدل موج خاص منطقه مورد نظر است. بندر بوشهر واقع در جنوب غرب ایران و درحاشیه خلیج فارس به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شد. اندازه گیری های باد و موج ثبت شده توسط بویه سازمان هواشناسی کشور و ایستگاه هواشناسی فرودگاه بوشهر از تاریخ 2008.11.12 الی2013.31.12 جهت تعیین داده های میدانی استفاده شدند. نتایج بدست آمده از مدل آماری موج دارای مقدارRMSE= 0/282 متر برای ارتفاع موج موثر در مرحله یافتن بهترین همبستگی - 80 درصد از داده ها - وRMSE= 0/15 متردر مرحله صحت سنجی - 20 درصد از داده ها - می باشد که با توجه به فرض سادگی مدل از لحاظ داده های ورودی - سرعت باد،جهت باد و طول موجگاه - کاملا نتیجه مطلوبی است.
کلمات کلیدی : پیش بینی موج،مدل آماری موج، اندازه گیری موج ، همبستگی باد- موج.
-1 مقدمه
امواج از مهمترین پدیده های دریایی هستند که به دلیل داشتن ماهیت پیچیده و اتفاقی از مشکل ترین موضوعات مهندسی دریایی به شمار می آیند. تاثیرات امواج بر کلیه فعالیتهای ساحلی و دریایی سبب می شود تا شناخت مشخصه های امواج از طریق اندازه گیری های میدانی، بررسی های تحلیلی و نظری، مدلسازی های فیزیکی و شبیه سازی های عددی مورد توجه قرار گیرد . همچنین امواج بر روی بهینه سازی و ایمنی، فرسایش و رسوب مناطق ساحلی و فراساحلی و نیز انتقال آلودگی تأثیر گذارند. لذا پیش بینی صحیح مشخصه های موج از اهمیت زیادی برخوردار است .جهت انجام محاسبه های مهندسی، اطلاعات آماری کافی در طول یک دوره زمانی مناسب مورد نیاز است.[1] زیرا طراحی اکثر پروژه های دریایی و ساحلی بر اساس آمار دراز مدت امواج صورت می پذیرد . با توجه به اینکه آمار و اطلاعات امواج در ایران و بسیاری از کشورهای دیگر به اندازه کافی و در دوره زمانی مناسب اندازه گیری و ثبت نشده است، لذا می بایست با بهره گیری از روش های مناسب پیش بینی امواج و آمار ثبت شده باد، آمار دراز مدت امواج را تولید نمود. اطلاعات موج بلند مدت برای تعیین اقلیم موج برای اهداف مهندسی سواحل برای ناحیه مورد نظر بسیار اساسی میباشد.عموما اطلاعات اندازه گیری شده موج به دلیل هزینه و زمان برای دوره های کوتاه مدت در دسترس می باشد.درنتیجه کمبود چنین اطلاعاتی نیاز به توسعه روشهای آماری برای بسط سری های زمانی پارامتر های موج با استفاده از اطلاعات اندازه گیری شده باد می باشد.یکی از این روش های آماری پیش بینی پارامترهای موج، برقراری همبستگی بین باد و موج است[2] - شکل. -
شکل -1 توضیحات شماتیک مدل مورد مطالعه
فروهل و فیتچن، وایت و همکارانش در سال های1998 - و - 1999 و گونر و همکارانش در سال 1 - 2013 - همبستگی باد - موج را برای پارامترهای شاخص موج - ارتفاع موج،طول موج و متوسط جهت موج - براساس اندازه گیری کوتاه مدت موج و داده های بلندمدت باد را توسعه دادند.[3] این همبستگی باد-موج امکان پر کردن خلاهای اطلاعاتی بلند مدت را بوسیله داده های ثبت شده کوتاه مدت بویه - ارتفاع موج، پریود موج - و نیز اقلیم موج منطقه مورد مطالعه را فراهم می نماید.بنابر نوع داده های در دسترس ورودی،مدل های موج بسیاری برای تخمین پارامترهای موج وجود دارد. مدل های پیچیده موج نسل جدید به داده های ورودی پیچیده تر و کالیبره شده نیاز دارد .اما گاهی اوقات امکانات - زمان،هزینه و ... - اجازه کسب چنین داده های ورودی و استفاده از این مدل ها را نمی دهد . میتوان از یک الگوریتم موًثر برای پیش بینی پارامترهای موج به جای اجراییک مدل عددی در مقیاس کامل که نیاز به اطلاعات اضافی پیش بینی باد را دارد،در یک ناحیه مشخص استفاده کرد. بنابراین در پژوهش حاضر از مدل آماری عملی و سریع براساس داده های بلندمدت باد متناظر با اندازه گیری های کوتاه مدت موج به جای مدل پیچیده که نیاز به ورودی پیچیده تر را دارد استفاده شده است.[2]
-2 داده های در دسترس باد و موج
بوشهر در عرض جغرافیایی28 درجه و 59 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی50 درجه و 50 دقیقه شرقی واقع شده است.[4] منطقه بوشهر به دلیل اینکه به یک منطقه صنعتی ، دریانوردی، هواشناسی و دریاشناسی مهم در منطقه تبدیل شده است ، مطالعه و تحقیق در علوم مهندسی دریا در این منطقه ضرورت زیادی دارد. در این مطالعه از داده های اندازه گیری شده باد ایستگاه هواشناسی فرودگاه بوشهر واقع در طول جغرافیایی50.51 درجه و عرض جغرافیایی28.57 درجه در تراز 10 متری از سطح زمین[5 ] و از داده های موج اندازه گیری شده توسط بویه سازمان هواشناسی کشورواقع در طول جغرافیایی50.49درجه و عرض جغرافیایی28.54 درجه در عمق 25 متری در بندر بوشهر - شکل - 2 استفاده شد. [6] در مجموع 6076 داده باد و موج - جدول - 1در گام های زمانی3 ساعته از تاریخ 2008.11.12 تا 2013.31.12 جمع آوری و مورد بررسی قرار گرفت - نمودار. - 1
شکل -2 موقعیت بندر بوشهر
-3 مدل آماری موج
بنا بر دلایل مختلف اندازه گیری های موج اغلب ناپیوسته و در بازه های زمانی کوتاه هستند.جهت دستیابی به سری های بلند مدت موج، تکمیل شکاف داده های کوتاه مدت ضروری است.مدل موج آماری جهت تولید داده های بلند مدت موج در صورت وجود خلأ های اطلاعاتییا عدم وجود داده های اندازه گیری شده موج براییک منطقه خاص توسعه داده شد .مدل آماری این پژوهش ،همبستگی آماری بین سرعت باد،جهت باد و طول موجگاه می باشد. همبستگی آماری پارامترهای موج شاخص - ارتفاع موج موثر ،پریود موج شاخص - را در منطقه مورد مطالعه بدست آورند . برای مدل آماری توسعه یافته در این کار تنها پارامترهای باد و طول موجگاه به عنوان داده های ورودی مورد استفاده قرار گرفت زیرا موثرترین انرژی ورودی به سطح دریا در مقیاس زمان ناشی از باد می شود. علاوه بر این موجگاه یکی از ویژگی های مهم آبهای باز است زیرا موجگاه طولانی تر منجر به تولید امواج بزرگتر می شود.همراه با طول موجگاه ،سرعت باد اندازه موج را تعیین می کند. بنابراین باد و موجگاه برای تخمین پارامترهای باد -موج در نظر گرفته شدند[2].در این پژوهش داده های باد از ایستگاه هواشناسی فرودگاه بوشهر و داده های موج از بویه ایستگاه هواشناسی بدست آمد. داده های باد بین فوریه 2008 و فوریه 2013 به صورت پیوسته اندازه گیری و ثبت شده است در حالیکه اندازه گیری های موج توسط بویه در این فاصله زمانی به دلایل مختلف ناپیوسته هستند. ویژگی های طیفی موج مانند ارتفاع موثر موج و متوسط پریود موج
