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Nonlinear deterministic reconstruction and prediction of remotely measured ocean surface waves

Desmars, Nicolas und Hartmann, Moritz und Klein, Marco (2023) Nonlinear deterministic reconstruction and prediction of remotely measured ocean surface waves. Journal of Fluid Mechanics, 975, A8-1. Cambridge University Press. doi: 10.1017/jfm.2023.841. ISSN 0022-1120.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/nonlinear-deterministic-reconstruction-and-prediction-of-remotely-measured-ocean-surface-waves/0D492ABAE4B99782612F5CE4AC890B6D

Kurzfassung

Algorithms for reconstructing and predicting nonlinear ocean wave fields from remote measurements are presented. Three types of synthetic observations are used to quantify the influence of remote measurement modulation mechanisms on the algorithms’ performance. First, the observations correspond to randomly distributed surface elevations. Then, they are related to a marine radar model – the second type takes the wave shadowing modulation into account whereas the third one also includes the tilt modulation. The observations are numerically generated based on unidirectional waves of various steepness values. Linear and weakly nonlinear prediction algorithms based on analytical models are considered, as well as a highly nonlinear algorithm relying on the high-order spectral (HOS) method. Reconstructing surfaces from shadowed observations is found to have an impact limited to the non-visible regions, while tilt modulation affects the reconstruction more generally due to the indirect, more complex extraction of wave information. It is shown that the accuracy of the surface reconstruction mainly depends on the correct modelling of the wave shape nonlinearities. Modelling the nonlinear correction of the dispersion relation, in particular the frequency-dependent wave phase effects in the case of irregular waves, substantially improves the prediction. The suitability of the algorithms for severe wave conditions in finite depth and using non-perfect observations is assessed through wave tank experiments. It shows that only the third-order HOS solution predicts the right amplitude and phase of an emerging extreme wave, emphasizing the relevance of the corresponding physical modelling.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199059/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Nonlinear deterministic reconstruction and prediction of remotely measured ocean surface waves
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Desmars, Nicolasnicolas.desmars (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hartmann, Moritzmoritz.hartmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7282-0399NICHT SPEZIFIZIERT
Klein, Marcomarco.klein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2867-7534146371777
Datum:10 November 2023
Erschienen in:Journal of Fluid Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:975
DOI:10.1017/jfm.2023.841
Seitenbereich:A8-1
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Desmars, Nicolasnicolas.desmars (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hartmann, Moritzmoritz.hartmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7282-0399NICHT SPEZIFIZIERT
Behrendt, Jasperbehrendt (at) bhs-hamburg.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, Norbertnorbert.hoffmann (at) tuhh.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klein, Marcomarco.klein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2867-7534146371777
Verlag:Cambridge University Press
ISSN:0022-1120
Status:veröffentlicht
Stichwörter:nonlinear waves, radar-based wave reconstruction, wave prediction
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Geesthacht
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Energiesysteme
Hinterlegt von: Klein, Marco
Hinterlegt am:10 Nov 2023 13:42
Letzte Änderung:26 Mär 2024 12:53

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