Nearshore wind-wave modelling in semi-enclosed seas : cross calibration and application

Fery, Natacha

A central question in this study is the evaluation and the improvement of the accuracy of wind-wave predictions in semi-enclosed seas. It was investigated how the parametrization of the wave models can be modified to provide accurate predictions in these specific areas. Furthermore, this work outlines how the physical inputs of the wave model such as the wind forcing and the bathymetry can affect wave predictions. An additional objective of this work is to assess the accuracy of the in-situ and remote field observations used in the calibration and validation processes of the numerical wave model. To examine these questions, wind-waves were simulated with the spectral wave model Simulating WAves Nearshore (SWAN) included in the Delft3D modelling package (Deltares, the Netherlands). Extensive calibration and validation of the wave model and its wind forcing were achieved by means of large datasets of in-situ and remote measurement technologies. Numerical predictions of wind-generated waves in two semi-enclosed seas, the Red Sea and the Bohai Sea were improved by means of modifications of the source term responsible of the generation of wave energy by wind in the action balance equation of the wave model. The findings provide support to the scientific community in the field of the operational oceanography. The outputs of the wave model for the Red Sea and the coastal waters of Jeddah were integrated into a coastal monitoring system. The wave model set up for the Bohai Sea is part of a Decision Support System for the Shandong peninsula. The two information systems provide hindcasts and forecasts of hydrodynamic parameters.

Eine zentrale Frage in dieser Arbeit ist die Beurteilung und die Verbesserung der Genauigkeit von Vorhersagen für Windseen in halb geschlossenen Meeresgebieten. Es wurde untersucht wie die Parametrisierung des Wellenmodels modifiziert werden kann, um genaue Vorhersagen für die untersuchten Gebiete bereitzustellen. Außerdem umreißt diese Arbeit, wie die physikalischen Eingangsgrößen des Wellenmodells, der Windantrieb und die Bathymetrie die Vorhersage von Wellen beeinflussen können. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Genauigkeit der In-Situ- und Fernerkundungsdaten einzuschätzen, die im Kalibrierungs- und Validierungsprozess des numerischen Modells benutzt wurden. Um diese Fragen zu untersuchen, wurden Windseen mit dem spektralen Wellenmodel Simulating WAves Nearshore (SWAN) simuliert, dass in der Modellierungssoftware Delft3D (Deltares, Holland) enthalten ist. Eine umfassende Kalibrierung und Validierung des Wellenmodells und seines Antriebs durch Wind wurde mit Hilfe großer Datensätze aus In-Situ- und Fernerkundungs-Meßtechniken erreicht. Numerische Vorhersagen von windgenerierten Wellen in zwei halb geschlossenen Meeresgebieten, dem Roten Meer und der Bohai See, wurden mit Hilfe von Modifikationen des Quellterms verbessert, der für die Erzeugung von Wellenenergie durch Wind in der Gleichung der spektrale Wirkungsdichte des Wellenmodels verantwortlich ist. Die Befunde liefern Unterstützung für die Wissenschaftler auf dem Gebiet der operativen Ozeanographie. Die Ergebnisse aus dem Wellenmodell für das Rote Meer und die Küstengewässer von Jeddah wurden in ein Küsten-Monitoring-System integriert. Das Wellenmodell, dass für die Bohai See aufgestellt wurde, ist ein Bestandteil eines Entscheidungshilfesystems (DSS) für die Shandong Halbinsel. Die beiden Informationssysteme stellen Hindcasts und Vorhersagen hydrodynamischer Parameter bereit.

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Fery, Natacha: Nearshore wind-wave modelling in semi-enclosed seas : cross calibration and application.

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