Zeegolven - hoofdstuk 19
  Dit hoofdstuk beschrijft de grootheid “Zeegolven”. Bedoeld wordt de bewe ging van het zeewateroppervlak, direct en/of indirect ten gevolge
van de wind. Andere oorzaken, zoals aardbevingen en schepen, worden buiten beschouwing gelaten.
 
Algemene aanduiding: Zeegolven.
internationale aanduiding: Ocean Waves.
 
Het KNMI heeft zich van oudsher bezig gehouden met het verzamelen van meteorologische en oceanografi sche waarnemingen op zee (vanaf schepen, boorplatforms, enz.), zoals stroom en golven. Wat de golven betreft werd aan vankelijk alleen de toestand van de zee (sea state) aangegeven, vergelijkbaar met de Beaufort-schaal voor de wind. Sinds de Tweede Wereldoorlog worden golven meer gedetailleerd waargenomen, met golfhoogte (verticaal verschil tussen golftop en golfdal), de golfperiode (de tijd tussen twee opeenvolgende golftoppen) en de richting van voortplanting, aanvankelijk meestal op het oog geschat bij gebrek aan meetapparatuur.
 
De nauwkeurigheid van visuele waarnemingen is echter beperkt. Daarom werden in de jaren vijftig en zestig golfmeetinstrumenten ontwikkeld,
die gemonteerd werden op schepen en platforms. In het kader van het scheeps bouwkundig onderzoek vond de ontwikkeling van golfmeetboeien plaats die een belangrijke doorbraak in het verband van golfmetingen op zee betekende. In Nederland werd dit type instrument vervolmaakt tot
de nog steeds op grote schaal in gebruik zijnde Waverider en Wavec, boeien die door middel van een versnellingsmeter en een zendertje
doorlopend golfmetingen produceren die vervolgens aan land worden geregistreerd en bewerkt.
 
Golfgegevens spelen een belangrijke rol bij:
(1) het opstellen van (golf-)verwachtingen met behulp van actuele data
(2) het bepalen van het golfklimaat op basis van lange reeksen gegevens uit het verleden.
 
Definitie: omschrijving van de begrippen
 
Definitie soorten zeegolven
 
Golven
Beweging van het wateroppervlak, direct of indirect ten gevolge van de wind. Andere oorzaken, zoals aardbevingen en schepen, worden buiten
beschouwing gelaten.
 
Windgolven of zeegang (engels: wind waves)
Een systeem van golven, waargenomen op een bepaald punt van het zeeopper vlak dat gelegen is binnen het windveld dat de betreffende golven produceert.
 
Deining (engels: swell)
Een systeem van golven, waargenomen op een bepaald punt van het zeeopper vlak dat op afstand ligt van het windveld dat de betreffende golven produceert, of dat waargenomen wordt op een moment dat het windveld, dat de golven heeft gegenereerd, niet meer bestaat. In de berichtgeving kan onderscheid worden gemaakt tussen eerste en tweede deining.
 
Beschrijving golfveld in tijdsdomein
 
Hoogte van golven
De verticale afstand tussen de golftop en het golfdal (fi g.1). De amplitude is de halve golfhoogte.).
 
Significante golfhoogte
In weerberichten, weersverwachtingen en golfkaarten wordt voor de golfhoog te de zgn. significante golfhoogte vermeld. Onder de significante golfhoogte wordt in het geval van golfmetingen verstaan de gemiddelde hoogte van het hoogste éénderde deel van de verzameling golfhoogtes in een tijdvak van 20 minuten {golfhoogte H 1/3}. Deze hoogte komt overeen met de golfhoogte zoals deze geschat wordt door een menselijke waarnemer.
 
Golfperiode
De golfperiode is de tijd tussen de passages van 2 achtereenvolgende nuldoor gangen (neergaand) op een bepaald gefixeerd punt op het zeeoppervlak In de weerberichtgeving wordt in principe als waarde voor de golfperiode vermeld het gemiddelde van de golf-perioden die behoren bij het hoogste derde deel van de verzameling golfhoogtes in een tijdvak van 20 minuten: golfperiode TH 1/3. In afwijking hiervan wordt in de weerberichtgeving van de meetstations van het Meetnet Noordzee als golfperiode berekend het langste derde deel van de verzameling golfperiodes in een tijdvak van 20 minuten:
golfperiode T 1/3.
 
Golflengte en periode
 
Golfrichting
De richting van waaruit de (deining)golven komen, geregistreerd op een bepaald punt op het zeeoppervlak. De in codeberichten gehanteerde
schaal is 01 - 36 (x 10 booggraden), welke de hoek ten opzichte van het ware noorden representeert (volgens schaling van de windrichting ten opzichte van het ware noorden)
 
Beschrijving golfveld in frequentiedomein
De termen signifi cante golfhoogte en golfperiode hebben betrekking op het zogenoemde tijdsdomein. Deze zijn gebaseerd op metingen in de tijd.
De volgende termen, golffrequentie, golfenergie(-dichtheid) en piekfrequentie, hebben betrekking op het frequentiedomein en beschrijven het golfspectrum. Het spectrum wordt verkregen door middel van fourier transformatie van een gedigitaliseerde tijdreeks van gewoonlijk 20 minuten.
 
Golffrequentie
Frequentie is het omgekeerde van (golf)periode, dus bij een tijddomein golven tussen 2 en 30 seconden ligt het frequentiedomein golven tussen 0,033 en 0,5 Hz (Hertz). In het frequentiedomein is het ook gebruikelijk om niet de hoogte van de sinusgolf te gebruiken, maar de amplitude
(de halve golfhoogte).
 
Golfenergie en golfenergiedichtheid
De golfenergie is evenredig met de amplitude in het kwadraat. De verzameling energiewaarden per frequentie is het (golf-) energiedichtheid
spectrum, ofwel energiespectrum ofwel golfspectrum ofwel kortweg alleen maar spectrum. Er wordt bijna altijd gesproken over energie of energiedichtheid. Formeel is dit niet juist. Wat we energie noemen is feitelijk de variantie van het golf hoogtesignaal omdat de factor ρ . g
meestal wordt weggelaten (dichtheid maal zwaartekrachtversnelling). Het golfspectrum geeft de variantiedichtheid van het signaal als functie
van de frequentie.
 
Piekfrequentie
De piekfrequentie is de frequentie die behoort bij de waarde met de hoogste energiedichtheid in het spectrum.
Eenheden
De gebruikte eenheden zijn conform het internationale stelsel van eenheden (SI)
- Hoogte van golven: m
- Periode van golven: s
- Richting van golven: booggraden
- Spectrale energie of golfenergie: m2
- Frequentie: Hz (1/ s)
- Energiedichtheid: m2/ Hz
 
Element codes (zie handboek H19)
 
Dataopslag
Er worden thans alleen de uurlijkse metingen HW (in eenheid 0,5 meter) en PW (in eenheid seconden) van 6 meetstations op de Noordzee opgeslagen. Het bevat ook golfdata van andere stations op de Noordzee. Voorts is er nog een aantal meetplatforms op de Noordzee dat
maritieme (SHIP-) waarnemingen doet, waaronder van golven. Omdat bij deze stations niet behoren tot het meetnet Noordzee of het
meetnet ZEGE) is er geen sprake van structurele uurlijkse metingen en er vindt geen opslag plaats. In de toekomst zal de data van bedoelde
stations wel worden opgenomen in het nog te ontwikkelen maritieme Klimatologische data Informatie Systeem MarKIS).
 
Operationele eisen
 
Bereik
Het operationeel vereiste gebied (range) voor instrumentele waarnemingen golven c.q. deininggolven is:
 
- Hoogte van golven c.q. deininggolven: 0 - 30 m
- Periode van golven c.q. deininggolven: 0 - 30 s
- Richting van deininggolven: 0 - 360 ° (booggraden)
Waarneemresolutie in verband met berichtgeving
De synoptische meteorologie vereist de volgende instrumentele meetresolutie in de waarnemingen golven c.q. deininggolven:
- Hoogte van golven c.q. deininggolven: o,1 m (codering:0,5 m)
- Periode van golven c.q. deininggolven: 1 s
- Richting van deininggolven: 10 ° (booggraden)
De gemeten waarden worden in de registratie/ berichtgeving afgerond naar de bovenaangegeven resolutieeenheid.
 
Vereiste nauwkeurigheid
Internationale regelgeving betreffende het woordgebruik en begrippen als nauwkeurigheid en onzekerheid zijn vastgelegd in de
International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology
 
a) De maximaal toelaatbare onzekerheid van de meetwaarde c.q ingeschatte waarde bij operationeel gebruik:
- Hoogte van golven c.q. deininggolven: ∆ = 10 %
- Periode van golven c.q. deininggolven: ∆ = 0,5 s
- Richting van deininggolven: ∆ = 10 (booggraden)
 
b) De vereiste nauwkeurigheid van de waarde in de synoptische berichtgeving:
- Hoogte van golven c.q. deininggolven: ± 0,25 m igv waarde ≤ 5 m ± 5 % igv waarde > 5 m
- Periode van golven c.q. deininggolven: ± 0,5 s
- Richting van deininggolven: ± 5 ° (booggraden)
 
Vereiste waarneemfrequentie en -tijdstippen
Ten behoeve van de bepaling van de relevante golfparameters , zoals golffrequentie, golfenergie, golfrichting, golfperiode en significante golfhoogte e.a. vindt tenminste iedere 0,5 seconde een instrumentele registratie plaats van de momentane waarden van:
 
- de verticale waterstand.
- de kompasstand van het meetinstrument.
- de helling van het instrument ten opzichte van het horizontale vlak en de richtingsoriëntatie van het hellingsvlak tov het noorden.
 
De waarden van de relevante golfparameters worden steeds berekend over een tijdsduur van 20 minuten. Om de veranderingen van het golfveld goed te kunnen volgen dient deze duur zo kort mogelijk te zijn, maar de nauwkeurigheid van de berekende golfparameters wordt beter naarmate
de meetduur langer wordt. De meetduur van 20 minuten is voor het beschouwde meetgebied het opti mum tussen nauwkeurigheid en veranderlijkheid. Bij een kortere meetperiode dan 20 minuten zijn er in principe te weinig golven gepasseerd om tot een adequate middeling te kunnen komen.Iedere 10 minuten vindt een berekening plaats van de 20 minuten gemiddelden van de golfparameters.
 
Uurwaarden golfhoogte en golfperiode ten behoeve van de SYNOP
De 20 minuutgemiddelden zoals geregistreerd op precies 10 minuten voor het gehele uur, worden gebruikt tbv de codering in de uurlijkse SYNOP.
 
Vereiste dataaanwezigheid per specifi eke periode
Als gevolg van storingen in meetinstrumenten en telemetrie apparatuur op de meetlocaties ontstaat af en toe uitval in de golfmeetreeksen.
Door de moeilijke bereikbaarheid van de meetlocaties kan het soms geruime tijd duren voordat de noodzakelijke reparaties worden verricht.
De uitval is daardoor vrij hoog, tot ongeveer 10% van de tijd. In het operationele proces is een dergelijke data afwezigheid acceptabel.
 
Instrumenten en techniek
 
Instrumenten
Het meten van golven op de Noordzee gebeurt met 3 verschillende typen meetinstrumenten, namelijk :
- baken (stappenbaak)
- boeien (waverider, wavec, directional waverider)
- radar
 
Baken
Stappenbaken zijn lange verticale buizen, waaraan op regelmatige afstanden elektroden zijn bevestigd. Deze baken zijn gemonteerd aan
platforms of meet palen. Met behulp van elektronica wordt continue gemeten wat de hoogste elektrode is die zich nog onder water bevindt.
Daarmee worden de veranderingen van het zeeoppervlak in de tijd vastgelegd en daaruit worden karakteristieken van de golfbeweging bepaald.
Met een stappenbaak worden alleen golfhoogten en golfperioden gemeten, geen golfrichtingen
 
Boeien
Van de drie genoemde boeien is de waverider de oudste. Deze meet geen golfrichting. De boei is bolvormig met een diameter van iets minder
dan 1 meter. De boei meet de versnellingen in verticale richting, die worden veroorzaakt door de golfkrachten op de boei. Hieruit kunnen de
hoogte veranderingen van het zeeoppervlak worden berekend en daaruit kunnen weer golfkarakteristieken worden bepaald. De wavec-boei is
de oudste boei waarmee ook golfrichtingen kunnen worden gemeten. Deze boei is veel groter dan de waverider (diameter 2,5 m). De boei
meet, naast de verticale versnellingen, ook hellingen van de boei onder invloed van de golfbeweging. Daarmee kunnen, behalve golfhoogte en golfperiode, ook karakteristieken van de voortplantingsrichting van de golven worden bepaald. De directional waverider is de moderne versie
van de wavec en werkt in prin cipe hetzelfde, maar heeft de afmetingen van een gewone waverider.
 
Radar
De golfradar meet de hoogte van het wateroppervlak net als de stappen baak. De radar staat opgesteld op een platform of op een meetpaal.
De radar bundel is verticaal naar beneden gericht. Via refl ectie wordt de afstand tussen radar en zeeoppervlak gemeten en daarmee worden
golven en waterstand vastgelegd
 
Dataverwerking
De meetresultaten worden via directe radioverbindingen doorgegeven aan de verwerkingscentra. Daar worden de signalen verwerkt.
Deze verwerking bestaat eerst uit een controle van het binnenkomende signaal. Eenvoudige korte verstoringen van het signaal (orde 1 seconde) worden gecorrigeerd. Bij langer aanhoudende fouten (>> 1 seconde) of bij langdurige onderbrekingen in het signaal wordt de datareeks c.q.
een deel van de reeks afgekeurd. Vervol gens worden door middel van gestandaardiseerde methoden allerlei eigen schappen van het bemeten golfveld vastgelegd in een standaardset karakterise rende parameters.
 
De meeste meetlocaties voor golven behoren tot het meetnet Noordzee, waar van de gegevens worden verwerkt bij RWS Directie Noordzee in Rijswijk. Een tweetal zuidelijke meetlocaties in de Noordzee (Schouwenbank en Scheur West) behoren tot het meetnet Zeeland (ZEGE).
De gegevens van deze meet locaties gaan naar het Verwerking Centrum Zeeland (VCZ) van de Directie Zeeland van Rijkswaterstaat te Middelburg.
 
Onderhoud- en calibratieprocedures
De golfmeetinstrumenten van de meetlocaties in het meetnet Noordzee beho ren tot het Landelijk Instrumenten Bestand LIB dat onder beheer
staat van het RIKZ. Het goede functioneren van de meetinstrumenten, inclusief onderhoud, cali bratie en eventuele vervanging, geschiedt onder verantwoordelijkheid van het RIKZ conform eigen procedures
 
Procedures
 
Procedures bij uitval automatische waarnemingen
Na melding van problemen met golfdata wordt Rijkswaterstaat RWS Directie Noordzee geïnformeerd. Deze dienst draagt zorg voor herstel
conform eigen procedures.
 
Procedures voor achteraf validatie
In het Klimatologische Informatiesysteem worden op dagbasis de uurwaarden van het afgelopen etmaal (01- 24 UTC) van de bovengenoemde
stations van het meetnet Noordzee ingelezen en gearchiveerd:
- HW: hoogte golven
- PW: periode golven
 
Alle nieuw ingevoerde waarden PW en HW worden onderworpen aan automatische controleprocedures die in het systeem ingeprogrammeerd zijn.
Het gaat om de volgende procedures per station:
 
De validatie met betrekking tot de nieuw ingevoerde waarden geschiedt op dagbasis. Verdachte c.q. ontbrekende waarden worden zo mogelijk
vervangen. De alternatieve waarde wordt gebaseerd op:
- lineaire interpolatie van aangrenzende (correcte) waarden in de tijdreeks
- inschatting van de uurwaarde op grond van de 10-minuten waarden
 
Procedures voor inspectie
De inspectie valt onder de verantwoordelijkheid van Rijkswaterstaat RWS.
 
Herleiding golfparameters uit golfmetingen (zie handboek H19)
 
Opstellingseisen en omgevingscondities
 
De opstellingseisen en omgevingscondities zijn niet door het KNMI geformuleerd omdat de metingen niet onder eigen verantwoordelijkheid geschieden. Ook internationaal zijn er nauwelijks opstellingseisen en omgevingscondities ten aanzien van operationele golfmetingen beschreven.
De WMO-guide no.8, Guide to meteorological instruments and methods of observations, geeft slechts summiere informatie over golfmetingen:
in part II, hoofdstuk 4, Marine observations, paragraaf II.4, 4.5. "Towers and platforms" (ref 1).


      Bronnen: KNMI handboek waarnemen hoofstuk-19 - Versie 2005  
      Categorieën: Towers and platforms" (ref 1).


      Bronnen: KNMI handboek waarnemen hoofstuk-19 - Versie 2005  
      Categorieën: Handboek waarnemen  I  Meteorologische instrumenten  I  Weer A tot Z  
 
Web Design