Wanneer cyclonen of andere enorme oceaanstormen aan land komen, hun gigantische golven beuken kustlijnen en veroorzaken soms wijdverspreide schade.

Nutsvoorzieningen, een internationaal team van onderzoekers heeft maanden aan gegevens van grote nearshore-golven geanalyseerd om nieuwe inzichten te bieden die kunnen helpen bij het verbeteren van de ontwerpen van een verscheidenheid aan kuststructuren, van zeehavens tot zeeweringen, om beter bestand te zijn tegen destructieve golven.

In de studie gepubliceerd op 28 oktober in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , de onderzoekers rapporteren een wiskundig model te combineren om de vorming van grote golven te beschrijven met real-world metingen in ondiepe wateren net voor de kust van Ierland, waar golven zijn gemeld om de kust te raken met voldoende kracht om 100 ton rotsen te verplaatsen.

"In dit werk hebben we echte gegevens geanalyseerd om aan te tonen dat, in de loop van enkele maanden verschillende stormgebeurtenissen meten, we vinden dat de extreme golven die we in de kustgegevens hebben waargenomen, gemiddeld kleiner zijn dan de schurkengolven die we in diep water hebben waargenomen, maar ze hebben vergelijkbare kenmerken, " zei Francesco Fedele, een universitair hoofddocent aan de Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering.

"Deze grote nearshore-golven worden nog steeds veroorzaakt door constructieve interferentie - het effect van golven die in alle verschillende richtingen komen en in feite op één punt samenkomen en zich opstapelen om een ​​grote golf te vormen, en door niet-lineariteiten van de tweede orde die de sinusoïdale vorm van golven vervormen om scherpere toppen en ondiepere dalen te hebben "zei Fedele.

Het onderzoeksteam omvatte ook M. Aziz Tayfun, emeritus hoogleraar van de Universiteit van Koeweit, Frederik Dias, een professor aan het University College Dublin, en James Herterich, een postdoctoraal medewerker, aksi aan het University College Dublin.

In de studie, die werd gesponsord door Science Foundation Ireland, de onderzoekers analyseerden metingen die waren vastgelegd door een akoestisch doppler-stroomprofiler (ADCP) -apparaat dat gedurende enkele maanden werd ingezet op de oceaanbodem bij Killard Point in het voorjaar van 2015 en bij de Aran-eilanden in het voorjaar van 2017. Gedurende die tijd, het apparaat was in staat om gegevens vast te leggen van twee intense stormgebeurtenissen die grote kustgolven veroorzaakten.

De meer recente storm, Doris, die in februari 2017 de Ierse kust trof, produceerde golven zo hoog als 43 voet van piek tot dal, en de eerdere storm in 2015 veroorzaakte nog hogere golven, zo hoog als 73 voet, volgens de metingen van de ADCP, die werkt door geluidspulsen uit te zenden en de sterkte te meten van geluiden die weerkaatsen van drijvende deeltjes om de hoogte van het water te berekenen.

De onderzoekers gebruikten die gegevens om te vergelijken met de statistische modellen van Tayfun-Fedele en Boccotti die werden gebruikt om malafide oceaangolven te verklaren die in veel dieper water voorkomen. Die modellen werden gebruikt in een analyse van de twee beroemde echte schurkengolven, Andrea en Draupner, waargenomen op olieplatforms in de Noordzee in 1995 en 2007, evenals de golf van Killard die in 2014 voor de kust van Ierland werd waargenomen.

"We waren in staat om deze statistische modellen uit te breiden, die grotendeels zijn gevalideerd voor golven in diep water, kustschurkengolven beschrijven, ' zei Fedele.

Vergelijking van de gesimuleerde golfprofielen van de diepzee-schurkengolven en de golfprofielen gegenereerd door de gegevens verzameld voor de nearshore-golven toonde een vergelijkbaar profiel voor iedereen, wat suggereert dat de golven in de buurt van de kust ongeveer op dezelfde manier worden gegenereerd als de diepwatergolven, zei Fedele.

Maar voor nearshore golven, het breken van de golven bloedt een deel van hun energie weg, hij zei.

"Als je eenmaal in ondiep water bent, de verbeterde niet-lineariteiten maken golven minder dispersief en de neiging van golven om te breken neemt toe., Fedele zei. "Veel van de energie wordt gedissipeerd en vormt witte doppen die tegen de kust botsen."

Het onderzoek kan een onderbouwing bieden voor ontwerpen van kustconstructies die zijn gebouwd om de krachten van golven in de loop van de tijd te weerstaan.

"Voor mensen die kuststructuren willen ontwerpen, je moet weten wat de grootste golf is die in een kustgebied zal breken gedurende de levensduur van de constructie - wat is de grootste golf van hoeveel miljoenen golven of meer die er ook zullen gebeuren, Fedele zei. "En als je eenmaal deze kennis hebt met behulp van deze statistische methoden, je kunt de structuur zo ontwerpen dat hij bestand is tegen de hoogste golf."

Fedele zei dat de volgende stappen van het onderzoek zouden bestaan ​​uit het bestuderen van meer over de fysieke mechanica van het punt waarop golven breken, hetzij tegen de kust als in het geval van kustgolven, of wanneer diepzee-schurkengolven uitbreken in het open water.