Karadeniz baseninde fırtına koşulları için 3. nesil dalga modellerinin kalibrasyonu ve değerlendirmesi.

In this study, performances of 3rd generation wave models, SWAN and WAVEWATCH III, under storm conditions in Black Sea are compared considering two different wind source (CFSR and ECMWF operational) data. Basic wave parameters (outputs of the spectral wave models) demonstrate that the governing physical processes in deep water consist of three terms; wind-wave interaction, dissipation of energy due to whitecapping and swell, and nonlinear wave-wave interactions. Effects of different methodologies for the solutions of these physical processes over the frequency and directional space are discussed. Best representation of extreme events in Black Sea was obtained by using WAVEWATCH III model coupled with CFSR wind data. All parametric and solution methodology variations modelled with different wind source data generated results in good agreement with the observations from buoy data in Sinop, Hopa and Gelendzhik. Although, wind wave interaction and dissipation terms defined in Ardhuin et al., 2010 also performed significantly better than the other available methods with its higher correlation to buoy data. Finally, most appropriate boundary conditions and parametrizations for Black Sea basin is introduced for both SWAN and WAVEWATCH III, as a result of calibration and sensitivity analysis study using the observations.M.S. - Master of Scienc

Effects of Deep Water Source Sink Terms in 3rd generation Wave Model SWAN using different wind data in Black Sea

Coastal development in Black Sea has increased in recent years. Therefore, careful monitoring of the storms and verification of numerical tools with reliable data has become important. Previous studies by Kirezci and Ozyurt (2015) investigated extreme events in Black Sea using different wind datasets (NCEP's CFSR and ECMWF's operational datasets) and different numerical tools (SWAN and Wavewatch III). These studies showed that significant effect to results is caused by the deep water source-sink terms (wave growth by wind, deep water dissipation of wave energy (whitecapping) and deep water non-linear wave-wave interactions). According to Timmermans(2015), uncertainty about wind forcing and the process of nonlinear wave-wave interactions are found to be dominant in numerical wave modelling. Therefore, in this study deep water source and sink term solution approaches of 3rd generation numerical tool (SWAN model) are tested, validated and compared using the selected extreme storms in Black Sea. 45 different storms and storm like events observed in Black Sea between years 1994-1999 are selected to use in the models. The storm selection depends on the instrumental wave data (significant wave heights, mean wave period and mean wave direction) obtained in NATO-TU Waves project by the deep water buoy measurements at Hopa, Sinop, Gelendzhik, and wind data (mean and peak wind speeds, storm durations) of the regarding events. 2 different wave growth by wind with the corresponding deep water dissipation terms and 3 different wave -wave interaction terms of SWAN model are used in this study. Wave growth by wind consist of two parts, linear growth which is explained by Cavaleri and Malanotte-Rizzoli(1981),and dominant exponential growth. There are two methods in SWAN model for exponential growth of wave, first one by Snyder et al. (1981), rescaled in terms of friction velocity by Komen et. al (1984) which is derived using driving wind speed at 10m elevation with related drag coefficient (WAM Cycle 3).The second method follows the quassi linear wind-wave theory by Janssen(1989,1991) which also considers the atmospheric boundary layer effects and the roughness length of the sea surface (WAM Cycle 4).(SWAN Technical Documentation,2015) The dissipation caused by whitecapping depends on the steepness of the waves. There are two different steepness dependent coefficient configurations in SWAN model corresponding to the selected wind-wave interaction formulations which are mentioned above (Komen and Janssen approaches). Lastly ,there are 3 options for defining deep water non-linear wave-wave interaction, which are DIA(Discrete Interaction Approximation)by Hasselman (quadruplets), XNL(which is based on the original six-dimensional Boltzmann integral formulation of Hasselmann), and multiple DIA which considers up to 6 wave number configurations by Hashimoto et al. (2002).(SWAN Technical Documentation,2015) In this study, 540 test cases are modelled using all possible selections of deep water source and sinks approaches available in SWAN model. The computed results are compared with buoy measurements. The uncertainty due to different source sink selections are quantified using different statistical analysis. Preliminary results show that some of the term configurations predict the significant wave height (Hs) less than actual values measured at the buoy locations. One of the reasons of the underestimation of the wave parameters could be the lower wind speed estimated in closed basins and the other one is the uncertainties in the wind-sea interaction. All of the results, comparisons and discussions will highlight the best source sink approach to be used to model extreme wave events in Black Sea. References Kirezci C., Ozyurt G., (2015), "Comparison of Wave Models in Black Sea", UK YCSEC 2015, 21-23 March 2015, Manchester Özhan, E. and Abdalla, S.,(1999)"Wind and Wave Climotology of the Turkish Coast and the Black Sea:An Overview of the NATO TU-WAVES Project.",p.1-20. SWAN Team.,(2015)," SWAN Scientific and Technical Documentation,SWAN Cycle III version 41.01AB", Delft University of Technology Timmermans, B.,(2015), "Uncertainty In Numerical Wind-Wave Models", Doctoral dissertation of University of Southampto

Kıyı Mühendisliği Uygulamalarında Tasarım Dalgası ve Risk

Kıyı mühendisliği uygulamalarında öncelikli olarak dalgaların derin denizden yakın kıyıya doğru ilerlemesi çalışılmakta; yapılacak uygulamada kullanılacak ana tasarım parametrelerini bu çalışmalar sonucu elde edilen yakın kıyı tasarım dalga özellikleri ile gelgit, mevsimsel değişiklikler, küresel ısınmaya bağlı su seviyesi değişiklikleri, rüzgar ve dalga kabarması, barometrik etkiler ve Coriolis kuvveti dikkate alarak belirlenen tasarım su seviyesi oluşturmaktadır. Tasarım dalga özellikleri ve tasarım su seviyesinin seçimi kıyı mühendisliği uygulamasına doğrudan etki etmekte ve yapılacak hatalı tasarımlar istenmeyen kıyı çizgisi değişikliği, kıyı yapısının ciddi zarar görmesi veya yıkılması gibi ciddi sonuçlar yaratabilmektedir. Fırtına kaynaklı tasarım dalgasının seçilebilmesi için ilk olarak uygulamanın yapılacağı bölgede rüzgar hızları, yönleri, fırtına süresi ve kabarma uzunluğu parametreleri kullanılarak dalga tahmini gerçekleştirilmektedir. Dalga tahmini için ülkemizde yaygın olarak meteoroloji istasyonlarından alınan saatlik rüzgar hızı ölçüm verileri kullanılmaktadır. Bununla birlikte, uluslararası kuruluşların uydu verilerinden elde ettikleri rüzgar hız ve yönleri de kullanılabilmektedir. Çeşitli kaynaklardan elde edilebilecek rüzgar verileri arasında önemli farklılıklar olabilmekte, bu farklılıklar dalga tahmininde belirgin değişikliklere yol açabilmektedir. Bu farklılıklar meteoroloji istasyonlarından elde edilen verilerde istasyonun konumu ve ölçüm cihazlarının kalibrasyonunu ile ilgili olabildiği gibi uluslararası kaynaklara ait verilerin koordinatları, deniz-kara geçişleri veya uydu verisinin kalitesinde yıllara bağlı değişimler ve uydu verisinden rüzgar verisi tahmin modellerinin farklılığı ile ilgili de olabilmektedir. Dolayısıyla, dalga tahmininde hangi rüzgar veri setinin tercih edileceği önemli bir parametredir. Bununla birlikte, uydu kaynaklı veri setlerinin bir kısmında zamansal çözünürlüklerde farklılıklar bulunmaktadır. Dalga tahmin modellerinde çoğunlukla saatlik ortalama rüzgar verisi kullanıldığı için, daha uzun zamansal çözünürlüğe sahip rüzgar verilerinin çözünürlüğü çeşitli interpolasyon yöntemleri ile arttırılmakta, kullanılan interpolasyon teknikleri dalga tahmini sonuçlarında farklılıklar yaratabilmektedir. Öte yandan kullanılan dalga modeline, dalga modelinin kalibrasyonuna bağlı olarak da yapılan dalga tahmini çalışmalarında farklılıklar oluşmakta; dalga tahmin modellerinin çıktıları kullanılarak yapılan istatistik çalışmalarda seçilen olasılık dağılımları da uygulamanın ekonomik hayatına bağlı olarak, tasarım dalgasının belirlenmesinde etkili olabilmektedir. Özetle, kıyı mühendisliği uygulamalarının en önemli aşaması olan tasarım dalga özelliklerinin belirlenmesi birçok parametre ile ilgili belirsizliği içermekte, her bir adımda yapılan tercihler uygulamaya doğrudan etki etmektedir. Bu çalışmada kıyı mühendisliği uygulamalarında fırtına kaynaklı tasarım dalgasının seçimine odaklanılarak ilgili belirsizlikler, bu belirsizliklerin giderilmesi için verilen kararlar ve bu kararların beraberinde getirdiği risk Türkiye kıyılarında verilecek örnekler yardımıyla tartışılacaktır

Effect of Temporal Downscaling of Wind Data on Hindcasting Extreme Wave Events and Wind Power Density Studies over the Black Sea

Wind speed data are usually the main input of wave hindcasting, and wind power density studies. There are several institutions such as ECMWF that provides wind speed data in addition to various other climatologic parameters. However, these institutions provide wind data with different temporal intervals (24 hours - 6 hours - 1 hour) where high temporal resolution wind speed data are generally required. One solution to generate wind data at high sampling frequencies is to use statistical downscaling to interpolate available data to finer sampling interval data. There is limited study concerning the performances of these interpolation techniques in the scope of wind speed data on the overall effect on wave hindcasting and wind power density studies. In this study, performance of seven fundamental interpolation techniques is discussed focusing on both the long term data and the extreme storm events in the Black Sea. Study dataset is taken as hourly NCEP CFSR wind speed dataset between 1979 and 2010 at 522 points over the Black Sea. Extreme events are selected for each year at each of the study points. Performance of the interpolation techniques is assessed comparing the original and temporally downscaled wind speed data for both long term and extreme event cases, based on a penalty point system consisting of several statistical parameters. Wave hindcasting studies are performed using WAVEWATCH III for several selected extreme events. Furthermore, wind power density calculations are performed using the long term wind speed data. The effect of interpolation technique on wave hindcasting and wind power density studies are discussed by comparing the results obtained from original and temporally downscaled datasets. The importance of this study lies in that it would quantify the error originated from interpolation technique in terms of both wind speeds, wave properties, wind power density calculations in the Black Sea. Thus, it would be possible to improve the quality of wind speed data, and the error originated from interpolation technique in wave hindcasting and wind power density studies would be reduced