BAKTRAK: Backtracking drifting objects using an iterative algorithm with a forward trajectory model

The task of determining the origin of a drifting object after it has been located is highly complex due to the uncertainties in drift properties and environmental forcing (wind, waves and surface currents). Usually the origin is inferred by running a trajectory model (stochastic or deterministic) in reverse. However, this approach has some severe drawbacks, most notably the fact that many drifting objects go through nonlinear state changes underway (e.g., evaporating oil or a capsizing lifeboat). This makes it difficult to naively construct a reverse-time trajectory model which realistically predicts the earliest possible time the object may have started drifting. We propose instead a different approach where the original (forward) trajectory model is kept unaltered while an iterative seeding and selection process allows us to retain only those particles that end up within a certain time-space radius of the observation. An iterative refinement process named BAKTRAK is employed where those trajectories that do not make it to the goal are rejected and new trajectories are spawned from successful trajectories. This allows the model to be run in the forward direction to determine the point of origin of a drifting object. The method is demonstrated using the Leeway stochastic trajectory model for drifting objects due to its relative simplicity and the practical importance of being able to identify the origin of drifting objects. However, the methodology is general and even more applicable to oil drift trajectories, drifting ships and hazardous material that exhibit non-linear state changes such as evaporation, chemical weathering, capsizing or swamping. The backtracking method is tested against the drift trajectory of a life raft and is shown to predict closely the initial release position of the raft and its subsequent trajectory.Comment: 28 pages, 8 figures, 2 table

Implementation of Non-Linear Advection Terms in a High Resolution Tidal Model

Various methods for approximating the non-linear advection terms in a high resolution tidal model with complex coastal boundaries have been implemented and tested. The model, driven by the dominant M2 tidal component at the open boundaries, has been applied to a model domain with 100 meter grid resolution for the Tjeldsundet channel in northern Norway. Overtides, intensivated jets and eddy structures appear in the current fields of the full non-linear simulations. How these flow features depend on the way the friction terms are calculated and the way the non-linear advection terms are calculated in a zone near the coastal boundaries, are discussed. Some comparison with field measurements have also been made

Modellsimuleringer av tidevannstrømmen i Tjeldsundet og Ramsundet

Tidevannsstrømmen i Tjeldsundet og Ramsundet i Ofoten er simulert med en numerisk havmodell med horisontal gitteroppløsning 25-50 meter. Middelstrømmen i vannsøylen er beregnet for de tre viktigste halvdaglige tidevannskomponentene M2, S2, og N2, og den største heldaglige komponenten K1. For å vise resultatene, er det tegnet strømkart for områdene med sterkeste strøm; Ballstadstraumen, Sandtorgstraumen og Steinslandsstraumen i Tjeldsundet og Spannbogstraumen i Ramsundet. Kartene viser strømfeltene hver time gjennom en tidevannsyklus. I tillegg er det tegnet konturkart for sterkest strøm ved middels stor flo. Kartene viser at det er store variasjoner i strømstyrke og at det i forskjellige faser av tidevannsyklusen opptrer virvler og bakevjer i strømfeltene. Det opptrer virvler flere steder blant annet i nordgående flostrøm ved Evenskjœr nord for Sandtorg, i området ved Tjeldsundbrua, langs land øst og vest Ballstad, og i kjølvannet av Holsflua i Tjeldsundet, nord for innløpet til Ramsund ved sørvestgående fallstrøm. Noen av disse virvelstrukturene er dokumentert også ved observasjoner. Det er foretatt sammenlikninger med både vannstands- og strømmålinger. Modellen viser god overensstemmelse med vannstandsmålingene og prediksjoner av tidspunktene for strømvending mellom nordgående flostrøm og sørgående fallstrøm stemmer også godt overens med målinger. Strømstyrken i modellen viser dessuten god overenstemmelse med tidligere målinger av strømmen i overflatelaget (øvre 10-15 meter av vannsøylen). Strømmålingene utført under prosjektperioden av FFI i dypere vannlag (10-20 meter over bunnen) viser derimot vesentlig lavere strøm enn den middelstrømmen for vannsøylen som modellen predikterer. FFI-målingene er periodevis beheftet med stor usikkerhet på grunn av nedbøyninger og svingninger i måleriggen. Strømfeltene fra modellsimuleringene er forsøksvis implementert for visning i Forsvarets kartsystem MARIA og i serveren METOC WMS for å gjøre resultatene tilgjengelige for operativt bruk