有義波高

海洋物理学では、有義波高（SWH、HTSGW ^[1]またはH _{s ）は、伝統的に、}波の最も高い3分の1 （H _1/3 ）の平均波高（谷から山まで）として定義されています。これは通常、表面標高の標準偏差の4倍、または波スペクトルのゼロ次モーメント（面積）の平方根の4倍として定義されます。^[2]記号H _m0は通常、後者の定義に使用されます。したがって、有義波高（H _{s ）は}H _m0またはH _1/3を指す場合があります。2つの定義間の大きさの差はわずか数パーセントです。SWHは、風やうねりなどの海の状態を特徴付けるために使用されます。

起源と定義

元々の定義は、第二次世界大戦中の海洋学者ウォルター・ムンクの研究から生まれました。 ^[3]^[4]有義波高は、「訓練された観測者」によって推定された高さを数学的に表現することを目的としていました。これは、海洋の波の高さの尺度としてよく使用されます。

時間領域の定義

時間領域で表面標高の時系列から直接決定される有義波高H _1/3、またはH _sまたはH _sigは、測定されたN 個の波のうち最も高い高さを持つ 1/3 の平均高さとして定義されます。^[5]ここで、H _{m は個々の波高を表し、}m が1 からNまで増加するにつれて高さの降順で並べられています。最も高い 1/3 のみが使用されます。これは、視覚が明らかに高い波に焦点を当てている経験豊富な船員の視覚観察と最もよく一致するためです。^[5] $H_{1/3}={\frac {1}{{\frac {1}{3}}\,N}}\,\sum _{m=1}^{{\frac {1}{3}}\,N}\,H_{m}$

周波数領域の定義

周波数領域で定義される有義波高H _m0は、測定された波の分散スペクトルと予測された波の分散スペクトルの両方に使用されます。最も簡単には、表面標高の分散m ₀または標準偏差σ _ηで定義されます。 ^[6]ここで、分散スペクトルのゼロ次モーメントであるm _{0 は、分散スペクトルを}積分することによって得られます。測定の場合、標準偏差σ _ηは、使用される最も簡単で正確な統計量です。 $H_{m_{0}}=4{\sqrt {m_{0}}}=4\sigma _{\eta },$

一般的に使用されているもう一つの波高統計は、二乗平均平方根（RMS）波高Hrms_であり、次のように定義されます。^[5] ここで、Hm_は特定の時系列における個々の波高を表します。 $H_{\text{rms}}={\sqrt {{\frac {1}{N}}\sum _{m=1}^{N}H_{m}^{2}}},$

個々の波の高さの統計分布

有義波高は科学的にはH _sまたはH _sigと表され、海洋波の統計的分布にとって重要なパラメータです。最も一般的な波はH _sよりも高さが低くなります。これは、有義波に遭遇することはそれほど頻繁ではないことを意味します。ただし、統計的には、有義波よりもはるかに高い波に遭遇する可能性があります。

一般的に、個々の波高の統計分布はレイリー分布でよく近似されます。^[7]たとえば、Hs_が10メートル（33フィート）の場合、統計的には：

10 個のうち 1 個は 10.7 メートル (35 フィート) より大きい
100 個のうち 1 個は 15.1 メートル (50 フィート) より大きい
1000分の1は18.6メートル（61フィート）より大きい

これは、有義波高の約 2 倍の波に遭遇する可能性があることを意味します。ただし、状況が急速に変化する場合は、有義波高と最大の個々の波との差がさらに大きくなる可能性があります。

その他の統計

波高の他の統計的尺度も広く使用されている。RMS波高は、すべての波高の二乗の平均の平方根として定義され、H _sを1.4で割った値とほぼ等しい。^[2]^[8]

例えば、アイルランド海洋研究所によると：^[9]

「… 2007年9月12日の深夜、周期14秒で17.2メートルの記録的な有義波高が記録されました。」

測定

ほとんどの計測装置は波のスペクトルから有義波高を推定しますが、衛星レーダー高度計は、レーダーが照射する領域内の波の山と谷からの戻り時間が異なるため、有義波高を直接測定できるという点で独特です。衛星から測定された最大の波高は、2011年の北大西洋の嵐のときに測定された20.1メートル（66フィート）です。^[10]

天気予報

世界気象機関は、特定の国が世界の海洋の天気予報を提供する責任を負っていると規定しています。これらの各国の気象事務所は、地域専門気象センター(RSMC) と呼ばれています。これらの気象情報では、海洋波高予報が有義波高で提供されます。米国では、NOAA の国立気象局が北大西洋の一部と北太平洋の一部の RSMC です。海洋予報センターと熱帯予報センターの熱帯解析予報部門 (TAFB) がこれらの予報を発行します。

RSMC は、海況を予測するツールとして風波モデルを使用します。米国では、 NOAA の Wavewatch III モデルが頻繁に使用されています。

波動システムへの一般化

有意波高も同様に、波のスペクトルから、海を構成するさまざまなシステムに対して定義されます。したがって、風海または特定のうねりに対して 有意波高が得られます。

参照

海洋予測センター
異常波：有義波高の2倍以上の波
海の状態

注記

^ 「地球について::風、天気、海洋状況の世界地図」
^ ab Holthuijsen, Leo H. (2007).海洋および沿岸水域の波. ケンブリッジ大学出版局. p. 70. ISBN 978-0-521-86028-4。
^ デニー、MW (1988)。波にさらわれた海岸の生物学と力学。プリンストン、ニュージャージー：プリンストン大学出版局。ISBN 0-691-08487-4。
^ Munk, WH (1944)。波を観測し、機器の記録を解釈するための統一手順の提案。カリフォルニア州ラホヤ：スクリップス海洋研究所の波動プロジェクト。
^ abc ホルトハイゼン（2007年、24～28ページ）
^ ホルトハイセン（2007年、70ページ）
^ Tayfun, Aziz (1980). 「狭帯域非線形海波」. Journal of Geophysical Research . 85 (C3): 1543–1552. Bibcode :1980JGR....85.1548T. doi :10.1029/jc085ic03p01548.
^ Dean, Robert G.; Dalrymple, Robert A. (1991).エンジニアと科学者のための水波力学. World Scientific. p. 193. ISBN 978-981-02-0421-1。
^ 「12月の嵐の間の気象ブイの記録に関する報告書 - 12月6日から11日」。アイルランド海洋研究所。2013年11月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年2月7日閲覧。
^ Hanafin, Jennifer A.; Quilfen, Yves; Ardhuin, Fabrice; Sienkiewicz, Joseph; Queffeulou, Pierre; Obrebski, Mathias; Chapron, Bertrand; Reul, Nicolas; Collard, Fabrice; Corman, David; De Azevedo, Eduardo B.; Vandemark, Doug; Stutzmann, Eleonore (2012). 「2011 年 2 月の北大西洋の嵐による異常な海の状態とうねり: 包括的分析」。米国気象学会紀要。93 (12): 1825–1832。Bibcode : 2012BAMS ...93.1825H。doi : 10.1175 /BAMS-D-11-00128.1。

外部リンク

現在の有義波高と周期の世界地図
NOAA ウェーブウォッチ III
NWS 環境モデリングセンター
方向性波測定用Envirtechソリッドステートペイロード

[1] 「地球について::風、天気、海洋状況の世界地図」

[Holthuijsen-2] Holthuijsen, Leo H. (2007).海洋および沿岸水域の波. ケンブリッジ大学出版局. p. 70. ISBN 978-0-521-86028-4。

[3] デニー、MW (1988)。波にさらわれた海岸の生物学と力学。プリンストン、ニュージャージー：プリンストン大学出版局。ISBN 0-691-08487-4。

[4] Munk, WH (1944)。波を観測し、機器の記録を解釈するための統一手順の提案。カリフォルニア州ラホヤ：スクリップス海洋研究所の波動プロジェクト。

[Holt_24_28-5] ホルトハイゼン（2007年、24～28ページ）

[6] ホルトハイセン（2007年、70ページ）

[7] Tayfun, Aziz (1980). 「狭帯域非線形海波」. Journal of Geophysical Research . 85 (C3): 1543–1552. Bibcode :1980JGR....85.1548T. doi :10.1029/jc085ic03p01548.

[8] Dean, Robert G.; Dalrymple, Robert A. (1991).エンジニアと科学者のための水波力学. World Scientific. p. 193. ISBN 978-981-02-0421-1。

[9] 「12月の嵐の間の気象ブイの記録に関する報告書 - 12月6日から11日」。アイルランド海洋研究所。2013年11月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年2月7日閲覧。

[Quirin-10] Hanafin, Jennifer A.; Quilfen, Yves; Ardhuin, Fabrice; Sienkiewicz, Joseph; Queffeulou, Pierre; Obrebski, Mathias; Chapron, Bertrand; Reul, Nicolas; Collard, Fabrice; Corman, David; De Azevedo, Eduardo B.; Vandemark, Doug; Stutzmann, Eleonore (2012). 「2011 年 2 月の北大西洋の嵐による異常な海の状態とうねり: 包括的分析」。米国気象学会紀要。93 (12): 1825–1832。Bibcode : 2012BAMS ...93.1825H。doi : 10.1175 /BAMS-D-11-00128.1。