Erregbarkeit extremer Meereswellen - Numerische Vorhersage und Frühwarnung durch Kombination von Verfahren der Wellenphysik, der numerischen Simulation von Bewegungsgleichungen und datenbasierter Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Geotechnik, Wasserbau ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277972093

Die Entwicklung von Vorhersagen zeitnah bevorstehender extremer Meereswellen sind ein wichtiges Ziel für Schifffahrt und Meerestechnik. Die derzeit vorliegenden Vorhersagemethoden bilden bestenfalls den Seegang der folgenden Minute zufriedenstellend ab. Ursächlich hierfür sind Schwierigkeiten bei der Berücksichtigung amplitudenabhängiger Dispersionseffekte im Modell, bei gleichzeitiger Echtzeitfähigkeit des Simulationsverfahrens. Die Vorhersage von Seegang als chaotisches System ist zudem sehr empfindlich gegenüber Fehlern, Ungenauigkeiten und Unsicherheiten in den Messdaten von Anfangsbedingungen, die anschließend in die Vorhersageverfahren eingehen. Wellenphysikalische Studien zeigen, dass Vorhersagen bis zu etwa 10 Minuten, je nach Seegangszustand auch deutlich darüber hinaus, möglich sein sollten. Um hinreichend genauer Vorhersagen für einen derartigen Zeitraum darzustellen sind jedoch zwei Hindernisse zu bewältigen. Zunächst müssen die Verfahren zur Identifikation des Anfangsseegangs aus den Messdaten verbessert werden. Dann ist der Rechenzeitbedarf für die Prognosen so zu minimieren, dass die Vorhersagen tatsächlich rechtzeitig vorliegen, idealerweise in nahezu Echtzeit bereits kurz nach Vorliegen der Messdaten. Im vorliegenden Projekt sollen drei Disziplinen verbunden werden, um dieses Ziel zu erreichen: (i) Nichtlineare Wellenphysik, (ii) numerische Wellenfeldsimulation, und (iii) datenbasierte Verfahren. Die Vision des Projekts besteht in einer geeigneten Kombination und Gewichtung von Verfahren der drei Domänen, sodass Vorhersagezeiten von fünf bis zehn Minuten, bei einem Amplituden- und Phasenfehler von unter 10 % möglich werden. Wir erwarten, dass die entwickelten Methoden Niederschlag in einer Reihe von Anwendungsfeldern finden werden, z.B. bei der Schiffsführung, der Routenplanung, dem Bau und Betrieb von Offshore-Anlagen wie Windkraftwerken, Meeresenergieanlagen, aber auch bei Rettungsoperationen wie Hubschrauberlandungen auf Schiffen in schwerer See.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen