DEFINISJONER

Vindbølger:
Signifikant bølgehøyde, H_S: Mål på typisk bølgehøyde for en gitt sjøtilstand. Definert som middelverdien for den tredjedelen av alle bølgene innenfor et gitt tidsintervall som er høyest. (Altså snittet av høyeste tredjedel)
Maksimal bølgehøyde, H_max: Den maksimale bølgehøyden kan være langt større enn H_S ved at to eller flere bølger samvirker. Dette fenomenet kalles interferens.
Peakfrekvens:
Dønninger:
Peakfrekvens:

1. Grunnleggende bølgebeskrivelse

1.1. Hva er havbølger?

Havbølger er energi som blir transportert i form av bølgebevegelse i havets øverste lag.

I havbølger er det vannets småpartikler som svinger. Elastiske krefter mellom småpartiklene gjør at bevegelsesenergien blir overført fra en partikkel til nabopartiklene, slik at disse etter hvert også kommer i svingninger. Dermed brer svingebevegelsen seg gjennom vannet og samlet danner bølgene vi ser.

1.1.1. Bølgebevegelse

Når havdypet er større enn bølgelengden vil de enkelte vannpartiklene i bølgen tilnærmet bevege seg i sirkler. Disse sirklenes radius avtar raskt nedover i dypet. I bølgetoppen og i dypet under den vil vannet bevege seg horisontalt og i samme retning som bølgen. I bølgedalen og i dypet under den vil vannet bevege seg horisontalt, men i motsatt retning. Betraktet i bølgeretningen vil vannet bevege seg vertikalt mellom bølgetopp og bølgedal; opp framfor toppen og ned bak toppen. Merk at denne sirkelbevegelsen er ikke helt uten framdrift ettersom vannpartiklene har litt større fart framover i bølgetoppen enn de har bakover i bølgedalen.

1.1.2. Bølgekarakteristikk

Enkeltbølger kan karakteriseres av noen sentrale bølgeparametere; bølgehøyde, bølgeperiode og bølgeretning:

Bølgehøyde er den vertikale avstanden fra bølgedal til bølgetopp. Bølgehøyden oppgis i meter [m]
Bølgeperiode er tiden det tar for en bølgetopp å forflytte seg én bølgelengde. Bølgeperioden oppgis i sekund [s]
Bølgeretning er den retningen bølgen beveger seg mot. Bølgeretningen oppgis i grader [°] fra 0° til 360°, der nord er 0°, øst er 90°, sør er 180° og vest er 270°. Det kan forekomme at bølgeretning oppgis i form av kompassretningene N-Ø-S-V

Andre beskrivende parametre er:

Bølgekam [m]: den vertikale avstanden middelvannstand til bølgetopp
Bølgelengde [m]: avstanden fra bølgetopp til bølgetopp bølgelengde (avstanden fra punkt A til punkt B)
Bølgefrekvens [Hz]: antall bølgetopper som passerer et gitt punkt hvert sekund (invers verdi av bølgeperioden)
Stigningstall [-]: bratthet av bølgeskråningen beskrives som forholdet mellom bølgedal og bølgetopp foran bølgen

Sjøtilstander er som oftest sammensatt av en mengde bølgetog med forskjellig periode og bølgehøyde – dvs et spekter av ulikt forekommende perioder/frekvenser og bølgehøyder/energier. Gitt denne kompleksiteten må derfor slike sjøtilstander beskrives statistisk.

Man opererer derfor gjerne den signifikante bølgehøyden, med forkortelsen H_S [m], for å angi et mål på typisk bølgehøyde for en gitt sjøtilstand. Den signifikante bølgehøyden H_S er definert som middelverdien for den tredjedelen av alle bølgene innenfor et gitt tidsintervall (vanligvis 3 til 12 timer) som er høyest. Den maksimale bølgehøyden kan være langt større enn H_S ved at to eller flere bølger samvirker. Dette fenomenet kalles interferens.

1.1.3. Typer bølger

Bølger som oppstår eller opptrer i området der vinden virker og på grunn av vindpådraget, kalles vindsjø. Vindsjø oppstår ved overføring av bevegelsesenergi fra vinden til vannet – dvs vannet settes i svingning av vinden.

Det er mange faktorer har innvirkning på dannelsen av vindbølger:

Vindhastigheten,
hvor lenge vinden har blåst over et gitt område,
avstanden over åpent hav som vinden blåser / har blåst over (strøklengde), og
topografien i området omkring.

Disse faktorene avgjør i størrelsene og formene på bølgene.

Jo større vindhastigheten, tidsperioden, eller avstanden over vann er – jo større energioverføring og oppbygning av bølgehøyden. Vindsjø kan være svært uregelmessig – sammensatt av flere bølgehøyder og bølgeperioder. Bølgelengden/perioden kan være kort og bølgene bratte og brå. Når bølgene forplanter seg ut av vindens virkningsområde går de over til mer regelmessige langbølgede dønninger. Disse kan forplante seg over store avstander. Bølgelengden av en dønning kan være flere hundre meter. Dønningene blir etter hvert så lave at de er vanskelig å registrere. Bølger i havet kan også oppstå grunnet andre fenomener, som for eksempel:

Tidevannsbølger; som henger sammen med vekslingen mellom høyvann og lavvann. Bølgeperioden er meget lang (over 1000 km).
Tsunamier; som dannes ved undersjøiske jordskjelv og skred, vulkanutbrudd, eller skred fra land. En tsunami kan forflytte enorme mengder energi med veldig lang bølgelengde og lav bølghøyde, og kan dermed forplante ser over enorme avstander med høy hastighet. Innover grunnere vann sakkes farten av bølgens front ned, mens det fylles på med vann bakfra, og dermed kan en tsunami vokse seg meget høye mot land. Med uheldige topografiske betingelser kan en tsunami påføre katastrofale ødeleggelser langt innover land. Tsunami grunnet steinras fra land har forekommet og er en høyst aktuell problemstilling for noen fjorder i Norge.
Meteo-tsunamier; som skyldes brå og store endringer i lufttrykket
Bølger fra skipstrafikk

De ovennevnte bølgetypene virker i og nær overflaten, og kalles derfor overflatebølger. Det finnes også undervannsbølger (interne bølger) som har liten virkning på havoverflaten.

1.2. Bølgetransformasjon

Bølgetransformasjon er et samlebegrep for ulike mekanismer som kan føre til endring av bølgehøyde, bølgeperiode/lengde og/eller retning.

1.2.1. Bølgebrytning

En bølge bryter når forholdet mellom bølgehøyde og bølgelengde (stigningstall/steilhet) overstiger forholdet 1:7 (eller 0.143 på desimalform). En bølge bryter også når forholdet mellom bølgehøyde og vanndybde er mellom 3:5 og 4:5 (eller 0.6 og 0.8 på desimalform).

Prinsippet er at når en bølge beveger seg innover grunnere vann, vil bølgehøyden øke inntil bølgene blir så bratte at de bryter. Denne bølgebrytningen er hovedsakelig bestemt av vanndybden. En generell føring er at bølgene begynner å bryte når dybden blir mindre enn to ganger den signifikante bølgehøyden.

Men bølger bryter også på dypt vann. Dette skyldes vekselvirkning mellom bølger av forskjellig periode og/eller retning. Det er i praksis vanskelig å forutsi i hvilken grad bølgene kommer til å bryte på dypt vann, men det forekommer langt sjeldnere enn på grunt vann.

Bølgebrytning kan også forekomme når bølger vekselvirker med havstrømmer. Når bølgepropagering og motstrøm opptrer samtidig i et område med økende vil bølgelengden avta og de korteste bølgene (liten bølgeperiode) vil bli så krappe at de bryter. Dette omtales som strømsjø.

1.2.2. Refraksjon

Hastigheten av bølger påvirkes avtar når bølgen beveger seg over grunnere vann. Når ulike deler av den samme bølgefronten beveger seg over avtakende vanndybde, vil derfor hastigheten til bølgen bli avtakende. Dette medfører en dreining av bølgeretning mot grunnere vann, og man ser at bølgene bøyer inn mot land.

1.2.3. Diffraksjon

Når en bølge passerer en åpning eller en fysisk hindring, som for eksempel en molo eller et objekt som står i vannet, overføres energi på tvers av bølgen og tillater bølgen å bre seg til siden etter å ha passert hindringen.

Den sideveis utbredelsen og rekkevidde avhenger av den innkommende bølges bølgelengde og vinkel relativt til hindringen.

1.2.4. Refleksjon

Når en bølge treffer land, en struktur eller et objekt som står i vannet kan bølgen reflektere deler av sin energi i form av en bølge som beveger seg i en annen retning og med forminsket bølgehøyde. Retningen til den reflekterte bølgen beror på vinkelen mellom objektets overflate og innkommende bølgeretning. For en irregulær overflate reflekteres bølgen i mange retninger (spredning av energi) Bølgehøyden til den reflekterte bølgen avhenger av hvor mye energi som går tapt i vekselvirkningen med overflaten, eks gitt objektets overflateegenskaper (ruhet) og skråning og derav grad av oppskyll. Eksempelvis en flat vertikal vegg vil reflektere mer energi i form av en bølge med motsatt retning enn den innkommende enn et svaberg. Reflekterte bølger kan føre til opplagring av bølgeenergi og by på uforutsigbare sjøtilstander.

2. Bølgemåling

3. Bølgemodellering

Bølgevarslene baserer seg på data fra de store værvarslingsmodellene. Målinger av bølger på havet settes inn i datamodellene som beregner hvordan bølgeforholdene vil være langs kysten. Lokale forhold som fast batymetri (bunntopografi), lokal strøm og varierende lokale vindforhold, legges til regnemodellene for å få ut et så korrekt bølgevarsel som mulig.

3. Bølgemodellering

4. Bølgevarsel

5. Historiske data

6. Ekstremvær

Med tilstrekkelig lange og pålitelige tidsserier, enten fra målte eller historiske værdata, kan man konstruere en matematisk sannsynlighetsmodel. En slik modell kan vi benytte til å si noe om sannsynligheten for at en gitt vindhastighet eller bølgehøyde av en viss størrelse skal kunne inntreffe i fremtiden. Denne estimerte sannsynligheten knytter vi til returperiode, som er det forventede gjentakelsesintervallet mellom slike hendelser.

Under stormen Nina (2015) ble det registrert vindhastigheter på 33,8 m/s (orkan styrke) og 12 m høye bølger inn mot kysten. Vindkast ble målt til 44,7 m/s. Stormen Nina har blitt omtalt som en 70 års-hendelse. Det vil si at de registrerte værforholdene sammenfaller med det forventede 70 års gjentakelsesintervall.

6.1. Klimatiske endringer

Når jorda blir varmere, øker temperaturen i havet. Ettersom varmt vann tar mer plass enn kaldt (kalt termisk ekspansjon), vil havnivået stige når vannet varmes opp.

I tillegg vil temperaturøkningen i atmosfæren og havet føre til økt issmelting. Smeltevannet bidrar til at havnivået stiger enda mer.

Noen steder langs kysten har estimert en 70 cm forventet vannstandsøkning de neste XX år som følge av global oppvarming.

Temperaturforskjellene i havet og i atmosfæren er også en drivere for de globale værsystemene. Med temperaturendringer er det forventet en økning av ekstreme vær hendelser. Utslagene forventes å være regionalt betinget – eksempelvis kan det bli villere og våtere klima i nord og tørrere klima der det allerede er lite nedbør.

Høyere havnivå sammen med forhøyet sannsynlighet for ekstreme værhendelser er ventet å by på utfordringer for bebyggelse og infrastruktur i kystsonen.

I en fremtid med global økning av havnivå vil samtidighet av ekstrem vannstand (barometrisk, stormflo) og ekstreme bølger kunne by på utfordringer for bebyggelse og infrastruktur i kystsonen.

Bølgeskolen

DEFINISJONER

1. Grunnleggende bølgebeskrivelse

1.1. Hva er havbølger?

1.1.1. Bølgebevegelse

1.1.2. Bølgekarakteristikk

1.1.3. Typer bølger

1.2. Bølgetransformasjon

1.2.1. Bølgebrytning

1.2.2. Refraksjon

1.2.3. Diffraksjon

1.2.4. Refleksjon

2. Bølgemåling

3. Bølgemodellering

3. Bølgemodellering

4. Bølgevarsel

5. Historiske data

6. Ekstremvær

6.1. Klimatiske endringer

7. Bølgeteori

7.1. Bølgespekter

7.2. Regulære bølger

8. Spesielle fenomener og analyser

8.1. Strømsjø

8.2. Kryssende sjø

8.3. Freak waves

Hvordan få data

Dette er tittelen