WaMos II 波浪雷達
最新的波浪量測儀器

WaMos II 即時執行波浪與海流監測

 

 

WaMoS® II – 量測原理

最新波浪量測儀器輸出及準確性

型錄

WaMoSR II 量測原則是根據X-Band雷達技術。在接近任何一般X-Band雷達的範圍( 5公里),明顯的表面波(稱為海洋散亂)變成可見的條紋。海洋散亂是從海平面的微波散射所傳送的電磁波的迴波訊號所產生。WaMoSR II 需要至少每秒3公尺風速方可偵測波浪模式。依據雷達重複掃射時間,資料搜集約需80秒隨後之資料處理約需40秒。如此,每2分鐘即可產生方向波譜。

 

WaMoSR II 資料處理過程

為了推導波浪及表面流資訊,順序擷取雷達影像畫面。資料分析依照列敘述實行:

 

1.雷達影像部份:

為了波浪分析從全部雷達影像中切取界定數量的矩形部份,然後轉換成笛卡兒(Cartesian)座標。一個標準笛卡兒影像涵蓋2平方公里區域。

2.分離傅立葉(Fourier)轉換:

由離散傅立葉的轉換,連續之雷達影像部分轉換成3D影像頻譜。

3.表面流的計算:

表面海流可由縮減3D影像頻譜(3D-image spectrum)中的光譜能量(Spectral energy)的位置與線性表面重力波定義之散亂關系的理論位置之距離獲得。準確地決定表面流是從雷達影像計算方向性波頻譜基本步驟。

4. 3D影像頻譜濾波:

頻譜:結合海洋波浪的能量,利用如帶通濾波器之散亂關系,可從背景雜訊中分離出來。

5. 2D波頻:

波譜:為導出2D波譜,在頻率域中將3D影像波譜積分;利用調節轉換函數(Modulation Transfer Function, MTF)獲得2D波數頻譜(2D-wave number spectrum)

6.方向波譜的計算:

2D波數頻譜轉換成為頻率-方向波譜乃利用散亂關系(dispersionrelation)來完成

7. 1D頻譜計算:

方向積分可產生1D頻譜,隨而導出所有海況參數。

8.示性波高的預估:

示性波高(Significant wave height)與雷達影像中的訊雜比 (Signal to noise ratio)有關;內部運算功能可檢核其有效性與處理參數的微調;若多風天氣的參考資料可使用,將可得到最佳的結果。

系統需求:

對於監測波浪與海流目的,雷達的需求如下:

WaMoS® II 系統需求

  • 天線旋轉速度:最小24 rpm

  • 雷達脈衝長度:短脈衝/ 近距離

  • 天線長度:最小6英呎

  • 未濾波雷達影像訊號影像、同步、水平角、方位角

這些需求可得到約每2秒有7公尺空間解析度和1°角度解析度的雷達影像。標準WaMoS® II 分析使用32個雷達連續影像,提供0.02~0.35 Hz的頻率解析度。此頻率範圍相當於5~40秒的波浪週期。根據X-Band雷達型式、安裝幾何和風速,WaMoS® II的操作範圍從0.1~5.0公里。

WaMoS® II 輸出與準確度:

以下表格列出標準化的WaMoS® II 對於解析度、範圍和準確度之輸出參數。

 

波譜

解析度

範圍

2D 頻率方向波譜 S(f,θ)

0.005Hz

4

0.02 Hz-0.35Hz**)

0-360

1D 頻譜 S(f)

0.005 Hz

0.02 Hz-0.35Hz**)

波浪與海流參數

準確度**),***)

範圍

解析度

示性波高 Hs

+/- 10% (max +/- 0.5m)

0.5-20 m*)

0.1m

尖峰方向 θρ

+/- 2

0-360

1

尖峰期間 Tρ

+- 0.5 sec

5 - 40sec**)

0.1 sec

尖峰波長 λρ

+/- 10%

15 - 600 m**)

1m

表面流速 υ

+/- 0.2 m/s

0 - 40 m/s

0.001 m/s

表面流向 υθ

+/- 2

0-360

1

*) 波浪高度預測無限制,但直到現在,WaMoSII 最高的 Hs 量測值為 20 m。

**) 這些數值指出一般範圍,它們根據雷達硬體及全部量測時間,每一個分別安裝將會有不同。

***) 基於波浪量測比較,需考慮一個平均分散的誤差。

 

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