Investigations on the practical use of a hydrodynamic numeric method for calculation of sea level variations in the North Sea, the Skagerrak and the Kattegat

Summary

A method, based on a numerical solution of the hydrodynamical differential equations has been investigated aiming at calculating the sea level variation in the North Sea, the Skagerrak and the Kattegat for practical purposes.

The method, called the HN-model, is taking into account both tidal and wind caused motion but not yet the effect of the air pressure at the sea surface.

As current input the method requires only the actual values of the wind over the area, while the tide is represented by harmonic tidal constants given at the northern and southern entrances to the North Sea.

The wind input is given in a simplified form, taking into consideration both the actual wind distribution in space and the need for an easy and fast procedure for the estimation of the wind from weather maps in practice.

The HN-model was tested by computing an actual situation during a 9 day period in February 1967 including two storm surges and a relatively quiet period.

The results are compared with the tide gauge records from 16 stations and the fitness of the results is discussed by means of diagrams and a regression analysis.

Zusammenfassung

Eine Methode, die auf einer numerischen Lösung der hydrodynamischen Differentialgleichungen beruht, ist untersucht worden mit Hinblick auf eine praktische Anwendung zur Berechnung der Wasserstände in der Nordsee, dem Skagerrak und dem Kattegat.

Die Methode, genannt HN-Modell, berücksichtigt sowohl die Gezeiten als auch den Windstau, jedoch wurde die Luftdruckverteilung an der Wasseroberfläche noch nicht in die Rechnung mit einbezogen.

Als laufende Eingangsdaten sind lediglich aktuelle Windwerte für das Gebiet erforderlich, während die Gezeiten alleine mit Hilfe von harmonischen Konstanten, gegeben für den nördlichen und südlichen Eingang der Nordsee, berechnet werden kann.

Es ist versucht worden, die Windwerte in einer vereinfachten Form anzugeben, indem einerseits die aktuelle, räumliche Verteilung des Windes, andererseits die Notwendigkeit einer im praktischen Gebrauch leicht zugänglichen und schnellen Methode für die Bestimmung des Windes aus Wetterkarten berücksichtigt werden sollte.

Zur Prüfung des HN-Modelles wurde eine 9 tägige Periode vom Februar 1967, in der zwei Sturmfluten und eine relativ ruhige Periode vorkamen, durchgerechnet.

Die Resultate wurden verglichen mit den Beobachtungen an 16 Pegeln, und die Qualität der Resultate wird diskutiert anhand von Diagrammen und einer Regressionsanalyse.

Résumé

On a recherché une méthode partant d'une solution numérique des équations différentielles hydrodynamiques en vue de calculer la variation du niveau de la mer en mer du Nord, dans le Skagerrak et le Kattegat.

La méthode, appelée le HN-model, tient compte du mouvement dû à la fois au vent et à la marée mais pas encore de la pression de l'air à la surface de la mer.

Pour le courant, la méthode n'exige comme données d'entrée que les valeurs réelles du vent sur la zone, quant à la marée elle est représentée pat les constantes harmoniques pour les entrées Nord et Sud de la mer du Nord.

Pour le vent, les données d'entrée sont fournies sous une forme simplifiée, en tenant compte à la fois de la distribution réelle du vent dans l'espace et du besoin d'un procédé commode et rapide pour l'estimation du vent d'après les cartes météorologiques courantes.

Le HN-model a été expérimenté en calculant une situation réelle pendant une période de 9 jours en février 1967 comprenant deux passages de tempêtes et une période relativement calme.

Les résultats sont comparés aux relevés d'échelles de marée en 16 pointes et la justesse de ces résultats est évaluée au moyen de diagrammes et d'une analyse rétrograde.