Analysis of the directional distribution of the wave energy during different climate conditions

Abstract

The directional wave spectra during hurricane conditions are not well represented by numerical wave models, limiting their capability for extreme waves hindcasting and forecasting purposes. This research intends to conduct, using WAVEWATCH III, a sensitivity analysis of the wind input term packages ST3/4/6 to identify the response of the hurricane-generated wave spectra to the most critical parameters of each parameterization. In addition, modifications in the directional spreading functions of the current observation-based source terms are evaluated during a regular storm case in the Caribbean Sea and Gulf of Mexico. BETAMAX, ZALP, and ZWND are the most sensitive parameters from ST3/ST4, and SINWS for ST6; however, their impact is not relevant in the directional space and do not unambiguously point out the physical mechanisms that solve the underestimation/overestimation of swell/wind sea waves. Narrower $\cos^2$ and $\cos^4$ distributions in the atmospheric input, and a bimodal spreading function for the dissipation rate, show an enhancement of the energy around the main wave propagation direction. These inclusions exhibit a good agreement with wave integral and 2D spectra buoy measurements during wind sea-dominated conditions, and their performance is better than the default directional functions during the most energetic periods of the simulation. (Tomado de la fuente)

Los espectros direccionales de oleaje durante condiciones de huracán no están bien repre- sentados por modelos numéricos de oleaje como WAVEWATCH III, limitando su capacidad para el hindcast y pronóstico de oleaje extremo. Esta investigacíon tiene la intencion de llevar a cabo un análisis de sensibilidad de los términos de entrada del viento usando el modelo numérico WAVEWACTH III en los paquetes de física del oleaje ST3/4/6 para identificar la respuesta de los espectros de oleaje generados por huracanes a cambios en el valor de los parámetros más críticos de cada parametrización. Además, se evalúan modificaciones en las funciones de dispersión direccional de los actuales términos fuente basados en observaciones durante un caso de tormenta regular en el Mar Caribe y el Golfo de México. BETAMAX, ZALP y ZWND son los parámetros más sensibles de ST3/ST4, y SINWS para ST6; sin embargo, su impacto no es relevante en el espacio direccional y no señala de manera inequívoca los mecanismos físicos que resuelven la subestimación/sobrestimación del oleaje local/de fondo. Distribuciones más estrechas de cos2 y cos4 en la entrada atmosférica, y una función de dispersión bimodal para la tasa de disipación, muestran un aumento de la energía alrededor de la dirección principal de propagación de las olas. Estas incorporaciones exhiben una buena concordancia con las mediciones de boyas de parámetros integrales y espectros de oleaje 2D durante condiciones dominadas por el mar de viento, y su rendimiento es mejor que las funciones direccionales predeterminadas durante los periodos más energéticos de la simulación.