Frage:

Bei welchen Wassertiefen liegen a) die durchschnittliche Wellenbasis und b) die durchschnittliche Sturmwellenbasis?

Antwort:

Die durch den Wind auf dem Meer angeregten Oberflächenwellen sind mit Strömungs- und Druckschwankungen verbunden, die an der Meeresoberfläche am stärksten sind und exponentiell mit der Tiefe abklingen.

• Der exponentielle Faktor, der das Abklingen mit Wassertiefe bestimmt beträgt 2*Pi/Wellenlänge.
• Der durch den Wind angeregte Seegang besteht aus einem Wellenspektrum mit einer gewissen Spektralbreite bezüglich der Wellenperiode T und der Wellenlänge L.
• Die maximale Energiedichte des Seegangs liegt dabei bei einer Periode To, deren zugehörige Wellenlänge Lo so groß ist, dass die Phasengeschwindigkeit co=Lo/To=W, gleich der Windgeschwindigkeit ist.
• Der Grund liegt darin, dass nur Wellen, deren Phasengeschwindigkeit kleiner als die Windgeschwindigkeit ist, Energie aus dem über den Wellen wehenden Wind extrahieren können.
• Die zum spektralen Maximum gehörenden Perioden und Wellenlängen haben die größte Tiefenwirkung.
• Mit Hilfe der Dispersionsrelation für Tiefwasserwellen kann man sie berechnen.
• Die Periode beträgt To = 2*Pi*W/g und die dazu gehörende Wellenlänge Lo = 2*Pi*W²/g, wobei g = 9.81 m/s² die Erdbeschleunigung ist.
• Eine Faustregel besagt, dass die Wellenwirkung einer Oberflächenwelle in einer Tiefe z = Lo/2 schon kräftig gegenüber der Meeresoberfläche abgeklungen ist. Das wäre bei z = Pi*W²/g.

Nehmen wir eine moderate Windgeschwindigkeit von W=10 m/s an, das ist ungefähr eine Windstärke von 5 Beaufort (Bft), so kommen wir auf eine Wirkungstiefe von annähernd 32 m. Bei einer Windgeschwindigkeit von W = 20 m/s, das entspricht ungefähr einer Windstärke von 8 Bft, sind es dagegen schon rund 130 m Wassertiefe.

Die oben angegebenen Relationen gelten für einen so genannten ausgereiften Seegang, der eine hinreichende Wassertiefe, eine ausreichende Wirkungsdauer und Streichlänge des Windes (der Weg den der Wind vom Ufer bis zu einem Punkt der Meeresoberfläche zurücklegt) erfordert. Ist einer der Einflussfaktoren geringer als für den ausgereiften Seegang erforderlich, ist die Wirkungstiefe des Seegangs geringer als für den ausgereiften Seegang. Dies gilt insbesondere für Randmeere wie zum Beispiel die Ostsee.

Dieser Beitrag ist von Dr. Hans Ulrich Lass, IOW.