An operational dispersion model for wind over swell seas

I denne rapporten utviklar vi ein operasjonell modell for transport av farestoff til havs. I prinsippet skal modellen fungere for alle sjøtilstandar, men vi forventar at han er mest nyttig for berekningar med dønningar, altså for lange og raske bølger.

Modellen er basert på ein partikkelmetode der turbulente rørsler vert modellerte ved hjelp av ein såkalla tilfeldig gonge-metode (random-walk). Akkurat som i dei fleste operative spreiingsmodellar bruker vi ein enkel analytisk vertikalprofil til å skildre middelvinden.

Det nyskapende elementet i modellen er at partiklane vert påverka av ei kvasilaminær bølgekorrelert kraft. Dersom ein hadde hatt som mål å modellere alle aspekt av påverknaden til bølgene på det atmosfæriske grensesjiktet, ville ein måtte bruke ein høgkvalitets numerisk fluiddynamikkmodell (computational fluid dynamics-modell - CFD-modell). Bruken av slike modellar fører til særs krevjande berekningar, noko som gjer dei ueigna til operasjonell spreiingsmodellering. For å unngå dette utvidar vi rammeverket til Åkervik og Vartdal i "The role of wave kinematics in turbulent flow over waves" (2019) til å skape ein enkel strømningsmodell på operasjonell skala, altså på romlege skalaer frå meter til kilometer. Modellen fangar ikkje fullt ut påverknaden frå bølgene på straumdraget, men frå et spreiingsperspektiv meiner vi at han inneheld dei viktigaste effektane. Det resulterande spreiingsproblemet kan løysast på ei vanlig datamaskin på få minutt.

Vi utviklar og testar transportmodellen vår på laboratorieskala, der vi har referansedata med høg nøyaktigheit. Deretter utvidar vi modellen til full skala og samanliknar han med ein gaussisk puffmodell og med publiserte data som stammar frå ein veggmodellert storvirvelmodell. Vi demonstrerer at modellen gir rimelege resultat, og at han kan skildre effekten frå dønningane på spreiinga av aerosolar.