The problem of detecting abnormal waves on water by navigation radar 1. The models of abnormal waves

Abstract

The abnormal or freak waves of great height present a serious danger for ships and sea oil platforms. In this review we discuss the characteristics of freak waves. The freak waves are interested for us as the targets for an azimuth scan pulsed microwave radar. In our research, first of all, we consider the geometrical shapes of two-dimensional models of abnormal waves and briefly three-dimensional models. To the well-known classification of abnormal waves: Singular Wave Tower, Three Sisters, White Wall we added two variants of crests: smooth or three-cornered. Also, we briefly study the temporal attributes of abnormal waves. In the end of our research, we propose the criterion of discovery of short abnormal waves with azimuth scan pulsed microwave radar.

• freak waves
• classification
• Geometrical shapes
• temporal characteristics
• pulsed microwave radar

Аннотация (на русском)

Проблема обнаружения аномальных волн на воде навигационными радиолокаторами 1. Модели аномальных волн

Проведен обзор характеристик аномальных волн большой высоты, представляющих опасность для гражданских судов и морских платформ по добыче полезных ископаемых. Проанализированы возможные пространственные структуры аномальных волн в двумерном приближении, а также время существования таких волн до момента разрушения. Известная классификация аномальных волн (одиночная волна-башня, группа волн (три сестры), белая стена) дополнена с учетом того, что аномальные волны наряду со скругленными вершинами могут иметь клиновидную форму гребня. Сформулировано условие обнаружения аномальных волн классическими обзорными навигационными радиолокаторами. Минимально возможное время обнаружения аномальных волн определяется условием обнаружения цели за ограниченное число оборотов антенны.

For citation

References

1. Винокуров В.И Морская радиолокация. Ленинград, Судостроение. 1986. 256 с.
2. Чаликов Д.В. О природе экстремальных волн в океане. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т.13. №4. С.5-18. https://doi.org/10.7868/S2073667320040012
3. Бухановский А.В., Лопатухин Л.И. Экстремальные и необычные ветровые волны: измерения, расчет, прогноз. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т.4. №4. С.5-17.
4. Захаров В.Е. Устойчивость периодических волн конечной амплитуды на поверхности глубокой жидкости. Прикладная механика и техническая физика. 1968. №2. С.85-94.
5. Zakharov V.E., Dyachenko A.I. About shape of giant breather. European Journal of Mechanics B/Fluids. 2010. V.29. №2. P.127-131. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2009.10.003
6. Захаров В.Е., Дьяченко А.И. Вычислительные эксперименты и волны-убийцы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т.5. №1. С.64-76.
7. Чаликов Д.В., Булгаков К.Ю. Волны Стокса на конечной глубине. Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2014. Т.7. №4. С.3-15.
8. Пелиновский Е.Н., Слюняев А.В. Волны-убийцы. Физика. 2006. №2. С.29-36.
9. Didenkulova E. Catalogue of rogue waves occurred in the World Ocean from 2011 to 2018 reported by mass media sources. Ocean & Coastal Management. 2020. V.188. №1. P.105076. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2019.105076
10. Слюняев А.В., Пелиновский Е.Н. Волны-убийцы: мифы и реальность. Природа. 2021. №10. С.10-25. https://doi.org/10.7868/S0032874X21100021
11. Kharif C., Pelinovsky E., Slunyaev A. Rogue Waves in the Ocean. Springer. 2009. 216 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-88419-4
12. Куркин А.А., Пелиновский Е.Н. Волны-убийцы: факты, теория и моделирование. Изд. 2. Москва-Берлин, Директ Медиа. 2016. 178 с.
13. Chalikov D.V. Numerical Modelling of Sea Waves. Shwitzerland, Springer International Publishing. 2016. 330 p. https://doi.org/10.1134/S0001433820030032
14. Rosenthal W., Lehner S. Results of the MAXWAVE project. Proc. 14th Aha Huliko ‘a Winter Workshop, Honolulu, Hawaii. 2005.
15. Lehner S., Gunther H. Extreme wave statistics from radar data sets. 2004 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2004. V.3. P.1880-1883. https://doi.org/10.1109/IGARSS.2004.1370707
16. Чаликов Д.В. Портрет волны-убийцы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т.5. №1. С.5-18.
17. Правила по оборудованию морских судов. Часть 5. Навигационное оборудование. Санкт-Петербург, ФАУ "Российский морской регистр судоходства". 2021. 269 c.
18. Will Cousins, Themistoklis P. Sapsis. Quantification and prediction of extreme events in a one-dimensional nonlinear dispersive wave model. Physika D. 2014. V.280-281. P.48-58. https://doi.org/10.1016/j.physd.2014.04.012
19. Шургалина Е.Г., Пелиновский Е.Н. Проявление аномально больших волн зыби на фоне слабого ветрового волнения. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т.5. №1. С.77-88.
20. Додд Р., Эйлбек Дж., Гиббон Дж., Моррис Х. Солитоны и нелинейные волновые уравнения. Москва, МИР. 1988. 694 с.
21. Юдин А.В. Типичные картины геометрии волн-убийц в вычислительных экспериментах. Вестник РУДН. Серия Математика. Информатика. Физика. 2013. №4. С.181-189.
22. Stokes G.G. Supplement to a paper on the theory of oscillatory waves. Mathematical and Physical Papers. 1880. V.1. P.314-326.
23. Крейг В., Вейн К.Е. Математические аспекты поверхностных волн на воде. Успехи математических наук. 2007. Т.62. №3(375). С.95-116. https://doi.org/10.1070/RM2007v062n03ABEH004413
24. Amick C.J., Fraenkel L.E., Toland J.F. On the Stokes conjecture for the wave of extreme form. Acta Math. 1982. V.148. №1. P.193-214. https://doi.org/10.1007/BF02392728
25. Шелковников Н.К. Солитонная версия формирования волн-убийц в океане. Морской гидрофизический журн. 2012. №5. С.34-42.
26. Маслов В.И. Исследование генерирования волны-убийцы в мореходном бассейне. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. №2. С.91-98. https://doi.org/10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-91-98
27. Clauss G. Dramas of the sea: episodic waves and their impact on offshore structures. Applied Ocean Research. 2002. V.24. P.147-161.
28. Альбом планшетов стереофотограмметрической съемки волн. Антарктида. Ленинград, Гидрометеоиздат. 1960. 48 с.