Sturmwellen-Resonanz an der Westküste der Insel Sylt

Büsching, Fritz

doi:10.24355/dbbs.084-201301081134-0

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Sturmwellen-Resonanz an der Westküste der Insel Sylt

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Die Phasengeschwindigkeiten steiler und brechender Seichtwasserwellen erregten Ende der 1970er Jahre besonderes Interesse, nachdem der Verfasser das Phänomen eines markanten Effektes anomaler Dispersion (ADE) bei der Auswertung von Messungen von Sturmwellen an der Westküste der Insel Sylt gefunden hatte. Bei elektromagnetischen Wellen ist die Anomale Dispersion allgemein als Begleiterscheinung des Resonanz-Phänomens bekannt. Da im küstennahen Bereich örtlich und zeitlich unterschiedliche Randbedingungen für die Kinematik steiler oder brechender Wellen existieren, war die analoge Zuordnung solcher Phänomene bisher nicht nachgewiesen und dementsprechend die tatsächliche Existenz des ADE bei Wasserwellen zweifelhaft geblieben. Ein ADE konnte bei Modelluntersuchungen im Wellenkanal der Fachhochschule Bielefeld jedoch im Zusammenhang mit resonanten Beckenschwingungen verifiziert werden. Unter Verwendung einer speziellen Analysetechnik für zusammengesetzte Spektren (composite spectra), die Informationen über anlaufende, reflektierte und re-reflektierte Wellen enthalten, war es möglich, einen Satz gleichzeitig im Kanal existierender partiell stehender Wellen zu identifizieren. Da sich jede dieser partiell stehenden Wellen aus benachbarten Frequenzkomponenten zusammensetzt, die nahezu gleiche Wellenlängen haben, muss in den betreffenden Teilfrequenzbändern anomale Dispersion dc/df > 0 herrschen. Vor Westerland/Sylt werden hinreichend vergleichbare Randbedingungen durch die Konfiguration mit einem strukturierten Sandriff gebildet, das etwa küstenparallel verläuft. Von See kommende Wellen treten mit den Wasserspiegelauslenkungen in der zwischen Riff und Strand befindlichen Rinne in der Art in Wechselwirkung, dass eine Anzahl möglicher Eigenfrequenzen des eingeschlossenen Wasservolumens getroffen wird. Da in den gemessenen Energiespektren beträchtliche Energiedichten den Eigenfrequenzen 1 bis 5 des Wasservolumens zuzuordnen sind, werden die durch den ADE belegten Resonanzen als verantwortlich für den starken Küstenangriff.

Phase velocity of shoaling and breaking waves was in focus of interest at the end of the 1970s. The author had found the phenomenon of an intense anomalous dispersion effect (ADE) existing with respect to storm surge waves, measured at Sylt Island/Germany. In the theory of electromagnetic waves Anomalous Dispersion is known to be an accompanying effect of the resonance phenomenon. Because boundary conditions had not been defined adequately with respect to analogue effects taking place within the coastal zone, the real existence of the ADE with water waves had remained questionable. An ADE, however, recently has been verified by model investigations at Bielefeld University of Applied Sciences, relating to resonance phenomena occurring in a wave tank. Using a special technique of analysing composite spectra (containing information of incoming, reflected and re-reflected waves), it was possible to detect a set of partial standing waves existing coincidentally. As each partial cl apotis is composed of a number of neighbouring frequency components disposing of nearly equal wave length, such components must obey an anomalous dispersion law dc/df > 0. At Sylt Island boundary conditions sufficiently comparable to that of the wave tank are formed by a structured long shore bar running roughly parallel to the shoreline. Incoming waves interact with the water level deflections in the trough located between the bar and the beach in such a way that frequency components match a limited number of possible harmonics of the enclosed body of water. As there are significant energy densities to be found in the wave energy spectra at harmonics numbers 1 through 5 of the enclosed water body, resonance documented by the ADE is believed to be responsible for the tremendous coastal recessions of Sylt island due to storm surge occurrences in the past. The existence of resonance absorption effects especially is traced back to the fact that the function of the component lengths L(f) (wave length spectrum), calculated from the anomalous phase.