An Analysis of Statistical Characteristics of Nonlinear Ocean Waves

In this paper time series wave data measured continuously for 24 hours during a storm in Yura Sea Area are used to investigate statistical characteristics of nonlinear waves. The exceedance probability of wave height is compared using the Rayleigh distribution and the Edgeworth-Rayleigh (ER) distribution. Wave data which show stationary state for 10 hours contain 4600 waves approximately. The Gram-Chalier distribution fits the probability of wave elevation better than the Gaussian distribution. The Rayleigh ($H_{rms}$) distribution follows the exceedance probability of wave height in general and predicts the probability of freak waves well. The ER distribution overpredicts the exceedance probability of wave heights and the occurrence of freak waves. If wave data measured for 30 minute period which contains 250 waves are used, the ER distribution can predict the occurrence probability of freak waves well. But it overpredicts the probability of overall wave height If no freak wave occurs, the Rayleigh ($H_{rms}$) distribution agrees well with wave height distribution for the most of wave height ranges. The wave height distribution of freak waves of which height are less than 10 m shows similar tendency compared with freak waves greater than 10 m. The value of $H_{max}/H_{1/3}$ is related to the kurtosis of wave elevation. It seems that there exists threshold value of the kurtosis for the occurrence of freak waves.

비선형 해양파의 통계적 특성에 대한 해석

이 논문에서는 Yura 해역에서 폭풍 중 24시간 연속으로 측정된 freak wave가 포함된 파랑자료를 분석하여 비선형 파도의 통계적 특성을 살펴보았다. 파고의 초과확률분포는 Edgeworth-Rayleigh(ER) 분포와, Rayleigh 분포를 이용하여 계측된 자료와 비교하였다. 파형이 stationary 상태를 유지하는 10시간 동안 계측된 파랑자료(파랑의 개수가 4600 내외)에서는, 파형의 분포는 Gram-Chalier분포가 Gaussian분포보다 파랑자료와 일치를 한다. 전반적인 파고의 확률분포는 Rayleigh($H_{rms}$)분포를 잘 따르는 것을 볼 수 있다. Freak wave 발생확률은 Rayleigh($m_{o}{^{1/2}}$) 분포로 잘 표시가 되며, ER 분포는 과대하게 예측하는 것을 볼 수 있다. 30분간 계측된 파랑자료(파랑 개수가 250개 내외)에서 freak wave가 발생된 경우는 ER 분포가 freak wave 발생확률과 잘 일치한다. 그러나 전반적인 파고의 발생확률이 과대평가된다. Freak wave가 발생하지 않은 경우는 거의 모든 파고에 걸쳐 Rayleigh($H_{rms}$)분포가 계측된 파고분포와 잘 일치를 한다. 파고가 10 m 이하의 freak wave의 파고확률분포는 10 m 이상의 파고를 가지는 freak wave와 비슷한 경향을 보인다. $H_{max}/H_{1/3}$은 파형의 kurtosis와 연관이 있는 것을 보여주었다. Freak wave의 발생은 높은 kurtosis 값과 관계가 있으며, freak wave가 발생하는 임계 kurtosis 값이 존재할 가능성이 있을 것으로 추정된다.