Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

Spatio-temporal slope measurement of short wind waves under the influence of surface films at the Heidelberg Aeolotron

Reith, Svenja

German Title: Raumzeitliche Neigungsmessung von kurzen winderzeugten Wellen unter dem Einfluss von Oberflächenfilmen am Heidelberger Aeolotron

[img]
Preview
PDF, English - main document
Download (4MB) | Terms of use

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the DOI, URN or the persistent URL below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

A novel, high resolution Imaging Slope Gauge (ISG) at the Heidelberg Aeolotron is presented. The instrument allows measurements of the two-dimensional slope of short wind-driven water waves at unprecedented temporal and spatial resolution. Wave number spectra are measured up to k = 13000 rad/m with a temporal resolution of more than 1500 Hz. The high sampling frequency eliminates aliasing up to wave numbers of about k = 2660 rad/m. A new non-linear calibration and data processing work flow has been implemented to convert raw camera images into wave slope in the range of \pm 0.96. The average statistical measurement error is estimated to be \Delta s_rms = 0.018, a significant improvement compared to previous Color Imaging Slope Gauge setups.

Spectrally resolved measurements of the influence of various surface-active materials (surfactants) on small-scale waves are reported. The wave damping effects of different substances are analyzed. It is shown that, except for low wind speeds, gas transfer velocities across the air-sea boundary layer can be parametrized with the mean square slope of the waves, independent of the specific type of surfactant that is used.

Translation of abstract (German)

Ein neues hochauflösendes bildgebendes Messinstrument (Imaging Slope Gauge) am Heidelberger Aeolotron wird beschrieben. Das Instrument ermöglicht Messungen der Neigung von kurzen winderzeugten Wasserwellen mit bisher unerreichter zeitlicher und räumlicher Auflösung. Wellenzahlspektren werden bis zu Wellenzahlen von k = 13000 rad/m und mit einer zeitlichen Auflösung von mehr als 1500Hz gemessen. Die hohe zeitliche Aufnahmefrequenz verhindert Aliasing bis hin zu Wellenzahlen von k = 2660 rad/m. Eine neue nichtlineare Kalibrierungs- und Auswerteroutine wurde implementiert um Kamera-Rohbilder in Wellenneigung im Bereich \pm 0.96 umzurechnen. Der mittlere statistische Messfehler beträgt \Delta s_rms = 0.018, eine deutliche Verbesserung gegenüber älteren Color Imaging Slope Gauge Aufbauten.

Spektral aufgelöste Messungen des Einflusses von unterschiedlichen oberflächenaktiven Substanzen (Surfactants) auf kleinskalige Wellen werden präsentiert. Die Wellendämpfungseffekte verschiedener oberflächenaktiver Substanzen werden analysiert. Es zeigt sich, dass die Gasaustausch-Transfergeschwindigkeiten durch die Grenzschicht zwischen Luft und Wasser durch oberflächenaktive Substanzen (außer für sehr niedrige Windgeschwindigkeiten) durch die mittlere quadratische Neigung parametrisiert werden können, unabhängig von der verwendeten oberflächenaktiven Substanz.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Jähne, Prof. Dr. Bernd
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 1 September 2014
Date Deposited: 08 Dec 2014 12:29
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Service facilities > Heidelberg Collaboratory for Image Processing (HCI)
Subjects: 000 Generalities, Science
500 Natural sciences and mathematics
530 Physics
550 Earth sciences
Controlled Keywords: Bildverarbeitung, Wasserwelle, Wellenkanal, Neigungsmessung, Grenzflächenaktiver Stoff
Uncontrolled Keywords: Imaging Slope Gauge Aeolotron Oberflächenneigung windgetriebene Wasserwellen
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoDINI certificate 2013Logo der Open-Archives-Initiative