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Abstract

Within the framework of this thesis an algorithm was designed, which extracts the height of water waves from a time series of along-wind surface profile images. The surface position is detected with help of thresholding and subsequently fitted on the basis of two-dimensional smooth spline fitting. As result a function of the height in space and time direction and its slope as well as its time derivative are obtained. For wind speeds of up to 10 m/s it was possible to identify the height with an accuracy of approximately 18 µm. Furthermore, a script for data evaluation was written, which computes general properties of the wave field, like the significant wave height and the mean square slope in along-wind direction, as well as the frequency spectra and the dispersion relation. Both tools were used to evaluate measurements with wind speeds from 2.5 m/s to 14 m/s performed at the Large Marseille-Luminy Wind-Wave Facility within the ASIST-campaign in June 2016. The wave field differs from pure wind waves to additional mechanically generated waves with frequencies of 0.9 Hz and 1.3 Hz.

Translation of abstract (German)

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus entworfen, der die Höhe von Wasserwellen aus einer Zeitserie von Aufnahmen des Wellenprofils in Windrichtung bestimmt. Die Position der Wasseroberfläche wird mit Hilfe eines Schwellenwertverfahrens detektiert und anschließend auf der Basis von zwei-dimensionalen glättenden Splines gefittet. Als Ergebnis erhält man eine Funktion der Höhe in Orts- und Zeitrichtung und deren Neigung sowie deren zeitlichen Ableitung. Für Windgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/s war es möglich die Höhe mit einer Genauigkeit von etwa 18 µm zu bestimmen. Des Weiteren wurde ein Skript zur Datenauswertung geschrieben, das sowohl allgemeine Eigenschaften des Wellenfeldes, wie die signifikante Wellenhöhe und die mittlere quadratische Neigung in Windrichtung, als auch die Frequenzspektren und die Dispersionsrelation berechnet. Beide Methoden wurden verwendet, um Messungen mit Windgeschwindikeiten zwischen 2.5 m/s und 14 m/s auszuwerten, die an der Large Marseille-Luminy Wind-Wave Facility im Rahmen der ASIST-Kampagne im Juni 2016 durchgeführt wurden. Die Wellenfelder variieren zwischen ausschließlich Wind-generierten und zusätzlich mechanisch generierten Wellen mit Frequenzen von 0.9 Hz und 1.3 Hz.