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EVENTFILTER

Aus BAWiki

Basisinformationen

Programm-Name

EVENTFILTER

Version

März 2001

Beschreibung

März 2001

Stichworte

Tidehochwasser- und Tideniedrigwasser-Zeitreihe
statistische Analyse
gekoppelter Bandpass-Filter
Oberwasserzufluss berücksichtigender Filter
Soll- und Istwert

Kurzbeschreibung

Um Tidehochwasser- und Tideniedrigwasser-Zeitreihen zu analysieren berechnet man üblicherweise ihre jährlichen Mittelwerte. Diese Werte sind beeinflusst von meteorologischen Prozessen wie z.B. Wind oder dem Oberwasserzufluss in einem Ästuar. Dies erschwert das Vergleichen mehrerer Jahresmittelwerte. Das Programm EVENTFILTER verringert den meteorologischen Einfluss durch Filtern der Ereignisse und erzeugt Mittel, die besser miteinander vergleichbar sind. Die Eingangswerte werden gefiltert mit einem Gekoppelter Bandpass und / oder unter Berücksichtigung des Oberwasserzuflusses.

Eingabe-Dateien

  1. allgemeine Eingabedaten (Dateityp eventfilter.dat)
    Die Referenzdateien 2. und 3. müssen sowohl Tidehochwasser- als auch Tideniedrigwasserereignisse enthalten.
  2. gemessene Ist-Zeitreihe des Tidehoch- und -niedrigwassers an einer Referenzstation (Dateityp boewrt.dat)
  3. (optional) synthetische Soll-Zeitreihe des Tidehoch- und -niedrigwassers an der Referenz, z.B. mit dem harmonischen Verfahren
    erzeugt (Dateityp boewrt.dat)
  4. gemessene Zeitreihen des Tidehoch- und -niedrigwassers an weiteren Stationen, z.B. entlang eines Ästuars. (Dateityp boewrt.dat)
  5. (optional) Zeitreihe des Oberwasserzuflusses in ein Ästuar (Dateityp boewrt.dat), wird benötigt für den das Oberwasser
    berücksichtigenden Filter. Der Zeitschritt muss 24 h betragen.

Ausgabe-Dateien

  1. Datei(en), die eine Tabelle mit der Statistik einer einzelnen Station enthalten (Dateityp eventstatistic.dat (ASCII) oder eventstatistic.excel (excel-kompatibel))
  2. Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf (Dateityp eventfilter.sdr)
  3. (optional) Datei mit Testausgaben (Dateityp eventfilter.trc)

Methode

Vorbereitungen

Die Referenzstation sollte in einem Gebiet mit wenig meteorologischen Einfluss auf Tidehoch- und -niedrigwasser liegen. In der Deutschen Bucht wäre Helgoland ein geeigneter Ort. Als erstes muss EVENTFILTER ein Ereignis an der Referenz als Thw oder Tnw identifizieren. Man erhält die besten Resultate durch Analysieren der synthetischen Werte. EVENTFILTER vergleicht die Eintrittszeit eines gemessenen Ereignisses mit der Eintrittszeit eines benachbarten synthetischen und identifiziert die Ist-Thw und -Tnw.

(Alle Ereignisse der folgenden Abbildungen sind linear verbunden, was nicht einem realistischen Kurvenverlauf entspricht.)

Beispiel: Wasserstand Helgoland

Die obige Abbildung zeigt, dass die Identifikation sogar im Falle einer Sturmflut gut funktioniert. Der Wasserstand unterscheidet sich zwischen der synthetischen roten und der gemessenen grünen Kurve um bis zu 2 m, wohingegen die Eintrittszeit sich stets um weniger als eine Stunde verschiebt.

Die zweite Art Thw und Tnw zu identifizieren berücksichtigt die mittlere Flutdauer an der Referenzstation. Sie sollte nur angewandt werden, wenn keine synthetischen Werte verfügbar sind.

Gekoppelter Bandpass

Der gekoppelte Bandpass bearbeitet die gemessenen Thw- und Tnw-Ereignisse an der Referenzstation. Zu Beginn werden alle Ereignisse um den Mittelwert markiert. Beispiel Tidehochwasser: alle Thw-Ereignisse, die oberhalb des mittleren Thws - 0,1m und unterhalb das mittlere Thws + 0,1m liegen, werden markiert. Die nicht gekennzeichneten Ereignisse werden näher untersucht. Im obigen Beispiel wird oberhalb der oberen Thw-Grenze liegendes Thw markiert, wenn das davor- oder dahinterliegende Tnw unterhalb der unteren Tnw-Grenze liegt. Diese Anordnung ist typisch für eine Springflut. Sie wird von Kräften astronomischen Ursprungs verursacht und die Ereignisse sollten bei der Mittelwertbildug berücksichtigt werden. Der Algorithmus für Nipptiden arbeitet analog.

Beispiel: Bandpass Helgoland

Das Diagramm zeigt den beschriebenen Fall. Thw1 wurde vom Filter gekennzeichnet obwohl es einen Wert oberhalb des oberen Limits aufweist. Der Tidenkalender bestätigt die Vermutung, dass es während eines Springtiden-Zeitraumes stattfindet. Thw2 und Thw3 werden markiert, weil sie innerhalb der Grenzen liegen. Thw4 liegt ohne astronomische Ursache zu niedrig und wird nicht gekennzeichnet. Tnw1 wurde markiert, weil Thw1 zu hoch ist. Tnw2 bis Tnw4 liegen zu niedrig.

Im nächsten Schritt werden die Mittelwerte der gekennzeichneten Ereignisse berechnet und die oberen und unteren Grenzen werden relativ zu den neuen Mittelwerten angepasst.

Der Prozess des Markierens und Berechnens wird so oft wiederholt bis beide Mittelwerte konvergieren.

Dann identifiziert EVENTFILTER die Thw und Tnw an anderen Stationen über die bekannte Laufzeit eines Ereignisses zwischen Referenz und aktueller Station. Die Ereignisse, die zu den an der Referenz gekennzeichneten passen, werden ebenfalls markiert und ihre Mittelwerte werden berechnet.

Oberwasserzufluss berücksichtigender Filter

Der Wasserstand im stromauf gelegenen Teil eines Ästuars wird stark von der Menge des Oberwasserzuflusses beeinflusst. Aber auch in anderen Gebieten wird der Wasserstand von extrem hohem oder niedrigem Oberwasser beeinflusst. Deshalb werden Oberwassermessungen zwischen einer unteren und oberen Grenze gekennzeichnet. Die entsprechenden Thw- und Tnw-Ereignisse werden ebenfalls markiert und ihre Mittelwerte ermittelt.

Beispiel: St. Pauli Oberwasserfilter

Oberwasser und Thw/Tnw Beispiel: Im oberen Diagramm der Abbildung wird der mittlere tägliche Oberwasserzufluss in das Elbe-Ästuar bei Neu Darchau dargestellt. Die Werte 200m**3/s und 800m**3/s limitieren den Filter. E2 ist das erste Ereignis, das innerhalb dieser Grenzen liegt und gekennzeichnet wird. Das untere Diagramm zeigt Thw und Tnw bei Hamburg St. Pauli 87km stromabwärts von Neu Darchau. Die Ereignisse Tnw3, Thw3, Tnw4 und Thw4 sind markiert, weil sie innerhalb von 24h nach dem markierten Ereignis E2 stattfinden.

Kombination beider Filter

Wenn man beide Filterarten kombiniert, prozessiert zuerst der gekoppelte Bandpass und dann der Oberwasserfilter die Daten. Die Kombination arbeitet wie eine Reihenschaltung. Daraus leitet sich ab, das mit '*_Q' gekennzeichnete Werte in eventstatistic.dat/excel auf Ereignissen beruhen, die in beiden Filtern gekennzeichnet wurden.

Vorlauf-Programme

FFT, MESKOR

Nachlauf-Programme

-

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran90

zusätzliche Software

-

Originalversion

P. Schade

Programmpflege

P. Schade

Dokumentation/Literatur

$PROGHOME/examples/eventFilter/


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