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FRQWF

Aus BAWiki

Basisinformationen

Programm-Name

FRQWF

Version

6.x / März 2014

Beschreibung

April 2014

Stichworte

Postprozessor
Preprozessor
Analyse von Berechnungsergebnissen (2D/3D und Profil-Daten, Sonderpunkte) und Messungen (Einzelzeitreihen)
Harmonische Gezeitenanalyse
Ästuarien
statische (alternative) Topografie
universelles Direktzugriffs-Datenformat für 2D/3D-Daten
universelles Direktzugriffs-Datenformat für Profil-Daten
Einzelzeitreihen, Sonderpunkte
Partialtidenellipse

Kurzbeschreibung

Das Programm FRQWF zählt zu den Postprocessoren verschiedener hydrodynamischer Verfahren (z.B. TRIM-2D, TRIM-3D, TELEMAC-2D, UNTRIM2007, etc.) und Naturmessungen. Es dient der automatischen Ermittlung von der Harmonischen Konstanten ausgewählter Frequenzen der Gezeiten (Teiltiden, Partialtiden). Es können verschiedene vom Benutzer frei wählbare Haupt- und Flachwasserkomponenten ermittelt werden. Die zu analysierenden Daten müssen entweder flächenhaft für ein Modellgebiet oder entlang von Profilen im Zeitreihenformat oder als Sonderpunkt-Ergebnisse oder als Einzelzeitreihen vorliegen. Die Analyseergebnisse von FRQWF können mit Hilfe der Graphik-Postprocessoren HVIEW2D (2D/3D) oder LQ2PRO (Profile) visualisiert werden. Für Sonderpunkte und Einzelzeitreihen werden sie in der Druckerdatei ausgegeben. Standardmäßig werden für den Analysezeitraum folgende Partialtiden mittels der Methode der Harmonischen Analyse der Gezeiten (teilweise optional) zur Berechnung angeboten:

  • halbjährlich: Ssa
  • monatlich: Mm
  • halbmonatlich: Mf
  • täglich: Q1, O1, P1, K1, MP1 und SO1
  • halbtägig: N2, M2, L2, S2, K2, MNS2, 2MS2, MSN2 und 2SM2
  • dritteltägig: MO3 und MK3
  • vierteltägig: MN4, M4, MS4, MK4 und S4
  • sechsteltägig: M6 und 2MS6
  • achteltägig: M8

Ein abgewandelter Satz von Partialtiden kann durch Bereitstellen einer modifizierten Datei .tidkenn.dat im Arbeitsverzeichnis vorgegeben werden! Diese Datei muß mindestens die Kennungen Mf, M2, M4, M6 und M8 enthalten!

Analyse skalarer Größen:

Als skalare physikalische Größen können derzeit analysiert werden:

  1. Wasserstand
  2. Steig-/Fallgeschwindigkeit
  3. Salzgehalt
  4. Temperatur
  5. Schwebstoffkonzentration

Für jede Partialtide werden folgende Werte ermittelt:

  1. Amplitude der Partialtide
  2. ortsbezogene Phase der Partialtide (bezogen auf 01.01.yyyy 00:00 UTC)

Für die in der Regel dominante M2-Gezeit können darüberhinaus folgende Relationen mit ihren Harmonischen (M4, M6 und M8) bestimmt werden:

  1. Amplitudenverhältnis M4:M2 und Phasenverschiebung 2*Phase(M2)-Phase(M4)
  2. Amplitudenverhältnis M6:M2 und Phasenverschiebung 3*Phase(M2)-Phase(M6)
  3. Amplitudenverhältnis M8:M2 und Phasenverschiebung 4*Phase(M2)-Phase(M8)


FRQWF gibt bei der Analyse von Einzelstationen noch weitere Informationen aus:

  • Das Amplitudenverhätnis (Ai : A(M2)) jeder Partialtide i zur M2-Gezeit wird berechnet und ebenso die Phasendifferenz zwischen Tide i und der M2-Gezeit.
  • Die Fehler der Analyse werden berechnet und in die ASCII-Version von frqsingle.dat/tex geschrieben. Sie erlauben eine Aussage über die Qualität der Analyse.

Desweiteren werden noch die Werte HThw und NTnw (für den Analysezeitraum) bestimmt. Falls die Eingangsdaten über einer alternativen Topografie erzeugt wurden, zusätzlich auch noch die minimale Tiefe. Bei der Analyse von Einzelergebnissen wird zudem der Formfaktor F = (Amplitude(K1) + Amplitude(O1)) : (Amplitude(M2) + Amplitude(S2)) berechnet und in der Druckerdatei abgelegt. Der Formfaktor F charakterisiert die Gezeitenform:

  • F < 0.25: halbtägige Gezeitenform
  • 0.25 < F < 1.5: gemischte, überwiegend halbtägige Gezeitenform
  • 1.5 < F < 3.0: gemischte, überwiegend ganztägige Gezeitenform
  • F > 3.0: ganztägige Gezeitenform

Analyse vektorieller Größen:

FRQWF erlaubt auch die Analyse zweidimensionaler (tiefengemittelter) vektorieller Größen. Für jede Partialtide werden folgende Werte ermittelt:

  1. Amplituden der Partialtide komponentenweise
  2. ortsbezogene Phasen der Partialtide (bezogen auf 01.01.yyyy 00:00 UTC) komponentenweise

Eine Transformation zu den Parametern der Partialtidenellipse wird zur anschaulicheren Beschreibung der Charakteristik der Partialtide durchgeführt.

In den LaTeX-Tabellen und dem automatisch generierten PDF-Dokument (s. u.) werden folgende Größen abgelegt:

  1. Länge der großen Halbachse (= Maximaler Betrag des Vektors)
  2. Kleine Halbachse (Betrag = Minimaler Betrag des Vektors, Vorzeichen positiv = Vektor dreht gegen den Uhrzeigersinn)
  3. gemeinsame ortsbezogene Phase der Partialtide (bezogen auf 01.01.yyyy 00:00 UTC)
  4. Inklinationswinkel der großen Halbachse gegen die Nordrichtung. (positiv nach Osten).

Bei der Analyse von Modelldaten (BDF-Dateien) werden folgende Parameter ausgegeben:

  1. Vektor der großen Halbachse (= Maximaler Vektor)
  2. gemeinsame ortsbezogene Phase der Partialtide (bezogen auf 01.01.yyyy 00:00 UTC)
  3. Verhältnis der kleinen zur großen Halbachse.
  4. Phasenverschiebung der Größe gegenüber der ortsbezogenen Phase der entsprechenden Partialtide des Wasserstandes.

Eingabe-Dateien

  1. allgemeine Eingabedaten (Dateityp frqwf.dat)
  2. (optional) Liste .tidkenn.dat (Dateityp kennungen.dat)
  3. Zeitserien der Berechnungsergebnisse (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin). Die Größe Wasserstand muß in jedem Fall neben der zu analysierenden Größe bereitgestellt werden. Dies kann auch in einer separaten Datei des gleichen Typs geschehen. Gleiches gilt für die Größe zeitvariable Topografie, falls Daten über einer alternativen Topografie verwendet werden.
  4. oder Einzelzeitserien (Dateien des Typs boewrt.dat)
  5. oder Ergebnisse an Sonderpunkten (Dateien des Typs knoerg.bin)
  6. oder Liste von Dateien eines der Typen boewrt.dat,knoerg.bin (Dateityp dateiliste.dat)
  7. Gitternetz und/oder besondere Positionen (in Abhängigkeit von den zu analysierenden Berechnungsergebnissen):

Ausgabe-Dateien

  1. (falls nicht vorhanden) Liste .tidkenn.dat (Dateityp kennungen.dat)
  2. (bei Analyse von Flächendaten) Analyseergebnisse (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin)
  3. bei Einzelanalysen eine Datei mit Analyseergebnissen von Typ einer erweiterten Geopositionsdatei (geopos.dat)
  4. eine Datei mit einer Resultatstabelle einer einzelnen Station (type frqsingle.dat/tex)
  5. eine LaTeX-Datei "Partialtiden.???.tex', die ein Inhaltsverzeichnis und eine Referenz auf die Dateien des Typs frqsingle.dat/tex enthält
  6. eine Postscript-Datei "Partialtiden.???.ps", die ein Inhaltsverzeichnis und die Tabellen von Einzelstationen enthält
  7. eine PDF-Datei "Partialtiden.???.pdf"(Beispielsdatei Partialtiden.001.pdf), die ein Inhaltsverzeichnis und die Tabellen von Einzelstationen enthält
  8. allgemeine Eingabesteuerdaten für das Programm FRQCOMBI
  9. Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf und ggf. den Ergebnissen der Analyse von Einzelzeitreihen (Dateityp frqwf.sdr)
  10. (optional) Datei mit Testausgaben (Dateityp frqwf.trc)

Methode

Amplitude und Phase der ausgewählten Gezeitenfrequenzen werden mit Hilfe einer Least-Square-Approximation für die Dauer des Analysezeitraums (ggf. komponentenweise bei Vektorgrößen) ermittelt. Bei Vektorgrößen werden diese Parameter auf die Partialtidenellipse projeziert.

Folgende Regeln sollte (muß) der Anwender des Programmes FRQWF beherzigen:

  • der Analysezeitraum sollte einen möglichst großen Zeitraum umfassen;
  • der Analysezeitraum muß mindestens so groß wie die Periode der Partialtide mit der geringsten Frequenz sein, deren Amplitude und Phase ermittelt werden soll;
  • die Phasendifferenz zwischen den zu analysierenden Partialtiden muß in dem Analysezeitraum wenigstens eine volle Periode (360 Grad) betragen. Beispielsweise können die Signale der M2- und S2-Gezeit nur dann getrennt werden, wenn der Analysezeitraum wenigstens einen vollen Spring-Nipp-Zyklus einschließt.
  • Bei der Analyse von Dateien des Typs knoerg.bin führt eine fehlerhafte Angabe des Bezugsdatums zu falschen Phasen !

Die Gezeitenanalyse wird nur in den dauerhaft überfluteten Bereichen des Untersuchungsgebietes durchgeführt. Bei Einzelzeitreihen findet keine Prüfung statt, ob der Punkt trockenfällt.

Hinweise:

Die aktuelle Version nutzt LAPACK-Routinen mit einfacher Genauigkeit zur Lösung des linearen Gleichungssystems. Sind ein ganzer Satz von Einzelzeitreihen-Dateien zu analysieren so bietet das Programm die Möglichkeit, die Liste dieser Dateien (alle gleichen Typs!) einzulesen und in einem Durchgang zu analysieren. Die Dateiliste kann z.B. mit "ls -1 *.dat > dateiliste.dat" erzeugt werden. Dies gilt für Dateien des Typs boewrt.dat und knoerg.bin. Dazu gibt man in der Steuerdatei den Analysetyp BOEWRTLST bzw. KNOERGLST und den Dateinamen der Dateiliste an ! Bei der Analyse von Dateien des Typs knoerg.bin ist das korrekte Referenzdatum das des jeweiligen Modelllaufes. Wenn man sicher gehen will, dass der Zeitbezug stimmt, wandle man die Datei in das Format boewrt.dat mit Hilfe des Programmes EXKNO!

Stationen mit Zeitangaben, die auf andere Zeitzonen als MEZ bezogen sind, müssen im Stationsheader der Datei des Typs boewrt.dat die Zeitzonenangabe enthalten. Erlaubt sind unter anderem: MEZ, UTC, MESZ und +iH (-iH). i ist hier eine Integer-Zahl, die die Verschiebung der Zeitzone in Stunden gegenüber Greenwich angibt. Bei undefinierter Zeitzone wird implizit MEZ angenommen! Das Bearbeiten einzelner Stationen ist um mehrere Funktionen erweitert worden. Sie werden im optionalen Datenblock SINGLE in der Datei des Typs frqwf.dat gesetzt. Die Namen betroffener Ausgabedateien werden nun automatisch generiert. Die Zeitzone kann in dieser Datei ebenfalls angegeben werden. Eine PDF-Datei kann durch das Kopieren der entsprechenden Postscript-Datei in ein überwachtes Adobe Acrobat Distiller Verzeichnis erzeugt werden. FRQWF wartet auf das PDF eine gewisse Zeit. Wenn das PDF bis dahin nicht beendet ist, endet das Programm regulär und der User muß das PDF eigenhändig zurück ins Arbeitsverzeichnis verschieben.

LaTeX muß installiert sein, damit das UNIX-Script zum Postscript-Generieren erfolgreich läuft. Bei Systemen auf denen LaTeX nicht installiert ist, bleibt das UNIX-Script im Arbeitsverzeichnis und der User kann den Prozeß auf einer anderen Maschine starten.

Sollen die harmonischen Konstanten (erweiterte Geopositionsdatei geopos.dat ) zur Erzeugung einer astronomischen Tideganglinie weiterverwendet werden, reichen in der Regel die als Standard vorgegebenen Partialtiden nicht. Dazu ist die Datei .tidkenn.dat unbedingt vorher bereit zu stellen!

Bei der Verarbeitung von Dateien des Typs boewrt.dat empfiehlt sich, die Umgebungsvariable BAWCRS auf den gewünschten EPSG-Code zu setzen. Die Koordinaten der Eingangsdatei werden dann gegebenenfalls "on the fly" transformiert und in den Ergebnisdateien abgelegt.

Vorlauf-Programme

DIDARENAME, DIDASPLIT, EXKNO, FFT, MESKOR, TSCALC, ZEITR, ZEITRIO

Nachlauf-Programme

ABDF, DIDARENAME, DIDASPLIT, FRQTIE, GVIEW2D, HVIEW2D, LQ2PRO, XTRDATA, FRQ2ZEITR

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran95

zusätzliche Software

LAPACK, LaTeX, Adobe Acrobat Distiller

Originalversion

R. Fritzsch, G. Lang

Programmpflege

G. Seiß, P. Schade, G. Lang, S. Spohr

Dokumentation/Literatur

$PROGHOME/examples/Frqwf/
Dietrich G., Kalle K. , Krauss W., Siedler G. - Allgemeine Meereskunde, Kapitel 9 Gezeitenerscheinungen. Gebrüder Borntraeger Berlin, Stuttgart, 1975.
Foreman M.G.G. - Manual for Tidal Currents Analysis and Prediction Institute of Ocean Sciences, Patricia Bay Sidney, British Columbia, 1979-1996.


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