Quelltext der Seite Erzeugung von Randwerten

[[en: Generation of Boundary Conditions]]
Neben der [[Erzeugung und Bearbeitung von Gitternetzen]] stellt die Bereitstellung von geeigneten Randwerten einen der wesentlichen Arbeitsschritte bei der Vorbereitung von Simulationsrechnungen mit [[Modellverfahren für den Küstenbereich und Ästuare|Mathematischen Verfahren]] dar. In Ergänzung zu den für den Startzeitpunkt der Simulationsrechnung benötigten Anfangsbedingungen müssen in der Regel für die gesamte Dauer der Modellrechnung auf allen Rändern des Simulationsgebietes meist zeit- und ortsabhängige Randwerte vorgeschrieben werden. Hierzu zählen die Rauhigkeit der Gewässersohle, der Wind über dem Modellgebiet (siehe hierzu auch Wind über Ästuaren), der Wasserstand auf dem seeseitigen Rand (z.B. in der Nordsee), das Oberwasser, u.v.m.

Diese Seite gibt einen aktuellen Überblick der im Hause der BAW-AK im Zusammenhang mit dem Erstellen und Bearbeiten von unterschiedlichen Randwerten eingesetzten (Preprocessing-) Software. Es werden folgende Themenbereiche behandelt: 
==Literatur zu methodischen Ansätzen==
 - Seiß, G.: [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/Randwertegenerierung_Jade_Weser_Elbe.pdf Erzeugung naturähnlicher Randwerte für den seeseitigen Rand von Ästuarmodellen an der Nordsee]. Technisches Dokument, 2014.
==Graphische Darstellungen komplexer Arbeitsvorgänge==
===Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen===
[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/rndwerte_utrrnd.pdf Graphische Darstellung] des Arbeitsablaufes beim Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/rndwerte_utrrnd-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.
===Aufbereiten meteorologischer Randwerte===
[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/wind-de.pdf Graphische Darstellung] des Arbeitsablaufes beim Erzeugen und Kontrollieren der meteorologischen Randwerte, die in der Regel für das gesamte Modellgebiet vorliegen müssen. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/wind-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.
===Aufbereiten von Bodenkennzahlen===
In Vorbereitung.
===Randwerte für DELFT3D und UNTRIM===
[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/rndwerte_utrrnd.pdf Graphische Darstellung] des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für die mathematischen Verfahren [[Mathematisches Verfahren DELFT3D|DELFT3D]] und [[Mathematisches Verfahren UNTRIM|UNTRIM]]. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/rndwerte_utrrnd-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.
===Randwerte für TELEMAC-2D===
[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/tm2rnd-de.pdf Graphische Darstellung] des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für die mathematischen Verfahren [[Mathematisches Verfahren TELEMAC-2D|TELEMAC-2D]]  und Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/tm2rnd-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.
===Randwerte für TRIM-2D===
[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/tr2rnd-de.pdf Graphische Darstellung] des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für das [[mathematische Verfahren]] [[Mathematisches Verfahren TRIM-2D|TRIM-2D]]. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/tr2rnd-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.
===Randwerte für TRIM-3D===
Derzeit erfolgt das Erzeugen der Randwerte für das mathematische Verfahren [[Mathematisches Verfahren TRIM-3D|TRIM-3D]] in gleicher Weise wie bei [[TRIM-2D]]. Aktuell können nur tiefenunabhängige Randwerte vorgegeben werden.
==Verfahrensunabhängige Preprocessoren==
===Bearbeiten und Darstellen digitalisierter Zeitserien===
* [http://www.goldensoftware.com/products/didger/didger.shtml DIDGER]: Das von Golden Software entwickelte Tool DIDGER ermöglicht das Digitalisieren und Plausibilisieren zuvor gescannter Zeitserien am PC. Die Weiterverarbeitung der DIDGER-Ausgaben erfolgt in [[Mathematica]]. Ansprechpartner in der BAW-DH ist [mailto:marko.kastens@baw.de M. Kastens].
* [[MESKOR]]: Anbringen von Korrekturen (Addition oder Subtraktion einer Konstante bzw. Eliminieren eines linearen Trends) an den digitalisierten Daten.
* [[GVIEW2D]]: Darstellen der korrigierten digitalisierten Zeitserien über den gesamten Digitalisierungszeitraum. Durch Überlagerung der für verschiedene Orte gültigen Kurven können Inkonsistenzen (z.B. Zeitversatz oder fehlerhafter Mittelwert) zwischen verschiedenen Datensätzen einfacher als bei Betrachtung einzelner Kurven aufgedeckt werden.
===Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen===
* [[UTRRND]]: Extrahieren von Randwertzeitreihen aus den Ergebnissen vorab durchgeführter Simulationsrechnungen die als Zeitserien entweder für ein ganzes Simulationsgebiet, für verschiedene Profile oder an einzelnen Positionen vorliegen müssen. Des weiteren kann das Programm auch dazu verwendet werden, aus an einzelnen Positionen gemessenen Daten Randwertzeitreihen zu erzeugen. Der Arbeitsablauf ist unter Randwerte für [[UNTRIM]] (siehe oben) dargestellt.
===Zusammenführen verschiedener Randwertzeitreihen===
* [[FRQ2ZEITR]]: Vorausberechnung von Wasserständen mittels der harmonischen Frequenzen und Korrekturen aus den Tafeln der astronomischen Argumente und Korrekturen des [http://www.bsh.de/de/index.jsp Bundesamtes für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH)] und den ortsabhängigen Amplituden und Phasen.
* [[TSCALC]]: Dieses Programm ist dazu geeignet, verschiedene mathematische Operationen mit Zeitseriendaten durchzuführen. Zwei Zeitserien können durch Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division miteinander verknüpft werden.
* [[UTRRND]]: Mit diesem Programm ist es möglich, verschiedene Zeitserien (derzeit nur Wasserstand) für die spätere Verwendung in mathematischen Verfahren vorzubereiten (siehe auch oben unter Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen). Neben der direkten Erzeugung von Randwertzeitreihen für das mathematische Verfahren UNTRIM kann es, für die anderen mathematischen Verfahren, auch vor den verfahrensspezifischen Randwerte-Preprocessoren eingesetzt werden. 
===Aufbereiten meteorologischer Randwerte===
* [[BSH2BAW]]: Mit diesem Programm können meteorologische Daten, die der BAW-AK vom [http://www.bsh.de/de/index.jsp Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH)] zur Verfügung gestellt wurden, für die weitere Vervendung mit dem Programm [[FD2MET]] in das Format [[MKWSWAWRT.DAT|mkwswawrt.dat]] konvertiert werden.
* [[FD2MET]]: Zeit- und ortsvariable Felder der meteorologischen Größen können sowohl aus für einzelne Positionen vorliegenden meteorologischen Daten (Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftdruck) als auch aus den vom [http://www.dwd.de/ Deutschen Wetterdienst] (Geschäftsfeld Seeschiffahrt) der BAW-AK zur Verfügung gestellten numerisch berechneten Daten zur späteren Verwendung in numerischen Modellen aufbereitet werden.
* [[METDIDA]]: Die von dem Programm [[FD2MET]] aufbereiteten Daten lassen sich mit Hilfe des Programmes [[METDIDA]] so umformen, daß sie mit dem Visualisierungsprogramm [[HVIEW2D]] dargestellt und kontrolliert werden können (siehe hierzu auch Supercompting News Heft 1/1998).
===Aufbereiten von Bodenkennzahlen===
* [[MKRDAT]]: Mit diesem Programm können ortsvariable Bodenkennzahlen auf ein Modellgitter abgebildet werden. Einer Bodenkennzahl werden üblicherweise eine oder mehrere physikalische Größen zugeordnet, mit deren Hilfe die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes näher beschrieben werden können (z.B. Sohlrauheit, Leitfähigkeit, etc.).
* Initialwertdatei für physikalische Datensätze [[IPDS.DAT|ipds.dat]]: Die in einer Datei des Type ipds.dat vorgehaltenen Anfangswerte der Bodenkennzahlen können sowohl von [[Mathematisches Verfahren DELFT3D|DELFT3D]] als auch von [[Mathematisches Verfahren SEDIMORPH|SEDIMORPH]] importiert werden. Das letztgenannte morphodynamische Modell wird in der BAW mit den Verfahren [[TELEMAC-2D]] und UNTRIM gekoppelt.
: Mit dem Visualisierungstool [[DAVIT|Davit]] lässt sich der Dateiinhalt explorieren.
==Verfahrensabhängige Preprocessoren==
===Erzeugen der Randwerte für DELFT3D===
* [[UTRRND]]: Das Programm [[UTRRND]] dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in das [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/scn-bdf.V02.pdf BDF Datenformat],
* [[OpenMI]]: Das Lesen dieser Randwerte erfolgt [[OpenMI in der BAW|OpenMI-konform]]. Der [[GEIWrapper]] führt den eigentlichen Lesevorgang aus. Der weitere Import in [[Mathematisches Verfahren DELFT3D|Delft3D]] findet in der OpenMI-Umgebung zur Laufzeit statt.
===Erzeugen der Randwerte für TELEMAC-2D===
* [[TICTRI]]: In einem ersten Schritt werden das Gitternetz sowie die Codierung der Art der Randbedingungen in das TRIGRID-Format umgesetzt. Dieses Format ist Voraussetzung für die Nutzung spezieller Preprocessoren.
* [[TM2RND]]: Das Programm [[TM2RND]] dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertdaten in ein spezielles Datenformat, welches den Simulationsprogramm [[TELEMAC-2D]] einen raschen Zugriff auf orts- und zeitvariable Randwerte ermöglicht.
===Erzeugen der Randwerte für TRIM-2D===
* [[FDGITTER05]]: Neben der Darstellung des Finite Differenzen Gitters und der Topographie können unter anderem auch Randgitterzellen neu definiert und/oder abgewandelt werden. Am Ende eines Programmlaufes ist die (optionale) Ausgabe der Randgitterzellen in die Datei des Typs [[RGZ.DAT|rgz.dat]] möglich. Auf letztere kann in den nachfolgenden Arbeitsschritten wieder zurückgegriffen werden.
* [[TR2RND]]: Das Programm [[TR2RND]] dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in ein spezielles Datenformat, auf das von [[TRIM-2D]] während der Modellsimulation rasch zugegriffen werden kann.
===Erzeugen der Randwerte für TRIM-3D===
Derzeit erfolgt die Aufbereitung der Randwerte für [[Mathematisches Verfahren TRIM-3D|TRIM-3D]] in gleicher Weise wie für TRIM-2D.
===Erzeugen der Randwerte für UNTRIM===
[[UTRRND]]: Das Programm UTRRND dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in das [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/scn-bdf.V02.pdf BDF Datenformat], welches von dem Programm [[UNTRIM]] während der Modellsimulation problemlos und rasch gelesen werden kann.
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[[Strukturübersicht]]