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Wellenentstehung und Swellbildung

Dieser Text wurde uns vom Nutzer Combesgate aus unserem Forum Bodyboarder.de bereit gestellt.

Damit sich ein ausgereifter Seegang auf offener See entwickeln kann, müssen mehrere Faktoren ineinander greifen:

1)Windstärke
2)Winddauer
3)fetch (Einwirklänge des Windes)

Um einen ausgereiften Seegang entsprechend einer bestimmten Windstärke entstehen zu lassen, muss folgendes geschehen:

Je größer die Windstärke ist, desto länger muss die Einwirklänge sein, über die der Wind wehen muss. Zudem muss die Windstärke länger - mit gleicher Richtung - anhalten.

Die größten Wellen sind in sturmreichen Gegenden zu erwarten, wo ein entsprechender windfetch gegeben ist (wo keine Hindernisse für den Wind bestehen). Regionen mit den größten zu erwartenden Wellen sind der Nordatlantik und der Südpazifik, da diese Gebiete in den sturmreichen Westwindgürteln der Erde liegen.

Spektrum der Ozeanwellen

Bevor sich ein Swell ausbildet, wirkt zunächst einmal der Wind auf die Wasseroberfläche ein. Zuvor durchlebt der Ozean noch andere Stadien, die vor der Ausbildung eines Swells stehen: Am Anfang bilden sich durch Wind (ca. 2 Knoten) 1) Kapillarwellen (capillary waves) aus, die verfallen, sobald der Wind aufhört. Wird der Wind stärker und hält eine
Weile an, bilden sich gravity waves aus. Zuerst bilden sich 2) ripples (Wellenrippel). Sie werden größer, wenn der Wind anhält. Dabei werden die Rippel unebener und welliger und bieten somit mehr Angriffsfläche für den Wind. Daraus bildet sich der 3) chop, der eine Periode von 1-4 Sekunden hat. Ab einer Periode von 5 Sekunden verändert sich der Wellencharakter in einen Zustand, den man als 5) sea bezeichnet. Dieser Prozess nimmt seinen Lauf, indem die Wellen an Höhe gewinnen und der Wind immer effizienter seine Energie auf das Wasser übertragen kann. Die Zunahme an Wellenhöhe ist jedoch nicht unendlich. Die Steilheit einer Welle drückt sich im Verhältnis von Höhe zu Wellenlänge aus, die 1:7 beträgt: D.h. eine 7 Fuß lange Welle kann somit nicht größer als 1 Fuß sein.

Die Reibung von 2 unterschiedlich dichten Medien (Wind an Wasseroberfläche) schafft an der Grenzschicht eine wellenförmige Ausgleichsströmung, die bald sinusförmig verläuft. Die Wasserteilchen bewegen sich deshalb in
kreisförmigen Bahnen, den Orbitalbahnen.

Der Durchmesser dieser Bahnen nimmt zur Tiefe mit zunehmender Reibung ab. Somit erlischt nach unten hin die Wellenbewegung. Schon bei einer Wassertiefe von ½ * Wellenlänge wird die Wellenbewegung unmerklich.

Wenn der Wind abflaut bleiben winderzeugte Wellen bestehen. Zudem können sich Wellen als Bewegungsimpulse aus Windgebieten entfernen, wobei sie sich nur allmählich in Folge der Reibung abschwächen und als Dünung noch
weit entfernt vom Sturmzentrum auftreten.

Nachdem ein Swell entstanden ist, beginnt er sich in den Ozean auszubreiten. Je weiter er sich vom Ursprung wegbewegt, desto mehr breitet er sich aus. Die zurückgelegte Distanz ist dabei proportional zur Ausbreitung. Die doppelte Ausbreitungsdistanz vermindert die Wellenhöhe um 1/3. Dies ist wichtig zu wissen, da man somit Vorhersagen mit Vorsicht genießen muss, die eine Dünung vorhersagen, die von einem weit entfernten Gebiet stammen (bis zu mehreren 1000 km). Daraufhin beginnt der Swell sich zu ordnen - man spricht dabei von radial dispersion. Die Geschwindigkeit
von Wellen wird über die Wellenlänge definiert: Längere Wellenlänge bedingt schnellere Wellen.

Während der Bildung eines Swells haben sich unterschiedliche Wellenlängen ausgebildet, die eine ungeordnete See verursacht haben. Bei der Ausbreitung des Swells werden die kürzeren und langsameren Wellenlängen von den schnelleren und längeren überholt. Letztere sind dabei die sauberen Dünungslinien, die - sofern von einem weit entfernten Tief stammend - eine saubere und koordinierte Wellendünung erzeugen. Die Wellen brechen dabei mit mehr Geschwindigkeit und Power.

Auf ihrem Weg über den Ozean erfahren die Wellen noch eine Ablenkung durch die sogenannte Corioliskraft. Auf der Nordhabkugel lässt sie die Dünung nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links ablenken.


Aufbauen der Swell - Dünung und das Einlenken des Swells

Der „Shoaling“-Effekt & die Refraktion

Wenn Wellen sich der Küste nähern und dabei in Kontakt mit dem Boden kommen, dann beginnen sie sich dabei zu verlangsamen. Sie verlieren bei diesem Vorgang jedoch nur einen kleinen Teil ihrer Energie durch Reibung. Die
überschüssige Energie trägt dazu bei, die Wellenhöhe zu erhöhen. Dieser Punkt wird erreicht, wenn der Swell auf eine Wassertiefe trifft, die der Hälfte der Wellenlänge entspricht.

Wassertiefe = ½ * Wellenlänge

Je flacher das Wasser wird, desto langsamer bewegen sich die Wellen fort und desto enger rücken die Wellen aneinander (Kürzung der Wellenlänge) und werden höher. Dabei wird natürlich auch die Periode - Zeitraum die 2 Wellen benötigen um einen fixierten Punkt zu durchlaufen - gekürzt, da sie während des Swells konstant bleiben muss. Folgende Gleichung muss
nach wie vor erfüllt sein:

Geschwindigkeit = Wellenlänge/Periode

Diesen Prozess des sich Verlangsamens und Auftürmen nennt man shoaling und er ist umso größer je steiler die Schelfregion ist auf die der Swell auftrifft.

Wellenrefraktion

Trifft ein Teil des Swells nun auf Untergrund während ein sich daneben befindlicher Teil noch im tiefen Wasser bewegt, dann kommt es zur Einlenkung der Wellen, was man als refraction bezeichnet. Abhängig von der Richtung des Swells werden die Wellen nach 2 Arten eingelenkt:

Concave Refraction

Man spricht von concave refraction, wenn der Swell gerade auf ein Hindernis (z.B. ein Riff) trifft und sich daneben noch tiefes Wasser befindet. An der Stelle wo das Riff sich befindet wird der Swell verlangsamt, während er im tiefen Wasser daneben seine Geschwindigkeit beibehält. Dieser sich schneller bewegende Teil des Swells beginnt dann zum Riff hin einzulenken, wobei dabei die charakteristische konkave Form entsteht. Die Energie konzentriert sich dabei in Richtung Peak.

Das Ergebnis: Die Welle wird größer und steiler, oftmals jedoch kürzer und einiges kleiner bei der Inside. Teahupoo auf Tahiti ist ein schönes Beispiel dafür, wie sich eine konkav eingelenkte Welle darstellt..

Convex Refraction

Auch hier hängt die Einlenkung von der Swell Richtung ab. Wird etwa die Spitze eines Punktes durch den Swell getroffen, dann wird dieser Punkt des Swells verlangsamt und beginnt zu brechen, während der andere und größere Teil des Swells seinen Weg beibehält. Der brechende Teil versucht schließlich den schneller laufenden Teil des Swells einzuholen,
was sich in einer weit zerstreuten Form der Welle ähnlich eines Fächers wiederspiegelt.

Bei dieser Art der Einlenkung wird die Energie der Welle über einen weiten Teil verstreut, wodurch Kraft und Größe reduziert werden, die Länge der Welle aber erhöht wird. Die Wellen können, je weiter die Welle „die Linie lang läuft“, größer werden. Diesen Typus der „Einlenkung“ findet man bei vielen Pointbreaks.

Das Brechen von Wellen

Die Wellen beginnen zu brechen, wenn der untere Teil so verlangsamt wird, dass der obere sich über diesen überschlägt. Ist die Wassertiefe gleich dem Faktor 1.3 mal der Wellenhöhe, dann wird die kritische Wassertiefe erreicht und die Welle beginnt zu brechen.

Wassertiefe = 1.3 * Wellenlänge

Es existieren jedoch Faktoren, die diese Gleichung beeinflussen: Wind, Swell-Typ und Neigung des Untergrundes.

Bei einem Offshore-Wind etwa brechen die Wellen im flachen Wasser, da der Wind den Brechungszeitraum verlangsamt. Bei einem Onshore-Wind dagegen brechen die Wellen bevor die „kritische Wassertiefe“ erreicht wird, da der Wind die Wellen frühzeitig zum Brechen zwingt.

Unterschiedliche Swell-Typen brechen in unterschiedlichen Wassertiefen. Groundswells brechen eher in flacherem Wasser, wogegen ein unruhiger Windswell mit kurzer Wellenlänge eher in tieferem Wasser bricht.

Die Neigung des Untergrundes wirkt sich folgendermaßen aus: Ein moderater Anstieg des Strandes, verursacht z.B. ein verfrühtes Brechen der Wellen während bei einem steilen Anstieg des Bodens die Wellen über die kritische Wassertiefe hinaus schießen.

Interessant wird es, wenn man nun all die genannten Faktoren kombiniert und als ein Wirkungsgefüge sieht: Kleine Onshore-Wellen durch einen Windswell werden auf einem flachen Strand somit in tiefen Wasser brechen. Die Wellen eines großen Groundswells bei Offshore-Bedingungen, welche auf ein steil ansteigendes Riff laufen, brechen dagegen in sehr flachem
Wasser. Wenn man also weiß mit was für einem Swell man es zu tun, wie der Wind weht und man über die Topographie des Untergrundes ein wenig bescheid weiß, dann kann man sich vorstellen wo in etwa die Wellen brechen.

Bei der Wellenrefraktion war der Fokus auf Riffe und Points ausgerichtet. Diese sind Teil von so genannten „sea floor features“ die im Allgemeinen auch unter Bathymetry zusammengefasst werden. Weitere für den Surfer wichtige Faktoren im Rahmen der „sea floor features“ sind Strände und Flussmündungen.

Bei Beachbreaks ist eine bestimmte Sandbankform von Nöten, um gute Wellen zu erzeugen. Ein flacher und gestaltloser Sandboden führt nahezu immer zu close-out Bedingungen. Die Idealform einer Sandbank entspricht in etwa einer dreieckigen Form an dessen Kanten sich leicht tieferes Wasser befindet. Die Form ergibt sich während die Wellen auf einer Sandbank
brechen und Wasser Richtung Strand drücken. Dabei wird Sand aufgenommen und transportiert. Verliert das Wasser an Schwung und sucht einen Weg zurück ins Meer, dann beginnt es zur Seite gedrückt zu werden. Dabei entstehen Strömungen, welche Bestandteil des Wasser-Sand Transportzyklus sind. Die Strömungen waschen zudem den Boden so aus, dass ein Channel entsteht, den man benutzen kann, um zum Line-Up zu gelangen. Des Weiteren wird mehr Sand durch die Strömung im Channel nach Draußen zum Peak befördert, wodurch sich wiederum mehr Swell auf die Sandbank „orientieren“ kann. Bei Wellen, die in Flussmündungen brechen, verhält sich das Prinzip in gleicher Weise. Die Wellen an Flussmündungen laufen jedoch am besten bei „sea floor features“, die gut ausgebildet sind.

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