การพัฒนาทุ่นลอยและการประยุกต์ใช้แบบจำลองเชิงตัวเลข เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุลอยน้ำในทะเล
Development of Drifters and Its Application on Floating Object Study Using the Numerical Model
Keywords:
ROMS, ทุ่นลอย , กระแสน้ำชายฝั่ง , แบบจำลองเชิงตัวเลข, Drifter , Coastal current , Numerical ModeAbstract
ปัญหาการแพร่กระจายของสารมลพิษ ขยะทะเล หรือแม้แต่ปัญหาอุบัติภัยทางทะเลนับเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการศึกษาหรือคาดการณ์การเคลื่อนที่ของสิ่งต่างๆ เหล่านี้จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ในการศึกษาครั้งนี้ จึงมีการพัฒนาทุ่นลอยเพื่อใช้ในการสำรวจภาคสนามในพื้นที่ชายฝั่งจังหวัดระยองและจังหวัดกระบี่ และการประยุกต์ใช้แบบจำลองอุทกพลศาสตร์ 3 มิติ (Regional Ocean Model System : ROMS) เพื่อจจำลองการเคลื่อนที่ของทุ่นลอยและติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของทุ่นลอยตามกระแสน้ำ ผลการศึกษาพบว่าทุ่นลอยที่ทำการพัฒนาสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและใช้งานได้ในพื้นที่ที่มีสัณฐานชายฝั่งที่แตกต่างกัน และมีแรงที่กระทำต่อทุ่นลอยที่ความแตกต่างกัน โดยพื้นที่ชายฝั่งระยองทุ่นเคลื่อนที่ตามกระแสน้ำที่ได้รับอิทธิพลของลมเป็นหลัก ในขณะที่บริเวณเกาะลันตาฝั่งตะวันออกกระแสน้ำ ได้รับอิทธิพลจากน้ำขึ้นน้ำลงอย่างชัดเจน เมื่อนำข้อมูลภาคสนามที่ได้มาพิจารณาร่วมกับแบบจำลองพบว่า แบบจำลอง สามารถคาดการณ์การเคลื่อนที่ของทุ่นลอยไปในทิศทางเดียวกับข้อมูลจากภาคสนามแต่ยังคงมีความคลาดเคลื่อนอยู่ในระยะรัศมีไม่เกิน 3 กิโลเมตร ทั้งนี้ควรพัฒนาต่อยอดตัวแบบจำลองโดยพิจารณาอิทธิพลของคลื่นและการนำข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยา จากการตรวจ วัดในพื้นที่ศึกษามาประยุกต์ใช้มากขึ้น เพื่อที่จะสามารถนำแบบจำลองนี้ไปใช้งานได้จริงในเชิงปฏิบัติการทางทะเลต่อไป The marine environmental problems, such as spreading of marine pollutants, marine debris, and even marine incident cases are lately continuously increased. Therefore, the study/prediction of floating objects in the sea is becoming an important factor to role in management. This study focuses on the development of drifter for tracking floating objects in the coastal area of Thailand (Rayong and Krabi Province). Three-dimensional hydrodynamic model, ROMS, was also applied to compare modeled track with drifter’s track. The results showed that the developed drifters were functionally and efficiently worked even in different kinds of coastal morphology and forcing (i.e., in Rayong area, drifters were driven by wind, while Lanta Island area, drifters were mainly forced by tides). The comparison between drifter’s track and modeled track shows errors approximately 3 kilometers in radial distance. However, the modeled track could be improved by considering the effects of waves and by including the local observed atmospheric data to make the modeled track more realistic. Hence, itcould be used in a sea management plan and rescue operation in the future.References
Bleck, R., & Benjamin, S. (1993). Regional Weather Prediction with a Model Combining Terrain-following and Isentropic Coordinates. Part I: Model Description. Monthly Weather Review - MON WEATHER REV, 121.
Bleck, R., & Boudra, D. (1981). Initial Testing of a Numerical Ocean Circulation Model Using a Hybrid (QuasiIsopycnic) Vertical Coordinate. Journal of Physical Oceanography - J PHYS OCEANOGR, 11, 755-770.
Bouzaiene, M.; Menna, M.; Elhmaidi, D.; Dilmahamod, A.F.; Poulain, P.-M. Spreading of Lagrangian Particles in the Black Sea: A Comparison between Drifters and a High-Resolution Ocean Model. Remote Sens. (2021), 13, 2603.
Carniel, S., Warner, J. C., Chiggiato, J., & Sclavo, M. (2009). Investigating the impact of surface wave breaking on modeling the trajectories of drifters in the northern Adriatic Sea during a wind-storm event. Ocean Modelling, 30(2), 225-239.
Chanthasiri, N. (2014). Numerical Modeling of coral Larval Dispersal in Sattahip Coastal Area, Chon Buri Province. (Thesis for Master of Science, Department of Marine Science, Faculty of Science, Chulalongkorn University. (in Thai)
Chen, W., Chen, K., Kuang, C., Zhu, D. Z., He, L., Mao, X., Liang, H., and Song, H. (2016). Influence of sea level rise on saline water intrusion in the Yangtze River Estuary, China. Applied Ocean Research, 54, 12-25.
Dagestad, K.-F., & Röhrs, J. (2019). Prediction of ocean surface trajectories using satellite derived vs. modeled ocean currents. Remote Sensing of Environment, 223, 130-142.
Davis, R. E. (1985). Drifter observations of coastal surface currents during CODE: The method and descriptive view. Journal of Geophysical Research: Oceans, 90(C3), 4741-4755.
Elodie Duyck, Marieke Femke De Jong. (2021). Circulation Over the South-East Greenland Shelf and Potential for Liquid Freshwater Export: A Drifter Study. Geophysical Research Letters. Volume 48, Issue 5.
Egbert, G., Bennett, A. F., & Foreman, M. (1994). TOPEX/POSEIDON tides estimated using a global inverse model. J Geophys Res, 99, 821-852.
Egbert, G., & Erofeeva, S. (2002). Efficient Inverse Modeling of Barotropic Ocean Tides. J. Atmos. Ocean. Tech., 19, 183-204. doi:10.1175/1520-0426(2002)0192.0.CO;2
Fairall, C. W., Bradley, E. F., Hare, J. E., Grachev, A. A., & Edson, J. B. (2003). Bulk Parameterization of Air–Sea Fluxes: Updates and Verification for the COARE Algorithm. Journal of Climate, 16(4), 571-591. doi:10.1175/1520-0442(2003)0162.0.CO;2
Graham, J. A., O'Dea, E., Holt, J., Polton, J., Hewitt, H. T., Furner, R., Guihou, K., Brereton, A., Arnold, A., Wakelin, S., Castillo Sanchez, J. M., & Mayorga Adame, C. G. (2018). AMM15: A new high-resolution NEMO configuration for operational simulation of the European north- west shelf. Geoscientific Model Development,11(2),681–696.https://doi.org/10.5194/gmd-11-681-2018
Guihou, K., Polton, J., Harle, J., Wakelin, S., O'Dea, E., & Holt, J. (2018). Kilometric scale modeling of the North West European shelf seas: Exploring the spatial and temporal variability of internal tides: Modeling of the Atlantic European shelf. Journal of Geophysical Research: Oceans, 123, 688–707. https://doi.org/10.1002/2017JC012960
G. Novelli, C.M. Guigand, C. Cousin, E.H. Ryan, N.J.M. Laxague, H. Dai, B.K. Haus, T.M. Özgökmen. A biodegradable surface drifter for ocean sampling on a massive scaleJ. Atmos. Ocean. Technol., 34 (2017), pp. 2509-2532
Haza, A.C., Özgökmen, T.M., Griffa, A. et al. Transport properties in small-scale coastal flows: relative dispersion from VHF radar measurements in the Gulf of La Spezia. Ocean Dynamics, 60, 861–882 (2010). https://doi.org/10.1007/s10236-010-0301-7
Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Horányi, A., Muñoz Sabater, J., Thépaut, J. N. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. doi:10.1002/qj.3803
Isobe, A., Kako, S. i., Chang, P.-H., & Matsuno, T. (2009). Two-Way Particle-Tracking Model for Specifying Sources of Drifting Objects: Application to the East China Sea Shelf. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 26(8), 1672-1682. doi:10.1175/2009JTECHO643.1
Lamsawat, P., Phaksopa, J., & Sojisuporn, P. (2020). Tracking of Floating Objects in the Area of Chao Phraya River Mouth by Using Numerical Model. Burapha Science Journal,25(3), 953-967. (in Thai)
Lee, K., Kim, T.-G., & Cho. (2020). Influence of Tidal Current, Wind, and Wave in Hebei Spirit Oil Spill Modeling. Journal of Marine Science and Engineering, 8, 69. doi:10.3390/jmse8020069
Marta-Almeida, M., Ruiz-Villarreal, M., Pereira, J., Otero, P., Cirano, M., Zhang, X., & Hetland, R. (2013). Efficient tools for marine operational forecast and oil spill tracking. Marine pollution bulletin, 71. doi:10.1016/j.marpolbul.2013.03.022
Meyerjürgens, J., Ricker, M., Schakau, V., Badewien, T. H., & Stanev, E. V. (2020). Relative dispersion of surface drifters in the North Sea: The effect of tides on mesoscale diffusivity. Journal of Geophysical Research: Oceans,125,e2019JC015925.https://doi.org/10.1029/2019 JC015925
Morey, S., Wienders, N., Dukhovskoy, D., & Bourassa, M. (2018). Measurement Characteristics of Near-Surface Currents from Ultra-Thin Drifters, Drogued Drifters, and HF Radar. Remote Sensing, 10, 1633. doi:10.3390/rs10101633
Shchepetkin, A. F., & McWilliams, J. C. (2005). The regional oceanic modeling system (ROMS): a split-explicit, free-surface, topography-following-coordinate oceanic model. Ocean Modelling, 9(4), 347-404. doi:https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2004.08.002
Srinivasan, R. (2014). Design of GPRS based Drifter for Measurement of Surface Current Velocity in Coastal Waters.
Subbaraya, S., Breitenmoser, A., Molchanov, A., Muller, J., Oberg, C., Caron, D., & Sukhatme, G. (2016). Circling the Seas: Design of Lagrangian Drifters for Ocean Monitoring. IEEE Robotics & Automation Magazine, 23, 1-1. doi:10.1109/MRA.2016.2535154
Umlauf, L., & Burchard, H. (2003). A generic length-scale equation for geophysical turbulence models. Journal of Marine Research, 61, 235-265. doi:10.1357/002224003322005087
Weatherall, P., Marks, K. M., Jakobsson, M., Schmitt, T., Tani, S., Arndt, J. E.,. Wigley, R. (2015). A new digital bathymetric model of the world's oceans. Earth and Space Science, 2(8), 331-345. doi:https://doi.org/10.1002/2015EA000107
