Characterising turbulent ship wakes from an environmental impact perspective
Doktorsavhandling, 2023
The aim of this thesis is to advance the understanding of turbulent wake development from an environmental impact perspective. The intensity and spatiotemporal extent of the turbulent wake, and its impact, have been investigated through a combination of in situ and ex situ observations, and Computational Fluid Dynamic (CFD) modelling of ships in full-scale. The unique dataset of several hundred in situ turbulent wake observations, showed large variation in spatiotemporal extent and intensity. Wake depths can reach down to 30 m, and the turbulent intensities in the near wake are 1–3 orders of magnitude higher than generally observed in the upper ocean surface layer. In addition, during stratified conditions ship-induced turbulence entrain water from below the pycnocline, with implications for local nutrient input and primary production in the ocean surface layer. In addition, ship-passages were observed to frequently trigger large methane emissions in an estuarine shipping lane.
The results highlight the importance of addressing ship-induced turbulence in marine environmental management. Intensively trafficked coastal areas should be considered anthropogenically impacted, even unnatural, with respect to turbulence. The interdisciplinary approach applied in this thesis, is a first step towards a holistic assessment of the environmental impact of the turbulent wake.
stratification
ship wake
turbulence
methane emission
shipping
energy pollution
environmental impact
Författare
Amanda Nylund
Chalmers, Mekanik och maritima vetenskaper, Maritima studier
In situ observations of turbulent ship wakes and their spatiotemporal extent
Ocean Science,;Vol. 17(2021)p. 1285-1302
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Deep learning for deep waters: An expert-in-the-loop machine learning framework for marine sciences
Journal of Marine Science and Engineering,;Vol. 9(2021)p. 1-18
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Syftet med denna avhandling är att öka förståelsen för den turbulenta vakens utveckling utifrån ett miljöpåverkansperspektiv. Vakens intensitet, samt utveckling i tid och rum, har studerats genom en kombination av in situ och ex situ observationen, och beräkningsströmningsdynamik (CFD) modellering av fartyg i verklig skala. Det unika datasetet av hundratals in situ observationer av den turbulenta vaken, visade stor variation av utbredning i tid och rum, samt intensitet. Vakar kan nå ner till 30 m djup och den turbulenta intensiteten i vakområdet närmast fartyget är 1–3 storleksordningar större än vad som vanligtvis uppmäts i den övre delen av vattenmassan. Under skiktade förhållanden så orsakar den turbulenta vaken uppblandning av djupare vatten vid språngskiktet, vilket lokalt kan påverka ytvattnets närsaltstillförsel och primärproduktion. Utöver detta, så har fartyg observerats att frekvent inducera stora utsläpp av metan i en kustnära farled.
Resultaten presenterade i denna avhandling, belyser vikten av att inkludera fartygsinducerad turbulens i marin miljöförvaltning. Kustnära områden med intensiv fartygstrafik bör anses vara utsatta för mänsklig påverkan, och onaturliga med avseende på turbulens. Det interdisciplinära arbetssätt som används, är ett första steg mot en holistisk bedömning av miljöpåverkan från den turbulenta fartygsvaken.
Effekter av sjöfartsinducerad omblandning i farleder
Chalmers, 2017-11-06 -- 2022-05-08.
Evaluation, control and Mitigation of the EnviRonmental impacts of shippinG Emissions (EMERGE)
Europeiska kommissionen (EU) (EC/H2020/874990), 2020-02-01 -- 2024-01-31.
Miljövänligare sjöfart
Havs- och vattenmyndigheten, 2020-04-01 -- 2020-12-31.
Förstudie: Deep Learning for Deep Water
Chalmers, 2019-10-01 -- 2019-12-31.
Styrkeområden
Transport
Ämneskategorier
Annan geovetenskap och miljövetenskap
Strömningsmekanik och akustik
Oceanografi, hydrologi, vattenresurser
Fundament
Grundläggande vetenskaper
ISBN
978-91-7905-898-2
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5364
Utgivare
Chalmers
Beta, Sagahuset, Hörselgången 4, Lindholmen, Göteborg
Opponent: Professor Corinna Schrum, Helmholtz-Zentrum Hereon, Geesthacht, Germany