Modello sperimentale per l'analisi dell'interazione tra ghiaccio e moto ondoso

Global warming is altering the form of the poles of our planet. The sea ice breakup allows to achieve extreme latitudes, in order to find new commercial seaways and new oilfields. Therefore waves forecast models need to consider the effects of interaction between ice and wave field in order to ensure transport and environmental safety. In this thesis an experimental model of ocean wave attenuation due to interactions with an ice floe is developed. The experimental campaign was carried out at the Plymouth University laboratory, in the summer of 2013. In a directional wave basin of the lab, the evolution of mechanically-generated regular waves was monitored by several wave gauges in front and in the lee of a solitary square floe. To reproduce the ice floe two synthetic material plates with the same proprieties of ice were tested. Different plate thicknesses were considered. The primary objective of the experiments is to assess the effects that the floe induce on different regular wave fields. Many field data work as well as numerical scattering models were elaborated in literature. Unfortunately field measurements are normally limited to fairly mild wave conditions while existing numerical attenuation models are only linear. Besides numerical models and field data show different behaviours. The results of the present study indicate that the wave-ice interaction is far more complex than the models have assumed: overwash over the ice floe contributes significantly to the energy dissipation.

Il surriscaldamento globale sta modificando l’aspetto dei poli del nostro pianeta. Il graduale scioglimento dei ghiacci permette di accedere a latitudini sempre più estreme, consentendo l’accesso a nuove rotte commerciali e nuovi giacimenti di combustibili fossili. Per garantire la sicurezza del trasporto e dell’ambiente, modelli di previsione del moto ondoso devono includere l’effetto di interazione tra onda e ghiaccio. La ricerca sviluppata in questo lavoro di tesi descrive un modello sperimentale nel quale si studiano i processi di trasmissione e riflessione del moto ondoso derivanti dall’interazione con una singola lastra di ghiaccio. La campagna sperimentale è stata condotta presso il laboratorio dell’Università di Plymouth nell’estate 2013. In una vasca direzionale sono state generate onde regolari di diversa ampiezza e periodo; le misurazioni delle altezze d’onda sono state effettuate lungo tutta la vasca tramite diverse sonde capacitive. Per riprodurre in scala i blocchi di ghiaccio sono state utilizzate lastre sintetiche di forma quadrata di diverso spessore caratterizzate da proprietà meccaniche simili a quelle del ghiaccio reale. L’obiettivo degli esperimenti è quello di studiare gli effetti che la lastra di ghiaccio provoca sulle onde, al variare delle proprietà delle onde stesse. In letteratura esistono numerose osservazioni di campo e modelli matematici che trattano di quest’argomento. Le misurazioni in sito, però, sono limitate a condizioni di mare calmo, mentre i modelli numerici esistenti consentono una rappresentazione molto semplificata del fenomeno e spesso presentano comportamenti discordanti tra loro. I risultati degli esperimenti mostrano che l’interazione tra onda e ghiaccio è molto più complessa di quanto ipotizzato nei modelli esistenti. In particolare, dai risultati ottenuti durante la presente ricerca emerge che le onde che si propagano al di sopra della lastra (overwash) contribuiscono in modo significativo alla dissipazione dell’energia trasmessa.