De voornaamste kracht welke de vorming van golven op een wateroppervlak veroorzaakt is de wind. Onderhevig aan een windveld is het golfpatroon zeer complex.
Eens de golven het opwekkende windveld verlaten hebben zijn ze enkel nog onderhevig aan de zwaartekracht en vertonen een meer regelmatig karakter, welke echter niet theoretisch kan beschreven worden.

De eenvoudigste theoretische voorstelling van een golf, die in de werkelijkheid echter niet voorkomt, is de sinusoidale of enkelvoudige golf.

Deze voorstelling laat toe de voornaamste karakteristieken van een golf te beschrijven:

• H: de golfhoogte. Dit is de vertikale afstand tussen het hoogste en laagste niveau van het wateroppervlak.
• L : de golflengte. De horizontale afstand tussen twee overeenkomstige punten op het wateroppervlak. (vb tussen twee maxima)
• T : de periode. Dit is de tijd tussen het passeren langsheen een vast punt van twee overeenkomstige punten op het wateroppervlak. (vb tussen twee maxima). De inverse van de golfperiode is de golffrequentie f = 1/T : dit is het aantal keer per seconde dat het golffront een vast punt passeert.
• Het golfpatroon (dit is de vorm van het wateroppervlak) beweegt met een snelheid C = L / T.
• De waterdeeltjes zelf volgen een orbitaalbeweging (puntje op de rode cirkel). In deze vereenvoudigde voorstelling is dit een gesloten cirkel.

Bij het naderen van de kust ondervindt de golf ook invloed van de waterdiepte d .
De kleine amplitude of lineaire golftheorie , welke gebasserd is op de sinusoidale golf, brengt ook de waterdiepte in rekening. Daarbij is de relatie tussen golflengte, golfperiode en waterdiepte :

De oplossing van deze formule biedt wat moeilijkheden daar L aan beide kanten van de vergelijking voorkomt. De berekening kan echter via een iteratief programma gebeuren:

Periode T= sec

Diepte d= m

Bereken

Meer complexe golftheorien (de hogere orde golftheorien) trachten een betere benadering te geven van de fysisch golfpatroon en verklaren bepaalde fenomenen zoals transport van de watermassa (waarbij de orbitaalbeweging van de waterdeeltjes niet gesloten is en het water zich dus globaal verplaatst in de richting van de golf). Hierbij wordt verwezen naar gespecialiseerde literatuur.

Bij het bestuderen van het golfklimaat aan de hand van metingen van de golfhoogte wordt gebruik gemaakt van bovenstaande golfkarakteristieken. Het complexe golfklimaat kan gedacht worden als samengesteld uit een groot aantal enkelvoudige golven elk met hun eigen hoogte, periode, lengte en richting.

Aldus wordt de karakteristieke gemiddelde golf van het golfklimaat beschreven door de gemiddelde waarden van de gemeten golfhoogte en golfperiode.
Voor ontwerpdoeleinden wordt als referentiehoogte de signifikante golfhoogte genomen. Deze parameter wordt op 2 manieren gedefinieerd :

• als het gemiddelde van de 33% hoogste golven (H33)
• berekend uit het golfspectrum (HM0)

De verdeling van de verschillende enkelvoudige golven in het complexe golfklimaat wordt nagegaan door berekening van het golfenergiedichtheidsspectrum (door middel van de Fast Fourier Transformatietechniek). Dit spectrum geeft voor iedere golffrequentie de energiedichtheid.

In het Hydro Meteo systeem wordt het analoog signaal komende van de Waverider golfmeetboeien tweemaal per seconde bemonsterd. Dit geeft een aantal metingen h_i .

Deze metingen worden om het kwartuur als volgt verwerkt :

• Bepaling van het gemiddeld referentievlak of stilwaterlijn, geldig voor de meetcyclus, door uitmiddeling van de n monsters :
• Bepaling van het aantal golven N door optelling van het aantal opwaartse nul-doorgangen t.o.v. het gemiddeld referentievlak.
• Bepaling van de gemiddelde golfperiode GTZ (meetcyclus = 15'):
• Berekening van alle individuele golfhoogten H_j (j=1,..,N) door het verschil te nemen tussen het maximum en minimum tussen twee opwaartse nul-doorgangen.
• Bepaling van de gemiddelde golfhoogte HMM:
• Berekening van de signifikante golfhoogte H33 bepaald door het gemiddelde van de 33% hoogste golven H_k van de meetcyclus :

Door middel van Fast Fourier Transformatie wordt het golfenergiedichtheidsspectrum S(f) berekend.
Daaruit worden onder andere volgende parameters afgeleid :

• Het spectrummoment van de nul-de orde m₀ of de oppervlakte onder het spectrum :
  met n=0
• De gemiddelde golfhoogte HMM berekend uit het spectrum :
• De signifikante golfhoogte HM0 berekend uit het spectrum :
• TPE : De golfperiode waarbij de meeste energie is geconcentreerd:
• E10: De laagfrequente golfenergie : dit is de energie in het spectrum gelegen tussen 0.031Hz en 0.109Hz

De directionele golfmeetboei geeft als output tevens volgende richtingparameters :

• RHF : De richting van hoogfrequente (tussen 0.2 en 0.5 Hz) golven
• RLF : De richting van laagfrequente (< 0.1 Hz) golven
• REM : De richting van golven met een frequentie die overeenkomt met het maximum in het energiespectrum