科学家揭开灾难性“反常波”背后的神秘面纱

流氓波
CC 2.0 流氓波序列显示60多英尺的海浪击中了从瓦尔迪兹向南驶去的油轮,阿拉斯加。(NOAA照片库/ Flickr)

科学家们现在说他们已经发现了流氓波,曾经被认为是海员的神话,不知从哪里冒出十层楼高。

在1861年,一个巨浪冲破玻璃,淹没了爱尔兰海岸的鹰岛灯塔塔。这座塔有85英尺高,坐落在130英尺高的悬崖上。在1942年,巨大的皇家海军“玛丽皇后号”船身被92英尺高的巨浪打得宽宽的,倾斜了大约52度,然后慢慢恢复正常。在2001年,“不来梅号”和“加里多尼亚号”遭遇98英尺高的巨浪,撞碎了两艘船的舰窗。

这些只是众多样本中的一小部分,许多船只都遇到过奇怪的(或流氓的)海浪——这些海浪似乎不知从哪里冒出来,是如此的灾难性,以至于一度被认为是海员们凭空想象出来的。根据科学日报,在过去20年里,超过200艘超大型油轮和长度超过650英尺的集装箱船沉没,“巨浪被认为是许多此类事件的主要原因。”

这些(可怕的,说实话)长期以来,海洋的异常现象一直困扰着科学界。许多理论都被推测过,包括海底,风的激励和一种叫做Benjamin-Feir的现象,在这种现象中“周期性波形的偏差被非线性强化”。

流氓波 海浪在岩石岛上空翻腾——海浪的高度估计为170英尺。二战期间在英国皇家空军拍摄的照片。(维基共享)/CC 2.0

但是现在,的研究人员佛罗里达州立大学已经锁定在海底,并得出结论,那里的突然变化会引起巨大的波浪。

“这些巨浪会对船只或基础设施造成巨大破坏,但人们并没有完全理解它们。佛罗里达州立大学数学助理教授,一项关于巨浪的新研究的作者。

先前对海底联系的研究主要集中在缓坡上;研究人员利用计算机模拟的方法研究了更具戏剧性的坡度。摩尔的研究是第一次观察海底突变对波浪统计的影响。

“你从实验室实验中得到的真实数据相对较少,在那里你可以小心地控制各种因素,”摩尔说。“通常你需要这些真实世界的数据来看看计算机模拟是否能给你合理的预测。”

泊德与佛罗里达州立大学地球物理流体动力学研究所所长凯文·斯皮尔合作,创造了一个底部可变的长腔体。用马达产生随机波,研究小组追踪了数千个波浪,看是否有任何模式出现,报道前苏联。他们的结论是:“海底地形的变化可以定性地改变随机表面波的分布。”

这并不奇怪,但研究人员对这一切背后的数学原理感到惊讶。(你可以读到伽马分布,钟形曲线,非高斯波场等等在这里)。

摩尔说:“令人惊讶的是,伽玛分布如此准确地描述了我们在实验中测量到的波。”“作为一个数学家,在我看来,这是在尖叫,有一些基本的东西需要理解。

这项研究激发了进一步研究流氓波背后数学原理的工作,并燃起了希望:这些看似不可预测的事件可能变得更加可知。

摩尔说:“我们必须首先通过发展新数学来从基础层面理解它们。”“下一步是用新的数学方法来预测这些极端事件将在何时何地发生。”

研究可以在《物理评论流体》杂志上看到,快速的沟通。

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科学家们现在说他们已经发现了流氓波,曾经被认为是海员的神话,不知从哪里冒出十层楼高。

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