Rogue vlny po celá desetiletí zaujali pozornost námořníků i vědců. To jsou Obří, izolované vlny které se objevují najednou oceán.
Tito záhadnou obři jsou krátký, obvykle trvají méně než minutu, než zmizí. Mohou dosáhnout výšek 65 stop (20 metrů) nebo větší a často více než dvojnásobek výšky okolních vln. Kdysi námořní mýtus, Rogue vlny byly nyní pozorovány po celém světě. Protože jsou tak vysoké a silné, mohou představovat nebezpečí pro lodě a pobřežní struktury.
Přehodnotit, jaké nepoctivé vlny jsou a co je způsobuje, Shromáždil jsem se Mezinárodní tým vědců. Naše studie, publikovaná v Nature Scientific Reports, vrhá světlo na Tito oceánské obři používají nejkomplexnější datový soubor svého druhu.
Analýzou 18 let vysokofrekvenčního měření laseru z ropné platformy Ekofisk v centrálním Severním moři jsme dosáhli překvapivého závěru, že nepoctivé vlny nejsou jen šílené výskyty. Vznikají podle přírodních mořských zákonů. Nejsou tajemní, ale poněkud jednoduché.
27 500 mořských států
Analyzovali jsme téměř 27 500 půlhodinových záznamů vln nebo námořních států shromážděných v letech 2003 a 2020 ve středním Severním moři. Tyto záznamy, pořízené každých 30 minut, popisují, jak byla zvýšená mořský povrch ve srovnání s průměrnou hladinou moře. Zahrnují hlavní bouře, jako je Andrea Wave Událost v roce 2007.
Za normálních podmínek vznikají vlny z větru foukajícího přes mořský povrch. Je to jako když foukáte šálek kávy a vytvoříte malé vlnky na povrch. Na moři, s dostatečným časem a prostorem, se tyto vlnky mohou proměnit ve velké vlny.
Zaměřili jsme se na pochopení toho, co způsobuje, že vlny najednou vyšly nepoctivé a stoupaly daleko nad jejich sousedními vlnami. Jedna navrhovaná teorie je založena na modulační nestabilitě, což je jev popsaný složitými matematickými modely. Já revidoval tyto modely v minulostiJak moje práce naznačuje, že tato teorie plně nevysvětluje, co způsobuje nepoctivé vlny v otevřeném oceánu.
Související: Čtyřpodlažní nepoctivá vlna, která se náhodně objevila v Tichém oceánu
Když jsou vlny zachyceny v úzkém kanálu, teorie modulační nestability dobře popisuje jejich vlnící pohyb. Však, začíná se rozpadat Když se podíváte na skutečný oceán. V otevřeném prostředí, jako je Severní moře, se vlny mohou šířit z více směrů.
Chcete -li porozumět rozdílu, představte si dav diváků opouštějících stadion po fotbalovém zápase. Pokud je výstup dlouhou, úzkou chodbou s vysokými stěnami, lidé jsou nuceni se pohybovat jedním směrem. Ti na zadní straně tlačí vpřed a někteří mohou dokonce stoupat přes ostatní a hromadí se mezi omezujícími stěnami. Tento katastrofický pileup by se podobal nepoctivé vlně způsobené jejich uvězněním.
Naproti tomu, pokud se odchod stadionu otevře na široké poli, mohou diváci volně rozptýlit ve všech směrech. Netlačí se na sebe a vyhýbají se pileupům.
Podobně mohou vědci generovat nepoctivé vlny ve omezeném kanálu v laboratoři, kde dodržují modulační nestabilitu. Ale bez uvěznění kanálu, nepoctivé vlny obvykle nebudou následovat ty fyziku nebo formovat stejným způsobem v otevřeném moři.
Náš tým věděl, že musíme přímo studovat otevřené moře, abychom zjistili, co se skutečně děje. Údaje o skutečném světě, které můj tým zkoumal ze Severního moře, se nerovná s modulační nestabilitou-vypráví jiný příběh.
Je to jen špatný den na moři
Analyzovali jsme záznamy o mořském stavu pomocí statistických technik k odhalení vzorů za těmito vzácnými událostmi. Naše zjištění ukazují, že místo modulační nestability pozorovaly extrémní vlny s větší pravděpodobností vytvořené procesem zvaným konstruktivní rušení.
Konstruktivní rušení Stane se, když se dvě nebo více vln zarovná a kombinují se do jedné velké vlny. Tento účinek je zesílen přirozeným asymetrie mořských vln – Jejich hřebeny jsou obvykle ostřejší a strmější než jejich lichotivější žlaby.
Rogue vlny se vytvářejí, když se zarovnává spousta menších vln a jejich strmější hřebeny se začnou hromadit a staví se do jediné masivní vlny, která krátce stoupá daleko nad jeho okolí. Vše, co je zapotřebí k mírové jízdě lodí, se změní na špatný den na moři, je okamžik, kdy se mnoho obyčejných vln sbližuje a stohuje.
Tyto nepoctivé vlny stoupají a padají za méně než minutu, po tom, co se nazývá kvazi-deterministický vzorec v prostoru a čase. Tento typ vzoru je rozpoznatelný a opakovatelný, ale s nápady náhodnosti. V idealizovaném oceánu by tato náhodnost téměř zmizela, což by umožnilo nepoctivým vlnám růst do téměř nekonečných výšek. Ale také by to trvalo věčnost, abychom byli svědky jedné z těchto vln, protože tolik by se muselo dokonale postavit. Stejně jako čekání na Fortunu, bohyně náhody, hodí bilion kostky a téměř všechny z nich přistávají na stejném počtu.
Ve skutečném oceánu příroda omezuje, jak velká vlna může růst díky Bločení vln. Jak vlna stoupá na výšku a energii, nemůže se držet jistě bod bez návratu. Špička vlny se rozlévá a rozbije se na pěnu nebo Whitecap, uvolňuje přebytečnou energii.
Kvazi-deterministický vzor za Rogue Waves
Rogue vlny nejsou omezeny na moře. Konstruktivní zásah se může stát mnoha typům vln. Obecná teorie zvaná Kvazi-determinismus vlnVyvinul Oceanographer Paolo BoccottiVysvětluje, jak se tvoří nepoctivé vlny, a to jak v oceánu, tak v jiných systémech vln.
Například, pro turbulentní vodu protékající omezeným kanálemRogue vlna se projevuje ve formě intenzivního, krátkodobého nárůstu vírů-vzorce spinningových víření ve vodě, která se na okamžik při pohybu po proudu zvětšuje.
Zatímco oceánské vlny se zdají nepředvídatelné, Boccottiho teorie ukazuje, že extrémní vlny nejsou zcela náhodné. Když se vytvoří opravdu velká vlna, vlny v moři kolem něj sledují rozpoznatelný vzorec vytvořený konstruktivním rušením.
Použili jsme Boccottiho teorii k identifikaci a charakterizaci těchto vzorců v měřených záznamech vln Severního moře.
Obří vlny pozorované v těchto záznamech nesou určitý druh podpisu nebo otisku prstu ve formě a vlnová skupinaCož může odhalit, jak ožila nepoctivá vlna. Pomyslete na skupinu vln jako malý balíček vln, které se pohybují společně. Vstávají, vrcholu a pak zmizí konstruktivním rušením. Sledování těchto vlnových skupin umožňuje vědcům pochopit větší obrázek nepoctivé události, jak se odehrává.
Jako jeden příklad, silná bouře zasáhla Severní moře 24. listopadu 2023. Kamera na platformě Ekofisk zachytila masivní 55 stop (17 metrů) nepoctivé vlny. Použil jsem teorii kvazi-determinismu a Máte model Prozkoumat původ této extrémní vlny. Moje analýza odhalila, že Rogue událost následovala tyto teorie-kvazi-determinismus a konstruktivní zásah-a pocházela z několika menších vln opakovaně stohování dohromady.
Uznání toho, jak se forma nepoctivých vln může inženýrům a designérům pomoci stavět bezpečnější lodě a na moři – a lépe předpovídat rizika.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
