”Rogue Waves” kan vara 65 fot höga, men de är inte ”freak händelser”, data från Nordsjön avslöjar
Skurkvågor har fängslade uppmärksamheten från både sjöfolk och forskare i årtionden. Dessa är jätte, isolerade vågor som visas plötsligt i det fria hav.
Dessa förbryllande jättar är korta, vanligtvis varar mindre än en minut innan de försvinner. De kan nå höjder på 65 fot (20 meter) eller större och ofta mer än två gånger höjden på omgivande vågor. En gång en nautisk myt, Rogue Waves har nu observerats runt om i världen. Eftersom de är så höga och kraftfulla kan de utgöra en fara för fartyg och offshore -strukturer.
För att tänka om vad skurkvågor är och vad som orsakar dem, Jag samlade ett internationellt team av forskare. Vår studie, publicerad i Nature Scientific Reports, belyser ljuset Dessa oceaniska jättar använder det mest omfattande datasättet i sitt slag.
Genom att analysera 18 år med högfrekventa lasermätningar från Ekofisk Oil-plattformen i centrala Nordsjön, nådde vi den överraskande slutsatsen att skurkvågor inte bara är freak händelser. De uppstår enligt havets naturlagar. De är inte mystiska, men något enkla.
27 500 SEA -stater
Vi analyserade nästan 27 500 halvtimmars vågrekord, eller SEA-tillstånd, samlade mellan 2003 och 2020 i centrala Nordsjön. Dessa poster, tagna var 30: e minut, beskriver hur förhöjd havsytan jämfördes med den genomsnittliga havsnivån. De inkluderar stora stormar, till exempel Andrea Wave evenemanget 2007.
Under normala förhållanden uppstår vågor från vind som blåser över havsytan. Det är som när du blåser över din kopp kaffe och bildar små krusningar på ytan. Till sjöss, med tillräckligt med tid och rum, kan dessa krusningar förvandlas till stora vågor.
Vi fokuserade på att förstå vad som får vågor att plötsligt bli skurk och stiga långt över deras närliggande vågor. En föreslagen teori är baserad på moduleringsinstabilitet, ett fenomen som beskrivs av komplexa matematiska modeller. Jag Reviderade dessa modeller tidigaresom mitt arbete antyder att denna teori inte helt förklarar vad som orsakar skurkvågor i det öppna havet.
Släkt: 4-våningar Rogue Wave som slumpmässigt dök upp i Stilla havet är den ”mest extrema” som någonsin upptäckts
När vågor fångas i en smal kanal beskriver moduleringsinstabilitetsteorin deras krusande rörelse väl. Dock, det börjar falla isär När du tittar på det verkliga havet. I öppna miljöer som Nordsjön är vågor fria att föröka sig från flera riktningar.
För att förstå skillnaden, föreställ dig en mängd åskådare som lämnar en stadion efter en fotbollsmatch. Om utgången är en lång, smal hall med höga väggar tvingas människor röra sig i en enda riktning. De på baksidan skjuter framåt, och vissa kan till och med klättra över andra och staplas upp mellan de begränsande väggarna. Denna katastrofala pileup skulle likna en skurkvåg, orsakad av deras inneslutning.
Däremot, om stadionens utgång öppnas på ett brett fält, kan åskådare spridas fritt i alla riktningar. De pressar inte på varandra, och de undviker pileups.
På liknande sätt kan forskare generera skurkvågor i en begränsad kanal i labbet, där de följer moduleringsinstabilitet. Men utan inneslutning av en kanal följer skurkvågor vanligtvis inte den fysiken eller bildar på samma sätt i det öppna havet.
Vårt team visste att vi var tvungna att studera det öppna havet direkt för att ta reda på vad som verkligen pågick. De verkliga uppgifterna som mitt team undersökte från Nordsjön stämmer inte med moduleringsinstabilitet-det berättar en annan historia.
Det är bara en dålig dag till sjöss
Vi analyserade Sea State -poster med hjälp av statistiska tekniker för att avslöja mönster bakom dessa sällsynta händelser. Våra resultat visar att de extrema vågorna i stället för moduleringsinstabilitet observerade mer sannolikt genom en process som kallas konstruktiv störning.
Konstruktiv inblandning Händer när två eller flera vågor ställer upp och kombineras till en stor våg. Denna effekt förstärks av det naturliga Asymmetri av havsvågor – Deras vapen är vanligtvis skarpare och brantare än deras plattare tråg.
Rogue Waves bildas när massor av mindre vågor ställer upp och deras brantare vapen börjar stapla och byggas upp i en enda, massiv våg som kort stiger långt över omgivningen. Allt som krävs för en lugn båttur för att förvandlas till en dålig dag till sjöss är ett ögonblick då många vanliga vågor konvergerar och stack.
Dessa skurkvågor stiger och faller på mindre än en minut, efter det som kallas ett kvasi-deterministiskt mönster i rum och tid. Denna typ av mönster är igenkännbar och repeterbar, men med inslag av slumpmässighet. I ett idealiserat hav skulle den slumpmässigheten nästan försvinna, vilket gör att skurkvågor kan växa till nästan oändliga höjder. Men det skulle också ta en evighet att bevittna en av dessa vågor, eftersom så många skulle behöva ställa sig perfekt. Som att vänta på Fortuna, chansen för chansen, att rulla en biljon tärningar och har nästan alla landar på samma antal.
I det verkliga havet begränsar naturen hur stor en skurkvåg kan växa tack vare vågbrytning. När vågen stiger i höjd och energi kan den inte hålla sig bortom en viss Point of No Return. Spetsen på vågen slår över och bryter i skum eller Whitecap och släpper överskottsenergin.
Det kvasi-deterministiska mönstret bakom skurkvågor
Rogue Waves är inte begränsade till havet. Konstruktiv störning kan hända med många typer av vågor. En allmän teori som kallas Vågernas kvasi-determinismutvecklad av oceanograf Paolo Boccottiförklarar hur skurkvågor bildas, både i havet och i andra vågsystem.
Till exempel, För turbulent vatten som flyter genom en trångt kanalen skurkvåg manifesterar sig i form av en intensiv, kortlivad spik i virvlar-mönster av snurrande virvlar i vattnet som tillfälligt blir större när de rör sig nedströms.
Medan havsvågor verkar oförutsägbara, visar Boccottis teori att extrema vågor inte är helt slumpmässiga. När en riktigt stor våg bildas följer vågorna i havet runt det ett igenkännligt mönster som bildas genom konstruktiv störning.
Vi använde Boccottis teori för att identifiera och karakterisera dessa mönster i de uppmätta North Sea Wave Records.
Se på
De gigantiska vågorna som observerats i dessa poster har en slags signatur eller fingeravtryck, i form av en våggruppsom kan avslöja hur den skurkiga vågen kom till liv. Tänk på en våggrupp som ett litet paket med vågor som rör sig tillsammans. De stiger, toppar och bleknar sedan bort genom konstruktiv störning. Genom att spåra dessa våggrupper kan forskare förstå den större bilden av en skurkhändelse när den utvecklas.
Som ett exempel träffade en kraftfull storm Nordsjön den 24 november 2023. En kamera på Ekofisk -plattformen fångade en massiv 55 fot (17 meter) Rogue Wave. Jag använde teorin om kvasi-determinism och en AI -modell För att undersöka ursprunget till denna extrema våg. Min analys avslöjade att den skurkiga händelsen följde dessa teorier-kvasi-determinism och konstruktiv störning-och kom från flera mindre vågor upprepade gånger staplade tillsammans.
Att erkänna hur skurkvågor kan hjälpa ingenjörer och designers att bygga säkrare fartyg och offshore -plattformar – och bättre förutsäga risker.
Denna redigerade artikel publiceras från Konversationen under en Creative Commons -licens. Läs ursprunglig artikel.
