Ny matematisk model hjælper med at forklare Rogue Waves

Det åbne hav kan være et uforudsigeligt sted, selv for den salteste gamle havhund. Selv når du ikke behøver at kæmpe med pirater eller en stor hvid hval, der er altid mulighed for, at dit håndværk kan være bredt af en useriøs bølge.

I stand til at synke et skib eller oversvømme et olierig, disse sjældne, men kraftfulde bølger kan nå op til 25 meter høje, og dukker tilsyneladende ud af ingenting fra det åbne hav. Selvom forskere nogle gange kalder dem "ekstreme stormbølger, "de er ikke skabt af vejret, men ved undervandsseismisk aktivitet, der ligner det, der forårsager en tsunamibølge. Forskellen mellem en tsunami og en useriøs bølge er, at mens en tsunami rejser store afstande gennem det åbne hav i en højde af kun cirka en meter, vokser til et kystnærværende monster, når det når land, en useriøs bølge dukker op af havet uden varsel-en stejlsidet, dybtgående vandmur, der varer så få som 20 sekunder, før den synker tilbage i havet.

De kan være ekstremt ødelæggende, og indtil nu, forskere har ikke været i stand til at komme med en god formel til at forudsige, hvor eller hvornår de vil ramme. Men nu, efter et årti med intensiv undersøgelse, et forskergruppe har foreslået en relativt simpel matematisk ligning for at hjælpe os med at forstå, hvordan useriøse bølger fungerer. Deres arbejde fremgår af den aktuelle udgave af tidsskriftet Scientific Reports.

Selvom forskere har været i stand til at oprette en version af en useriøs bølge i et laboratorium, der er omtrent dobbelt så høj som en normal havbølge ved at anvende et fænomen kaldet "modulativ ustabilitet" til vand i en tank, det er umuligt at simulere de nøjagtige forstyrrende bølgemønstre, der rejser og interagerer over enorme afstande i havet for at skabe en sand rogue bølgedynamik.

"Du skal tage højde for havets ulinearitet, hvilket manifesterer sig i den manglende symmetri mellem toppene og trugene, "sagde Francesco Fedele, en professor ved Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering, i en pressemeddelelse. "Disse ikke -lineære effekter kan give en forbedring på 15 til 20 procent i bølgehøjde."

Baseret på data indsamlet fra tre useriøse bølger målt på olieplatforme i Nordsøen i løbet af et årti, forskergruppen modellerede interfererende bølgemønstre i havet, der kunne have kombineret disse tre useriøse bølger. Efter meget matematisk futzing, teamet skabte modeller, der præcist forudsagde målingerne af bølgerne.

Ved hjælp af disse oplysninger, de var i stand til at beskrive den komplekse konvergens mellem forskellige bølgemønstre, der kommer sammen fra forskellige retninger i havet, der i sidste ende er ansvarlige for at skabe en useriøs bølge. Det interessante er, at mekanikken i useriøse bølger synes at følge mønstre demonstreret af lysbølger frem for vandbølger.

"Det er fascinerende resultater, "siger forsker John Dudley fra Institut FEMTO-ST CNRS-Université de Franche-Comté, i pressemeddelelsen. "Mange af os har brugt år på at studere virkningerne af ikke -linearitet i bølgeforstærkning, men det er vigtigt som videnskabsmand at holde et åbent sind. Det er ikke os, der skal fortælle naturen, hvordan man arbejder - vi skal følge, hvor det fører os, selvom det betyder at ændre vores ideer. "

De modeller, der blev skabt af undersøgelsen, kunne producere data, der ville hjælpe shipping- og olierigsselskaber med at finde sikre ruter eller pumpesteder, måske give dem en times varsel om de effekter, der producerer useriøse bølger, giver dem mulighed for at undgå problemområder. Men naturen er sjældent 100 procent forudsigelig, og den sjældne kombination af faktorer, der går ind i at skabe en useriøs bølge, er ret tilfældig.

"Det er bare en dårlig dag ved havet, ”siger Fedele.

Tjek denne video af en LEGO -pirat, der har en så dårlig dag i en useriøs bølgesimulering:

Gordon Lightfoot's smashit fra 1976 "The Wreck of the Edmund Fitzgerald" handler om et fragtskib med stor sandsynlighed sunket af en useriøs bølge på Lake Superior i 1975; Lightfoot skrev sangen efter at have læst en artikel om vraget i Newsweek.