Ny model beskriver bølgeadfærd i stræder, forudsiger dræbende bølger

En Skoltech-forsker har udviklet en teoretisk model for bølgedannelse i stræder og kanaler, der redegør for ikke-lineære effekter i nærvær af en kystlinje. Denne forskning kan forbedre forudsigelse af bølger, gør maritime rejser sikrere og beskytter kystlinjeinfrastrukturen. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Ocean Dynamics .

At forudsige overfladevejr på havet har altid været en udfordrende opgave med meget høje indsatser; for eksempel, over 4, 000 mennesker døde på grund af hård sø under Operation Overlord i Normandiet i juni 1944, et allieret angreb, hvor dårlige prognoser ændrede operationens forløb ganske betydeligt. Brugte aktuelle bølgeprognosemodeller, for eksempel, af NOAA i USA, er uperfekte, men de har mange indstillelige parametre for at sikre en rimelig god forudsigelse.

Imidlertid, som Andrei Pushkarev, seniorforsker ved Skoltech and Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences bemærker i sit papir, kystlinjer komplicerer situationen:han skriver, at "Bølgeprognoser i Den Engelske Kanal i dag er stadig næsten lige så hårde, som det var i 1944." Hans forskning tyder på, at bølgeadfærden i kanaler eller stræder vil adskille sig ganske væsentligt fra den i åbent hav.

"Kystlinjer skaber inhomogenitet - en gradient af bølgeenergifordelingen mellem dens nulværdi ved grænsen og ikke-nulværdi offshore. Denne gradient lancerer bølgeadvektion, og dets gensidige samspil med ikke-lineær bølgeinteraktion skaber ejendommelige effekter ved at generere bølger ortogonale i forhold til vinden, " siger Pushkarev.

De specifikke betingelser for kanalerne giver mulighed for en præcis løsning af Hasselmann-ligningen, der beskriver bølgeadfærd, den ene nuværende modeller tilnærmelsesvis, fordi det stadig er umuligt at løse med moderne computere. Pushkarevs teoretiske modellering af bølgedannelse i et engelsk kanallignende stræde viste, at udviklingen af ​​turbulens ikke matchede forudsigelser fra konventionelle modeller, da turbulensstrukturen var signifikant anderledes på grund af ikke-lineære interaktioner og bølgeadvektion. Da det fænomen, forskere observerede, har nogle ligheder med laserstråling, de kalder det den ikke-lineære Ocean Wave Amplifier, eller NUWA.

"Strædets kyster spiller rollen som de semi-reflekterende spejle for genererede bølger, hvilket gør situationen lig med konventionelle lasere, med de ikke-lineære bølgemedier, der spiller rollen som aktiv resonator, i en vis forstand ligner de konventionelle lasere. Effekten af ​​den stråling, der exciteres ortogonalt i forhold til vinden, vokser betydeligt med væksten af ​​refleksionskoefficienten for strædegrænserne. I en vis forstand, vi har at gøre med en slags ikke-lineær laser, " bemærker Pushkarev.

"Denne model, udnytte den nøjagtige version af Hasselmann-ligningen, viser, at eksisterende operationelle bølgevejrprognosemodeller savner den beskrevne effekt, betragter det snarere som en numerisk artefakt, " tilføjer han.

Forskeren siger, at denne laserlignende effekt af bølgegenerering ortogonalt i forhold til vinden kan observeres ikke kun i stræder, men også i det åbne hav med specifikke inhomogene vinde, hvor rumlige vindvendepunkter skaber forhold svarende til dem, der observeres i nærvær af kyster.

Den nye forskning lover at forklare arten af ​​seiches, ejendommelige stående bølger i halvt lukkede vandområder, der udgør et stort problem for skibe i havne. Men det tyder også på, at en korrekt beskrivelse af turbulens i nærvær af kystlinjer vil give mulighed for slyngelbølger, tilsyneladende uforudsigelige overfladebølger, der er ekstremt farlige selv for store fartøjer.