研究发现，海浪在特定条件下可超出预期极限
BALI @ 2024.09.29 , 07:01 上午科学家研究发现，海浪在特定条件下可超出预期极限，三维波在破裂前可增大，影响海洋结构设计及气候模型。
科学家们发现，海浪可能比以前想象的更加极端和复杂。
今天发表在《自然》杂志的新研究显示，在特定条件下，当海浪来自不同方向相遇时，浪高可以达到之前认为不可能的四倍斜率。
人们常假设海浪是二维的，而对波破裂的理解也基于这一假设。然而，在海洋中，波可以朝多个方向传播，往往无法适应这一简化模型。
包括曼彻斯特大学的Samuel Draycott博士和牛津大学的Mark McAllister博士在内的研究团队的新见解表明，具有更复杂多向运动的三维波在破裂前可以比传统的二维波陡峭两倍，甚至在破裂后仍能继续变得更陡。
这些发现可能影响海上结构设计、天气预报和气候模型，同时也会改变我们对多个海洋过程的基本理解。
来自代尔夫特理工大学的Ton van den Bremer教授表示，这一现象是前所未有的：“一旦传统波破裂，就形成了白头浪，再也无法回头。但当一个高方向扩展的波破裂时，它可以继续增长。”
三维波是由于波以不同方向传播而形成的。这种现象的极端情况是波系统“交叉”，发生在波系统相遇或风向突然改变的情况下，例如飓风期间。波的方向越分散，最终形成的浪就越大。
曼彻斯特大学海洋工程高级讲师Samuel Draycott博士表示：“我们证明，在这些方向条件下，波的高度远远超过常假设的破裂上限。与单向(二维)波不同，多向波在破裂前可以增大两倍。”
都柏林大学学院和巴黎-萨克雷高等师范学校的Frederic Dias教授补充道：“不管我们愿意与否，现实世界中的水波更常是三维而非二维的。在三维中，波破裂的方式更多。”
当前海洋结构的设计和安全特性基于标准的二维波模型，而这些发现可能表明需要重新审视这些结构，以考虑三维波的更复杂和极端的行为。
来自牛津大学和Wood Thilsted Partners的Mark McAllister博士表示：“波的三维特性常常在海上风电涡轮机和其他海洋结构的设计中被忽视，我们的发现表明，这可能导致对极端浪高的低估，从而设计出不太可靠的结构。”
这些发现也可能影响我们对多个海洋过程的基本理解。
Draycott博士表示：“波破裂在海气交换中起着关键作用，包括二氧化碳的吸收，同时也影响海洋中颗粒物的运输，包括浮游植物和微塑料。”
该项目延续了2018年发表的研究，首次在爱丁堡大学的FloWave海洋能研究设施中重现并研究著名的德劳普纳怪波。现在，研究团队开发了一种新的三维波测量技术，以更仔细地研究破裂波。
FloWave波盆是一个圆形的多方向波和水流模拟水槽，独特适合于产生来自多个方向的波。
爱丁堡大学FloWave的首席实验官Thomas Davey博士表示：“在实验室规模上再现真实海洋状态的复杂性是FloWave的核心任务。这项工作通过利用波盆的多方向能力，提升到一个新水平，以隔离这些重要的波破裂行为。”
爱丁堡大学的Ross Calvert博士补充道：“这是我们首次能够在如此大范围内以如此高的空间分辨率测量波高，从而更详细地了解复杂的波破裂行为。”
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