Океанские волны — это нечто большее , чем просто катящиеся и разбивающиеся волны. Большинство волн не являются однонаправленными; они не просто движутся по двумерной плоскости, как описано во многих современных моделях. Ученые, изучающие трехмерные свойства волн, заметили, что волны, движущиеся более чем в одном направлении одновременно, могут становиться в два раза круче, прежде чем разобьются, и даже достигать высоты, которая в четыре раза круче, чем считалось ранее. Эти волны даже продолжают становиться круче после разбивания, когда волны обычно имеют тенденцию рассеиваться. Результаты описаны в исследовании, опубликованном 18 сентября в журнале Nature.
Наше понимание того, как волны разбиваются, в первую очередь основывалось на моделях однонаправленных волн. Они катятся наружу, образуют гребень, а затем разбиваются. Однако океанские волны на самом деле могут распространяться во многих направлениях, и они редко вписываются в эту упрощенную двумерную модель.
«Хотим мы этого или нет, в реальном мире волны на воде чаще трехмерны, чем двумерны. В трехмерном пространстве существует больше способов, которыми волны могут разбиваться», — сказал в своем заявлении Фредерик Диас, соавтор исследования и математик из Университетского колледжа Дублина и ENS Paris-Saclay.
3D океанские волны имеют более сложные движения. Они образуются, когда волны приходят с разных направлений и выстреливают вертикально, а не только горизонтально, а затем достигают гребня. Самый экстремальный вид 3D-волн образуется, когда волновые системы «пересекаются». Эти «перекрестные моря» возникают, когда волновые системы встречаются друг с другом или когда ветры внезапно меняют направление, например, при урагане.
«Как только обычная волна разбивается, она образует белую шапку, и пути назад нет. Но когда волна с высоким направленным распространением разбивается, она может продолжать расти», — сказал в своем заявлении Тон ван ден Бремер, соавтор исследования и инженер из Технического университета Делфта в Нидерландах.
Исследование проводилось в исследовательском центре FloWave Ocean Energy в Эдинбургском университете. Крытый резервуар имитировал круговые многонаправленные волны и течения, которые затем измеряла команда, а их модели учитывали третье измерение.
Это исследование также основывается на исследовании 2018 года , в котором впервые использовался резервуар для воссоздания печально известной волны-призрака Драупнера. 1 января 1995 года лазер на газовой платформе Драупнера в Северном море, примерно в 100 милях от побережья Норвегии, измерил волну-убийцу высотой 83 фута . Она по-прежнему входит в число самых больших волн-призраков, когда-либо обнаруженных.
По словам команды, лучшее понимание 3D-волн может иметь последствия в нескольких областях. Это может улучшить прогнозирование погоды для судов, помочь в создании новых климатических моделей и информировать о проектировании морских сооружений . В настоящее время проектирование и характеристики безопасности морских сооружений основаны на стандартной 2D-модели волн. Эти результаты могут помочь компаниям пересмотреть свои сооружения, чтобы учесть более сложное и экстремальное поведение 3D-волн.
«Трехмерность волн часто упускается из виду при проектировании морских ветряных турбин и других морских сооружений в целом. Наши выводы показывают, что это может привести к недооценке экстремальных высот волн и потенциально менее надежным конструкциям», — заявил соавтор исследования и инженер-механик Оксфордского университета Марк Макаллистер.
Это также может помочь нам понять некоторые ключевые океанические процессы, влияющие на здоровье нашей планеты.