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極端的3D海浪可以達到比以前想象的陡峭4倍的高度

法國


極端的3D海浪可以達到比以前想象的陡峭4倍的高度


法國毛穆松灣的一個波浪 。圖片：Fabien Duboc
據《大眾科學》（勞拉·貝薩斯著）：海浪不僅僅是翻滾和破碎 。大多數波浪不是單向的；它們不僅僅是在二維平面上移動，正如許多當前模型所描述的那樣 。研究波浪三維特性的科學家觀察到 ， 同時向多個方向移動的波浪在破裂前會變得陡峭兩倍，甚至達到比以前認為的陡峭四倍的高度 。這些波浪在破碎后甚至會繼續變陡，而波浪通常會消散 。9月18日發表在《自然》雜志上的一項研究描述了這一發現 。
跨海
我們對波浪如何破裂的理解主要是單向波浪的模型 。它們向外滾動 ， 形成一個頂峰，然后斷裂 。然而，海浪實際上可以向許多方向傳播，它們很少能適應這個簡化的二維模型 。
都柏林大學學院和ENS Paris Saclay的研究合著者兼數學家Frederic Dias在一份聲明中說：“無論我們是否愿意，水波在現實世界中往往是三維的，而不是二維的 ?！??！霸?D中，波浪可以通過更多的方式破碎 ?！?br>3D海浪的運動更為復雜 。當波浪都從不同的方向進入并垂直射擊而不是僅僅水平射擊然后達到頂峰時，它們就會形成 。最極端的3D波浪是在波浪系統“穿越”時產生的 。這些“跨?！卑l生在波浪系統相互相遇或風突然改變方向時，如颶風 。
荷蘭代爾夫特理工大學的研究合著者兼工程師Ton van den Bremer在一份聲明中說：“一旦傳統的波浪破裂，它就會形成一個白色的帽子，沒有回頭路 ?！??！暗斠粋€具有高方向性傳播的波浪破裂時，它可以繼續增長 。”

極端的3D海浪可以達到比以前想象的陡峭4倍的高度


三種不同的波浪破碎現象的圖示：I型翻轉“行波破碎”，II型垂直射流形成“駐波破碎”和III型“行波駐波破碎” 。在III型中，近垂直射流從快速移動的脊中發出，該脊是在交叉波峰相長干涉時形成的 。在實驗過程中捕獲了相應的圖像 。致謝：McAllister等人，2024年
進入水箱
這項研究是在愛丁堡大學的FloWave海洋能源研究設施進行的 。室內水箱模擬了圓形多向波浪和洋流，研究小組隨后進行了測量，他們的模型解釋了第三維 。
該研究的合著者、曼徹斯特大學海洋工程師薩姆·德雷科特在一份聲明中說：“我們表明，在這些定向條件下 ， 波浪在破裂前可能會遠遠超過通常假設的上限 ?！??！芭c單向（2D）波不同，多向波在破裂前可以變大一倍 。”

極端的3D海浪可以達到比以前想象的陡峭4倍的高度


位于愛丁堡的FloWave海洋能源研究設施 。該圓形盆地直徑為25米（82英尺），可用于從多個方向產生波浪 。鳴謝：愛丁堡大學 。
這項研究還建立在2018年的一項研究的基礎上，該研究首次使用該坦克重現了臭名昭著的Draupner怪胎波 。1995年1月1日，在距離挪威海岸約100英里的北海Draupner天然氣平臺上，一臺激光測量到83英尺高的巨浪 。它仍然是迄今為止探測到的最大的反常波之一 。
預測、建筑和二氧化碳
根據該團隊的說法，更好地理解3D波可能會在幾個領域產生影響 。它可以改善船舶的天氣預報，幫助建立新的氣候模型，并為海上結構設計提供信息 。目前，海洋結構物的設計和安全特征基于二維標準波浪模型 。這些發現可以幫助公司審查其結構，以解釋3D波更復雜和極端的行為 。
研究合著者、牛津大學機械工程師Mark McAllister在一份聲明中表示：“在海上風力渦輪機和其他海洋結構物的設計中，波浪的三維性經常被忽視 。我們的研究結果表明，這可能會導致對極端浪高的低估 ， 并可能導致設計不太可靠 ?！?。
它還可以幫助我們了解影響地球健康的一些關鍵海洋過程 。
Draycott說：“波浪破碎在海氣交換中起著關鍵作用，包括吸收二氧化碳，同時也影響海洋中浮游植物和微塑料等顆粒物的運輸 ?！?。