1995年1月1日，一股高達(dá)80英尺（約24米）的巨浪襲擊了北海的德勞普納（Draupner）石油平臺(tái)。巨浪的力量擊彎了鋼欄桿，并將重型設(shè)備掀翻在甲板上，但其最顯著的影響是它提供了證據(jù)。科學(xué)家們首次能夠在公海中精確測(cè)量并記錄下異常波（也叫流氓波、瘋狗浪），這并非異常現(xiàn)象，而是正常海洋動(dòng)力學(xué)的結(jié)果。新數(shù)據(jù)顯示，它們是可以預(yù)測(cè)的。

“這證實(shí)了幾個(gè)世紀(jì)以來航海家們的描述，”佐治亞理工學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院副教授弗朗西斯科·費(fèi)德勒（Francesco Fedele）說。“他們總是談?wù)撨@些突然出現(xiàn)、體型巨大的海浪——但很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，我們都認(rèn)為這只是一個(gè)神話?！?/p>

那次測(cè)量到的海浪讓異常波不再只是神話，而是進(jìn)入了科學(xué)領(lǐng)域，引發(fā)了數(shù)十年關(guān)于其起源的爭(zhēng)論。

弗朗西斯科·費(fèi)德勒（Francesco Fedele）長(zhǎng)期以來一直質(zhì)疑標(biāo)準(zhǔn)理論，他領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，探索這些巨浪的真正形成機(jī)制。他們的研究發(fā)表在《自然科學(xué)報(bào)告》上，凸顯了他們結(jié)論的重要性。該團(tuán)隊(duì)分析了北海18年間的27500條海浪記錄，創(chuàng)建了迄今為止該領(lǐng)域最全面的數(shù)據(jù)集。

“德勞普納波浪”與三輛校車水平疊放的大小對(duì)比。圖片來源：佐治亞理工學(xué)院

每條記錄都記錄了30分鐘的詳細(xì)信息，包括海浪高度、頻率和方向。研究結(jié)果顛覆了長(zhǎng)期以來的觀點(diǎn)，表明異常波的出現(xiàn)并不需要異常或“奇特”的機(jī)制——只需要與已知的海洋過程精確匹配即可。

費(fèi)德勒解釋說：“異常波遵循海洋的自然規(guī)律，并非例外。這是迄今為止最確鑿的真實(shí)證據(jù)。”

關(guān)于異常波形成的主流理論是一種被稱為調(diào)制不穩(wěn)定性（modular instability）的現(xiàn)象，即波與波之間時(shí)間和間隔的細(xì)微變化導(dǎo)致能量集中到單個(gè)波中。波型不再保持均勻分布，而是發(fā)生了變化，導(dǎo)致一個(gè)波突然變得比其他波大得多。

費(fèi)德勒指出，調(diào)制不穩(wěn)定性“主要適用于波浪被限制在通道內(nèi)的情況，例如在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，能量只能朝一個(gè)方向流動(dòng)。然而，在公海中，能量可以朝多個(gè)方向擴(kuò)散?！?/p>

當(dāng)費(fèi)德勒和他的同事檢查北海記錄時(shí)，他們沒有發(fā)現(xiàn)任何跡象表明調(diào)制不穩(wěn)定性在瘋狗浪中發(fā)揮了作用。相反，他們得出結(jié)論，最大的海浪是由兩個(gè)眾所周知的過程相互作用而產(chǎn)生的：

線性聚焦——當(dāng)以不同速度和方向移動(dòng)的波在同一時(shí)間和空間點(diǎn)相遇時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，它們結(jié)合在一起形成比正常情況高得多的波峰。

二階邊界非線性——一種改變波浪形狀的自然效應(yīng)，波峰變尖銳、升高，波谷變平坦。這種畸變可以使大浪的高度增加 15% 到 20%。

費(fèi)德勒指出，當(dāng)這兩種機(jī)制同時(shí)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極其強(qiáng)大的海浪。海洋運(yùn)動(dòng)固有的非線性特性又增加了一層放大作用，使海浪變得更大。

費(fèi)德勒強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)研究具有現(xiàn)實(shí)意義。瘋狗浪并非僅存在于理論中，而是真實(shí)存在的，威力巨大，對(duì)船舶和海上結(jié)構(gòu)構(gòu)成威脅。費(fèi)德勒表示，許多預(yù)測(cè)模型仍然將異常波視為不可預(yù)測(cè)的意外事件。“它們雖然極端，但可以解釋。更新這些模型意義重大，這對(duì)于船舶航行、沿海建筑和石油平臺(tái)的安全至關(guān)重要，它們的設(shè)計(jì)必須能夠承受這些極端事件?！?/p>

費(fèi)德勒的研究已經(jīng)影響了其他人對(duì)海洋風(fēng)險(xiǎn)的看法。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）和能源公司雪佛龍正在使用他的模型來預(yù)測(cè)異常巨浪最有可能襲擊的時(shí)間和地點(diǎn)。

他目前正在利用機(jī)器學(xué)習(xí)梳理數(shù)十年的海浪數(shù)據(jù)，訓(xùn)練算法來探測(cè)極端海浪來臨前的細(xì)微組合——高度、方向和時(shí)間，目標(biāo)是為預(yù)報(bào)員提供更精準(zhǔn)的工具，預(yù)測(cè)異常巨浪何時(shí)可能襲來。

這項(xiàng)研究的教訓(xùn)很簡(jiǎn)單：異常波并非規(guī)律的例外——而是規(guī)律的產(chǎn)物。大自然無需打破自身規(guī)律就能給我們帶來驚喜。它只需要時(shí)間，以及一個(gè)所有一切都錯(cuò)位的罕見時(shí)刻。

雖然海浪看似隨機(jī)，但像異常波這樣的極端巨浪卻遵循著一種自然可識(shí)別的模式。每個(gè)異常波都帶有一種“指紋”——波峰前后的結(jié)構(gòu)化波浪群，揭示了其形成過程。

“異常波可以被看成海上糟糕的一天，”費(fèi)德勒說?！八鼈兪菢O端事件，但它們也是海洋語言的一部分，這讓我們學(xué)會(huì)了如何傾聽?！?/p>

編譯自/scitechdaily