Создана новая модель для описания волн в проливах и прогнозирования волн-убийц — Naked Science
Сколтех

Создана новая модель для описания волн в проливах и прогнозирования волн-убийц

5.1

Исследователь Сколтеха разработал теоретическую модель формирования волн в проливах и каналах с учетом нелинейности в присутствии береговой линии. Результаты исследования могут быть использованы для повышения точности прогнозов морских волнений, обеспечения безопасности морских путешествий и защиты объектов инфраструктуры на прибрежных территориях.

Создана новая модель для описания волн в проливах и прогнозирования волн-убийц / ©Getty images

Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Ocean Dynamics. Прогнозирование состояния морской поверхности – традиционно сложная задача, от успешного решения которой зависит не только безопасность сооружений, но и жизнь людей. При проведении операции «Оверлорд» по высадке войск союзников в Нормандии в июне 1944 года из-за сильных волнений на море погибли более четырех тысяч человек.

Тогда причиной трагедии, существенно повлиявшей на ход операции, стал неточный прогноз погоды. Модели, используемые сегодня NOAA (США) и другими службами для прогнозирования волновой обстановки, также далеки от совершенства, хотя и имеют целый ряд настраиваемых параметров, позволяющих получить достаточно точный прогноз.

По словам автора статьи, старшего научного сотрудника Сколтеха и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Андрея Пушкарева, ситуация осложняется также наличием береговых линий: «Спрогнозировать морские волнения в проливе Ла-Манш сегодня практически также сложно, как и в 1944 году». Исследования, проведенные Андреем Пушкаревым, показывают, что в каналах и проливах волны ведут себя совсем не так, как в открытом море.

«Береговые линии создают неоднородность, которая выражается в наличии перепада между нулевым значением распределения энергии волн на границе береговой линии и ненулевым значением на некотором удалении от берега. Наличие этого перепада приводит к возникновению адвекции волн, что в совокупности с нелинейным взаимодействием между волнами создает весьма необычный эффект: формирование волн в направлении, перпендикулярном направлению ветра», – рассказывает Андрей Пушкарев.

Наличие особых условий в каналах позволяет получить точное решение уравнения Хассельмана, которое описывает поведение волн и обычно аппроксимируется при помощи существующих моделей, поскольку решить его без аппроксимации с помощью современных компьютеров пока не удается.

Теоретическое моделирование процесса формирования волн в проливе, аналогичном проливу Ла-Манш, которое провел Андрей Пушкарев, выявило не только расхождения с результатами расчета турбулентности при помощи традиционных моделей, но и существенные отличия в структуре турбулентности, связанные с наличием волновой адвекции и нелинейностью взаимодействия между волнами. Поскольку, по наблюдениям исследователей, это явление имеет определенные сходства с лазерным излучением, оно получило название «нелинейного усиления океанских волн» (Nonlinear Ocean Wave Amplifier – NOWA).

«Для формирующихся волн берега пролива играют роль полуотражающих зеркал; в этом заключается определенное сходство этого явления с обычным лазером, поскольку нелинейные волновые системы здесь выступают в качестве активного резонатора. Мощность излучения, направленного перпендикулярно ветру, существенно возрастает с ростом коэффициента отражения от берегов пролива. В каком-то смысле, мы имеем дело со своего рода нелинейным лазером», – замечает Андрей Пушкарев.

«Разработанная модель, основанная на использовании уравнения Хассельмана в его исходной форме, показывает, что существующие модели предсказания волновой обстановки не учитывают описанный выше эффект, рассматривая его скорее как числовой артефакт», – добавляет он. Андрей Пушкарев также отмечает, что такой «эффект лазера» при формировании волн перпендикулярно направлению ветра можно наблюдать не только в проливах, но и в открытом море, где присутствуют неоднородные ветра, а пространственные точки поворота ветра создают условия, аналогичные тем, которые наблюдаются при наличии берегов.

Результаты исследования могут пролить свет на природу таких явлений, как сейши – стоячие волны, возникающие в частично замкнутых водоемах и создающие серьезные проблемы для движения судов в портовых акваториях. Полученные результаты также показывают, что корректный учет турбулентности при наличии береговой линии позволит прогнозировать возникновение волн-убийц – спонтанно возникающих гигантских поверхностных волн, представляющих серьезную опасность даже для больших судов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

10 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: