Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 549

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

Создана новая модель для описания волн в проливах и прогнозирования волн-убийц
Исследователь Сколтеха разработал теоретическую модель формирования волн в проливах и каналах с учетом нелинейности в присутствии береговой линии

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. 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 4 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 им. П.Н. Лебедева РАН Андрея Пушкарева, ситуация осложняется также наличием береговых линий: «Спрогнозировать морские волнения в проливе Ла-Манш сегодня практически так же 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 водоёмах 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.
 

Источник информации: Сколтех

Фото из архива портала "Научная Россия"

Сколтех модель формирования волн морская поверхность прогноз морских волнений

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.