传说中三万年出现一次的「疯狗浪」

你见过二三十米高的大浪吗？半个世纪前，人们普遍认为这种三十米的大浪，每三万年才会出现一次。

20米高的「疯狗浪」并非虚言

Terrifying 20m-tall’ rogue waves’ are actually real

原文作者：Nic Fleming

高达十层楼的泡沫水墙砸在舷窗上，淹没了上层甲板的船舱。三十米高的巨浪骤然涌起，将船只像软木瓶塞一样抛来抛去，片刻之后，一切平复，巨浪退回大洋深处。

几个世纪以来，水手间都流传着海中凭空涌现异常巨浪的事。由于鲜有确凿证据，巨浪的高度在口耳相传中越传越神，因此长期以来，科学家都把它们视为不足以信的玄虚故事。

约半个世纪前，有人根据当时科学家“每30000年才可能会出一次30米的大浪”的说法，将"异常涌浪"的传说与美人鱼和海怪一起归为神话。

然而，我们现在知道涌浪绝非海事神话。

波是一种使两点之间能量产生移动的扰动。最常见的波发生在水中，但还有很多其他种类的波，例如：通过空气传播的无线电波。

虽然横跨大西洋的波浪与电波不同，但它们都遵照相同的原理，并且可用相同的数学公式来描述。

传说中的异常涌浪高度至少是"有效波高"的两倍，"有效波高"是指在给定时间段内前三分之一高波浪的平均值。根据卫星测量，异常涌浪不仅存在，而且还频繁发生。

这说明人们以前的观点大错特错，久传的民间神话实际是确凿的自然现象。

新的认识使得科学家们又面临新的难题。鉴于存在的事实，是什么原因导致异常涌浪？对于航海之人来说，它们又能被预测吗？

英国数学家和海洋学家希金斯指出，当两个或更多波浪相撞时，会形成更大的波浪。根据"线性迭加"的原理，新波的高度应该只是原波高度的总和。

根据这种观点，只有足够的波浪聚集在一点，异常涌浪才能形成。

然而真相表明，事实可能并不那么简单。

剑桥大学波浪动力学研究学者本杰明和其学生费尔在人工实验室里注意到，虽然波可能始于恒定的频率和波长，但生成后不久就会发生变化。

波长较长的会抓住波长较短的。这意味着许多能量最终集中在一个大浪时会瞬间即逝。

芬兰阿尔托大学的夏布布说："卫星观测表明，海洋中存在的异常涌浪比线性理论预测的要多得多，这必有其他原因。"

在过去的20年左右，夏布布等研究人员试图解释为什么异常涌浪超乎预知的如此普遍。或许正如希金斯所指出的那样，异常涌浪不是线性的，而是非线性系统的一个典型。

非线性方程是输出变量与输入变量不成正比的方程。如果波以非线性方式相互作用，则无法通过迭加原高来计算新的波高。相反，一组波中的某一个可能会以吸收其他波的能量而快速高涨。

当物理学家想要研究像原子这样的微观系统如何随时间变化时，他们经常使用一种称为薛定谔方程的数学工具。

事实证明，某些薛定谔方程的非线性版本可以用来解释为何异常涌浪能够形成。

其基本理论是，当波浪变得不稳定时，可以通过"窃取"其他波的能量而快速生长。

研究人员已经证明，非线性薛定谔方程可以解释海浪统计模型如何通过能量聚焦突然增长到极端高度。

2016年的一项研究中，夏布布将相同的模型应用于更现实，不规则的海况数据，并发现异常涌浪仍可能发生。

夏布布说："我们现在能在实验室环境中产生仿真的异常涌浪，条件与海洋类似。如果一个非线性系统能够产生灾难性的异常涌浪，就不应让海上平台和船舶的设计标准以线性理论作依据。"

有人相信，人们不久就可以预警异常涌浪。

"预测个别的异常涌浪事件可能是无望或不实际的，因为它需要太多的数据和计算能力，但是如果我们能做气象意义上的预测呢？"斯坦梅耶说。"也许我们可以预见，有特定的天气条件时更容易出现异常涌浪。"

对于坐在孤立的石油钻井平台船上或在暴风雨下观察波浪涌出海面的人们来说，几分钟的预警将会是生死攸关。