Новая модель описывает поведение волн в проливах и предсказывает волны-убийцы

Исследователь из Сколтеха разработал теоретическую модель формирования волн в проливах и каналах, учитывающую нелинейные эффекты в присутствии береговой линии. Эта работа может улучшить прогнозирование волн, сделав морские путешествия безопаснее и защитив прибрежную инфраструктуру. Статья опубликована в журнале Ocean Dynamics.

Как отмечает в своей статье Андрей Пушкарёв, старший научный сотрудник Сколтеха и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, береговая линия усложняет ситуацию: «прогнозирование волн в проливе Ла-Манш сегодня всё ещё почти так же сложно, как и в 1944 году». Его исследование показывает, что поведение волн в каналах или проливах существенно отличается от поведения в открытом море.

«Береговая линия создаёт неоднородность — градиент распределения энергии волны между её нулевым значением на границе и ненулевым значением вдали от берега. Этот градиент запускает адвекцию волн, а её взаимное влияние с нелинейным волновым взаимодействием создаёт своеобразные эффекты генерации волн, ортогональных ветру», — поясняет Пушкарёв.

Специфические условия проливов позволяют получить точное решение уравнения Хассельмана, описывающего поведение волн, которое современные модели лишь аппроксимируют. Теоретическое моделирование Пушкарёва показало, что развитие турбулентности в проливе, подобном Ла-Маншу, не соответствует предсказаниям обычных моделей, поскольку её структура была иной из-за нелинейных взаимодействий и адвекции волн. Это явление исследователи называют Нелинейным Океаническим Волновым Усилителем (НОВУ).

«Берега пролива играют роль полуотражающих зеркал для генерируемых волн, что делает ситуацию похожей на обычные лазеры, где нелинейная волновая среда играет роль активного резонатора. Мощность излучения, возбуждаемого ортогонально ветру, значительно возрастает с увеличением коэффициента отражения границ пролива. В некотором смысле мы имеем дело с нелинейным лазером», — отмечает учёный.

По словам исследователя, этот лазероподобный эффект генерации волн, перпендикулярных ветру, можно наблюдать не только в проливах, но и в открытом море при специфических неоднородных ветрах. Новая модель может объяснить природу сейш — стоячих волн в полузамкнутых водоёмах, представляющих проблему для судов в портах, а также позволит корректно описать образование волн-убийц в присутствии береговой линии.