Šta stvara divovske talase? Naučnici otkrivaju obrazac

Francesco Fedele, vanredni profesor na Školi za građevinarstvo i zaštitu životne sredine na Georgia Tech-u, predvodio je novu analizu koja se direktno bavi ovim pitanjem.

Šta su “rogue” talasi?

Naučnici definišu rogue talas kao vrh talasa čija je visina veća od duplo prosečne visine trećine najvećih talasa u blizini. Takvi talasi mogu dolaziti iz neočekivanih pravaca i iznenaditi mornare.

Praćenje ekstremnih talasa

Tim je prikupio 27.500 polusatnih zapisa talasa sa platforme Ekofisk u centralnom Severnom moru, u periodu od 2003. do 2020. godine. Zatim su uporedili koliko često nastaju ekstremni vrhovi talasa u različitim morskim stanjima.

Eksperti su otkrili da statistika najvećih vrhova odgovara uobičajenim procesima kada se uzme u obzir pravac talasa, širina frekvencijskog spektra i strmina talasa tokom oluja.

Dugo se smatralo da modulaciona nestabilnost - efekat koji može pojačati jedan talas nauštrb susednih u dugim, jednosmernim nizovima talasa objašnjava nastanak rogue talasa. U otvorenom moru, međutim, talasi raspoređuju energiju u više pravaca. Analiza zapisa iz Severnog mora pokazuje da trećerazredne rezonantne interakcije imaju zanemarljivu ulogu u nastanku velikih talasa.

Pravci talasa oblikuju “rogue” talase

Širenje talasa u više pravaca ključno je za raspodelu energije na otvorenom moru.

Kada talasi putuju u različitim pravcima, smanjuju se šanse da se energija prenese sa jednog talasa na drugi, što ograničava mogućnost da jedan talas postane neproporcionalno veliki.

Suprotno tome, kada su talasi ograničeni ili blizu usmerenih, koncentrisana energija omogućava modulacionoj nestabilnosti da ima veći uticaj.

U Severnom moru, merenja pokazuju širok spektar dolaznih uglova talasa čak i tokom jakih oluja, što raspršuje energiju i ometa formiranje uslova za dominaciju modulacione nestabilnosti. Kao rezultat, drugi mehanizmi – poput linearnog fokusiranja i nelinearnih efekata drugog reda – postaju glavni pokretači najvećih talasa u ovim vodama.

Dve sile iza okeanskih džinova

Postoje dva dobro proučena efekta koja objašnjavaju ove divovske talase:

Linearno fokusiranje, kada se talasi poravnaju u prostoru i vremenu i kombinuju, stvarajući veće talase.

Nelinearnosti drugog reda, koje izoštravaju vrhove i spljoštavaju doline talasa. Ovi efekti mogu povećati visinu već visokih talasa za oko 15–20% u odnosu na linearne procene.

Rogue talas Andrea, zabeležen 2007. godine u blizini Ekofiska, poslužio je kao referenca za testiranje statistike ekstremnih talasa i verovatnoće susreta sa talasima u realnim uslovima.

Zapisi unapređuju nauku o talasima

Podaci iz Severnog mora dovoljno su detaljni da se mogu razdvojiti mlada, vetrovima podstaknuta mora od starijih, zrelijih mora, bez mešanja različitih uslova.

Mlada mora sa jakim vetrovima pokazuju veću asimetriju i izraženije nelinearne efekte, što potvrđuje da u stvarnim olujnim uslovima dominiraju vezane nelinearnosti, a ne modulaciona nestabilnost.

Ako rogue talasi nastaju zbog retkih poravnanja i vezanih efekata, njihovo otkrivanje postaje problem prepoznavanja obrazaca, a ne potraga za nepoznatim fizičkim fenomenima.

Studija iz 2024. trenirala je neuronsku mrežu na podacima sa bova i postigla tačnost od oko 75% za prepoznavanje rogue talasa minut unapred, dok je tačnost pet minuta unapred bila oko 70%. Ovo sugeriše da su kratkoročna upozorenja moguća kada su instrumenti na mestu.

Dizajn, operacije i bezbednost

Meteorološki i hidrodinamički modeli već se analiziraju više puta dnevno radi predviđanja vetrovitih talasa i pučina. Naučnici proširuju ove alate ka ekstremima kako podaci i metode napreduju.

Zaključak za brodove i offshore strukture je jednostavan, ali važan: treba biti spreman na ekstremne događaje koji su posledica uobičajene fizike. Takođe, senzori i algoritmi treba postaviti tamo gde mogu uočiti karakterističan obrazac pre nego što talas dostigne maksimum.

Mitovi o rogue talasima
 

Predstava da su rogue talasi izuzetno retki ne potvrđuje se modernim podacima i statistikom.

Zvanične preporuke i dalje upozoravaju mornare da jedan ekstremni talas može doći iz neočekivanog pravca. Talasi viši od duplo prosečne visine lokalnih talasa spadaju u kategoriju rogue, što se slaže sa analizom Severnog mora.

Veći i precizniji podaci pomoći će da se kvantifikuju efekti širine talasa, strujanja i dubine na verovatnoću njihovog konstruktivnog poravnanja, bez potrebe za specijalnim mehanizmima. Kombinacija radara, mreža boja i brodskih merenja mogla bi unaprediti kratkoročna upozorenja i poboljšati kriterijume za dizajn platformi i ruta preko energičnih mora.

Studija je objavljena u časopisu Scientific Reports.