Исследователи НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде совместно с учёными из Австралии и Японии построили модель, объясняющую неожиданное появление аномально высоких волн на морской поверхности. Их ещё называют «волнами-убийцами», так как они часто приводят к трагическим последствиям. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters. Статья получила отметку «выбор редактора», демонстрирующую её «особую важность, новизну и широту приложения». Исследование выполнено при поддержке Мегагранта правительства РФ в рамках нацпроекта «Наука и университеты» и гранта РФФИ.
Аномально высокие волны, которые также известны как «волны-убийцы», возникают внезапно. Часто именно они становятся причиной трагических инцидентов с кораблями и платформами в открытом море, а также у берегов. В отличие от цунами, возникающих в результате подводных землетрясений или оползней, появление «волн-убийц» не связано с катастрофическими геофизическими событиями. Возникновение аномально высоких волн объясняют физическим механизмом самомодуляции, когда волны без каких-либо внешних воздействий собираются в короткие интенсивные группы, что и приводит к появлению волн неожиданно большой высоты.
Среди пионеров изучения самомодуляции и самофокусировки волн в 1960-х годах были учёные «горьковской школы». Сегодня открытые ими эффекты широко используются в современной физике. Результаты нового исследования существенно обобщают область применимости разработанной ранее теории самомодуляции волн, включая аналитические решения — прототипы «волн-убийц».
На основе лабораторных экспериментов и прямого численного моделирования исследователи демонстрируют, что встречные волны не ослабляют нарастания «волны-убийцы». Исследование показало, что такие волны могут возникать в полях стоячих волн, которые образуются из-за отражения бегущих к берегу волн от преград: стационарных конструкций, крутых утесов, берегов и т.п.
Экспериментальная часть выполнялась в лаборатории Сиднейского университета в специально оборудованном волновом лотке, оснащенном волнопродуктором. Первая последовательность волн, создаваемая подвижной стенкой, пробегала лоток и после отражения от противоположной стенки встречалась со второй последовательностью генерируемых волн. Вторая последовательность содержала затравочное возмущение, по мере движения оно вырастало в короткую группу, содержащую очень высокие волны.
Численное моделирование проводилось в рамках полных уравнений гидродинамики, а также в рамках упрощенных, но описывающих ключевые эффекты уравнений. Это позволило промоделировать эволюцию волн на расстояниях, превышающих возможности существующих в мире лабораторных установок.
Алексей Слюняев, один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории динамических систем и приложений:
«Полученный результат достигнут благодаря многолетнему сотрудничеству интернациональных групп. То, что предсказывают приближенные теоретические модели, мы смогли смоделировать на поверхности воды в реалистичных для моря условиях. Предполагаем, что обнаруженный эффект может иметь общий для других физических сред характер».
Учёные планируют продолжить исследования родственных эффектов в более сложных волновых конфигурациях (скрещенных волновых систем, волн с разными длинами и иных).
IQ
Автор текста: Агафон Селитренников