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科學探索：新算法追蹤海麵漂浮物

來源：環球科學

發布時間：2021-06-09

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科學探索：新算法追蹤海麵漂浮物

圖片來源：Pixabay

當海上有船隻沉沒或失蹤時，搜救隊往往需要利用計算機模型來反推應該從哪裏開始尋找幸存者。目前的常用模型綜合了來自衛星和離岸傳感器的數據，可以預測漂浮物的移動路徑，從而繪製出最有可能發現目標物的區域地圖。如果前幾次搜索不成功，模型還會綜合失敗的經驗更新之後的預測結果。現在，數學家團隊開發了一種新算法，能夠預測在搜索的前3小時中漂浮物的位置變化。不同於模擬失蹤物的軌跡，這種方法能在水中找到一種名為瞬態吸引剖麵（TRAPs）的區域，在這樣的區域中，洋流和海浪共同作用牽引附近的物體。在搜救行動的最初幾小時中，這些此前從未被納入考慮的“牽引因素”可能在挽救生命時扮演了至關重要的角色。
海水的運動可以用被稱為“速度場”的數學形式表示，速度場描述了水麵上每一點的速度和方向。發表於《自然·通訊》雜誌的研究顯示，新算法在該領域常用預測模型的基礎上加入海浪的數據後，發現了牽引力比平均水平高出至少30%的特殊區域。雖然在水中不可見，但每個瞬態吸引剖麵都可以在地圖上畫成100~1000米長的曲線。隨著海麵條件的變化，瞬態吸引剖麵移動得很慢，足以拖拽物體，這一切就像在桌子下麵移動的磁鐵可以拖拽桌子上的金屬物體一樣。

圖片來源：Pixabay
由美國哈佛大學的馬蒂亞·塞拉（Mattia Serra）領導的團隊實地測試了這種方法，他們把人體模型扔進了馬薩諸塞州瑪莎葡萄園島南部洶湧的海水中。每個人體模型都沿著不同的軌跡漂移，但正如算法預測的那樣，“最終，它們都聚集在同一個瞬態吸引剖麵上。”塞拉說。這些初步的測試是在靠近海岸的地方進行的，但是利用相同的數學方法推算，可以發現在開闊海麵上依然存在瞬態吸引剖麵。
美國密特隆公司（Metron，一家科學顧問公司）的研究員、美國海岸警衛隊標準搜救協議的首席設計師勞倫斯·斯通（Lawrence Stone，並未參與這項研究）對這些“非常迷人、令人印象深刻的研究成果”表示欣賞。斯通說：“這項研究正好涉及到我們感興趣的事情，是一項很好的科學研究，而且站得住腳。我們用得上這種新算法。”

圖片來源：Pixabay
斯通強調，這種預測瞬態吸引剖麵的新算法是對現有模型的補充，而不是為了取代後者。海岸警衛隊表示，他們正在努力將瞬態吸引剖麵的預測曲線納入其預測地圖。在接下來的研究中，塞拉和他的同事們希望將風和浮力的影響因素考慮在內，以提高其算法預測結果的準確性。
撰文：斯科特•赫什伯格（Scott Hershberger）
翻譯：施懌
引進來源：環球科學

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