科技之光：用計算機算出巨浪

當巨浪突然從(cong) 海麵升起時，它的高度可能是周圍海浪的幾倍，有時甚至高達30米。即使是對於(yu) 最大型的船隻，它們(men) 也是極其嚴(yan) 峻的威脅。與(yu) 海底大地震引發的海嘯不同，這類惡浪並沒有明確的起源，也無從(cong) 預測。如果想預報惡浪形成的時間和地點，充分理解惡浪的形成機製對科學家而言就變得十分重要。

一支由多個(ge) 國家的數學家組成的團隊展示了一種預測惡浪的新方法，這是他們(men) 通過大型水箱實驗獲得的成果。團隊成員包括紐約大學的埃裏克·範登-埃登（Eric Vanden-Eijnden），意大利都靈大學的喬(qiao) 瓦尼·德馬泰（Giovanni Dematteis）和米格爾·奧諾拉托（Miguel Onorato），以及英國沃裏克大學的托拜厄斯·格拉夫克（Tobias Grafke）。

他們(men) 的方案基於(yu) 數學中的“大偏差”理論，可以確定某個(ge) 罕見事件出現的概率到底有多低。這些科學家將惡浪的發生視為(wei) 一個(ge) 統計學主體(ti) ，稱為(wei) 瞬子，這也是在粒子物理、信息理論以及風險管理的計算中會(hui) 出現的一種特殊波形。

在挪威，這支團隊利用一個(ge) 270米長的水箱模擬惡劣的海洋情況，進一步優(you) 化了模型，相關(guan) 研究發表在《物理評論X》雜誌上。這個(ge) 水箱是定製的，能製造出各種研究人員希望的波浪特征。通過分析不同波形的互相疊加，研究人員識別出了能導致惡浪的前兆特征，這些特征僅(jin) 有厘米級尺度。

大偏差理論顯示，對於(yu) 任何能夠導致巨浪的波形組合而言，無論其初始狀況如何，都會(hui) 產(chan) 生一種具有獨特形狀的大波浪。從(cong) 數學角度來說，這意味著在惡浪形成的過程中，一般都會(hui) 經曆最容易導致罕見事件的路徑。水箱的測試結果也佐證了這一點。範登-埃登說：“惡浪都是相似的，普通的波浪則各有各的普通。”

阿爾維澤·貝內(nei) 塔佐（Alvise Benetazzo，並未參與(yu) 這項研究）是意大利海洋科學研究院的研究員。他評價(jia) 道，該團隊的模型“似乎協調了兩(liang) 種迄今用來解釋惡浪形成的主流理論。”有一種理論認為(wei) ，巨浪單純地源於(yu) 小型波浪的組合和堆疊；而另一種理論則提出，波浪的形態差異會(hui) 指數級地放大高度差。但到目前為(wei) 止，這兩(liang) 種理論各自並不完全符合已有的觀察記錄或是實驗結果。

本次研究的成果重新解釋了這兩(liang) 種效應的價(jia) 值。也就是說，在不同的水文條件下兩(liang) 種效應的貢獻程度有所浮動，這種貢獻程度又可用於(yu) 估計在任何給定的海洋狀況下，惡浪誕生的可能性以及能夠達到的高度。研究團隊對他們(men) 提出的模型非常樂(le) 觀，如果能夠進一步考慮現實世界中的風、洋流和其他運動形式的特征，這套模型或許可以整合到一艘船舶、一座燈塔以及其他與(yu) 海洋相關(guan) 的平台上，為(wei) 它們(men) 提供預測係統。

貝內(nei) 塔佐說：“現在還需要做很多的測試才行，尤其是現場測試。現場才是我們(men) 想要解釋惡浪成因的真正場所。”

撰文：雷切爾·伯科維茨（Rachel Berkowitz）

翻譯：董子晨曦

文章來源：環球科學

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