Naukowcy odkryli, że wiatr napędza powstawanie fal dzikich na Antarktydzie, które występują częściej niż wcześniej sądzono, co podkreśla potrzebę włączenia dynamiki wiatru do modeli prognostycznych. (Koncepcja artysty.) Źródło: SciTechDaily.com
Naukowcy z Uniwersytetu w Melbourne odkryli, że w najbardziej na południe wysuniętych wodach Antarktydy wiatr odgrywa znaczącą rolę w tworzeniu się masywnych fal, które są częstsze niż wcześniej sądzono.
Wyprawa z Uniwersytetu w Melbourne na wody otaczające najbardziej wysunięte na południe punkty Antarktydy ujawniła, że wiatr jest kluczowym czynnikiem w tworzeniu ogromnych, dzikich fal. Badanie wykazało, że te nieprzewidywalne fale zdarzają się częściej, niż wcześniej sądzono, co dostarcza niezbędnych danych do udoskonalenia przyszłych modeli przewidywania fal nielegalnych.
Fala nieuczciwa to pojedyncza fala, która jest znacznie wyższa niż pobliskie fale i może uszkodzić statki lub infrastrukturę przybrzeżną. Fale oceaniczne należą do najpotężniejszych sił naturalnych na Ziemi, a ponieważ światowe trendy sugerują, że wiatry oceaniczne będą wiać mocniej z powodu zmiany klimatu, fale oceaniczne mogą stać się silniejsze.
W badaniu opublikowanym niedawno w Listy z przeglądu fizycznegozespół badawczy kierowany przez profesora Alessandro Toffoli odkrył, że fale samozwańcze powstają w wyniku silnych sił wiatru i nieprzewidywalnych wzorców kształtów fal, potwierdzając pogląd, który wcześniej wykazano jedynie w eksperymentach laboratoryjnych.
Postęp technologiczny w badaniu fal
Profesor Toffoli powiedział: „Fale zbójeckie to kolosy – dwukrotnie wyższe od fal sąsiednich – które pojawiają się pozornie nie wiadomo skąd”.
Korzystając z najnowocześniejszej technologii i wyruszając na wyprawę do jednego z najbardziej niestabilnych obszarów oceanicznych na Ziemi, zespół badawczy wdrożył nowatorską technikę trójwymiarowego obrazowania fal oceanicznych. Obsługując kamery stereoskopowe na pokładzie południowoafrykańskiego lodołamacza SA Agulhas II podczas wyprawy na Antarktydę w 2017 r., uchwycili rzadkie spostrzeżenia na temat zachowania fal w tym odległym regionie.
Fale Antarktyki sfotografowane przez profesora Alessandro Toffoli z SA Agulhas II w 2017 roku na Oceanie Południowym. Źródło: profesor Alessandro Toffoli
Opracowana przez nich metoda, naśladująca ludzki wzrok poprzez obrazowanie sekwencyjne, pozwoliła zespołowi zrekonstruować falistą powierzchnię oceanu w trzech wymiarach, zapewniając niespotykaną dotąd klarowność dynamiki fal oceanicznych. Pierwszym naukowym pomiarem fali dzikiej była fala Draupnera o długości 25,6 m, zarejestrowana na Morzu Północnym w 1995 r. W XXI wieku zgłoszono 16 podejrzanych incydentów z falami dzikimi.
„Wzburzone morze i dzikie wiatry na Antarktydzie mogą powodować «samowzmacnianie się» dużych fal, w wyniku czego naukowcy od lat snuli teorie dotyczące częstotliwości fal nietypowych, ale nie mogli jeszcze tego zweryfikować w oceanie” – powiedział profesor Toffoli.
Opierając się na badaniach numerycznych i laboratoryjnych, które sugerowały rolę wiatru w powstawaniu fal dzikich, obserwacje zespołu badawczego potwierdziły te teorie w rzeczywistym środowisku oceanicznym.
Implikacje dla przyszłych badań
„Nasze obserwacje pokazują obecnie, że wyjątkowe warunki morskie z falami dzikimi powstają w „młodej” fazie fal – kiedy są one najbardziej wrażliwe na wiatr. Sugeruje to, że brakującym ogniwem są parametry wiatru” – stwierdził profesor Toffoli. „Wiatr stwarza chaotyczną sytuację, w której współistnieją fale o różnych wymiarach i kierunkach. Wiatr powoduje, że młode fale rosną wyżej, dłużej i szybciej. Podczas tego samowzmacniania fala rośnie nieproporcjonalnie kosztem swoich sąsiadów.
„Pokazujemy, że młode fale wykazują oznaki samowzmacniania się i wykazują większe prawdopodobieństwo, że staną się nieuczciwe z powodu wiatru. Raz na sześć godzin rejestrowaliśmy fale dwukrotnie wyższe niż sąsiednie fale” – powiedział profesor Toffoli. „Odzwierciedla to modele laboratoryjne: że warunki morskie teoretycznie bardziej podatne na samowzmacnianie wytwarzają więcej nielegalnych fal. Dla kontrastu nie wykryliśmy żadnych fal w dojrzałych morzach, na które wiatr nie ma wpływu.”
Profesor Toffoli podkreślił kluczowe znaczenie włączenia dynamiki wiatru do modeli predykcyjnych służących do prognozowania fałszywych fal.
„To pokazuje, że opracowując narzędzia do przewidywania nielegalnych fal, naukowcy muszą dokładnie wziąć pod uwagę wiatr”.
Odniesienie: „Obserwacje nielegalnych mórz na Oceanie Południowym” A. Toffoli, A. Alberello, H. Clarke, F. Nelli, A. Benetazzo, F. Bergamasco, B. Ntamba Ntamba, M. Vichi i M. Onorato, 12 kwietnia 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.154101
Badanie zostało sfinansowane przez National Research Foundation, ACE Foundation, Australian Research Council, Australian Research Council, London Mathematical Society, Wellcome EPSRC Centre for Medical Engineering oraz Simons Foundation.
