En Skoltech-forskare har utvecklat en teoretisk modell för vågbildning i sund och kanaler som står för olinjära effekter i närvaro av en kustlinje. Denna forskning kan förbättra vågförutsägelser, göra sjöresor säkrare och skydda kustlinjeinfrastrukturen. Uppsatsen publicerades i tidskriften Ocean Dynamics .

Att förutsäga ytväder till havs har alltid varit en utmanande uppgift med mycket höga insatser; till exempel, över 4, 000 människor dog på grund av grov sjö under Operation Overlord i Normandie i juni 1944, ett allierat intrång där dåliga prognoser förändrade operationens gång ganska avsevärt. Aktuella vågprognosmodeller som används, till exempel, av NOAA i USA, är ofullkomliga, men de har många inställbara parametrar för att säkerställa en rimligt bra förutsägelse.

Dock, som Andrei Pushkarev, senior forskare vid Skoltech and Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences noterar i sin uppsats, kustlinjer komplicerar situationen:han skriver att, "Vågprognoser i Engelska kanalen nuförtiden är fortfarande nästan lika svåra som det var 1944." Hans forskning tyder på att vågbeteendet i kanaler eller sund kommer att skilja sig ganska markant från det i öppet hav.

"Kustlinjer skapar inhomogenitet - en gradient av vågenergifördelningen mellan dess nollvärde vid gränsen och icke-nollvärde offshore. Denna gradient startar vågadvektion, och dess ömsesidiga samspel med icke-linjär våginteraktion skapar speciella effekter av att generera vågor vinkelräta mot vinden, säger Pushkarev.

De specifika förhållandena för kanalerna möjliggör en exakt lösning av Hasselmann-ekvationen som beskriver vågbeteende, den nuvarande modellerna är ungefärliga eftersom det fortfarande är omöjligt att lösa med moderna datorer. Pushkarevs teoretiska modellering av vågbildning i en Engelska kanal-liknande sund visade att utvecklingen av turbulens inte matchade förutsägelser från konventionella modeller, eftersom turbulensstrukturen var signifikant annorlunda på grund av icke-linjära interaktioner och vågadvektion. Eftersom fenomenet som forskare observerade har vissa likheter med laserstrålning, de kallar det den icke-linjära oceanvågsförstärkaren, eller NUWA.

"Sundets stränder spelar rollen som de halvreflekterande speglarna för genererade vågor, vilket gör att situationen liknar konventionella lasrar, med de olinjära vågmedierna som spelar rollen som aktiv resonator, i någon mening liknar de konventionella lasrarna. Kraften hos strålningen som exciteras ortogonalt mot vinden växer avsevärt med tillväxten av reflektionskoefficienten för sundets gränser. På sätt och vis, vi har att göra med någon sorts olinjär laser, " noterar Pushkarev.

"Den här modellen, utnyttja den exakta versionen av Hasselmanns ekvation, visar att befintliga operativa vågväderprognosmodeller missar den beskrivna effekten, betraktar det snarare som en numerisk artefakt, " han lägger till.

Forskaren säger att denna laserliknande effekt av våggenerering ortogonalt mot vinden kan observeras inte bara i sund, men också i öppet hav med specifika inhomogena vindar, där rumsliga vindvändpunkter skapar förhållanden liknande de som observeras i närvaro av stränder.

Den nya forskningen lovar att förklara seichernas natur, märkliga stående vågor i halvslutna vattendrag som utgör ett stort problem för fartyg i hamnar. Men det tyder också på att en korrekt beskrivning av turbulens i närvaro av kustlinjer kommer att tillåta oseriösa vågor, till synes oförutsägbara ytvågor som är extremt farliga även för stora fartyg.