Прогнозирование приземной погоды в море всегда было сложной задачей с очень высокими ставками. Например, более 4 000 человек погибли из-за шторма в море во время операции «Оверлорд» в Нормандии в июне 1944 года. Неточный прогноз ситуации в море изменил ход военной операции. Текущие модели прогнозирования волнения, используемые, например, NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) в США, несовершенны. При этом у них есть много настраиваемых параметров для обеспечения достаточно хорошего прогноза.
Однако, как отмечает в своей статье старший научный сотрудник Сколтеха и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН Андрей Пушкарев, береговые линии усложняют ситуацию. Дело в том, что прогнозирование волнений в проливе Ла-Манш сегодня почти так же сложно, как и в 1944 году. Исследования российского ученого показывают, что поведение волн в каналах или проливах будет значительно отличаться от поведения волн в открытом море.
«Береговые линии создают неоднородность — градиент распределения энергии волны между ее нулевым значением на границе и ненулевым значением на берегу. Этот градиент запускает адвекцию волн, что в результате приводит к особым эффектам генерации волн, ортогональных к ветру», — объясняет Пушкарев.
Специфические условия каналов и проливов позволяют точно решить уравнение Хассельмана. Оно описывает волновое поведение, приближенное к однотоковым моделям. При этом его все еще невозможно решить с помощью современных компьютеров. Теоретическое моделирование Пушкарева волнового образования в проливе, напоминающем Ла-Манш, показало, что развитие турбулентности не соответствовало предсказаниям традиционных моделей. Дело в том, что структура турбулентности значительно отличалась из-за нелинейных взаимодействий и адвекции волн. Поскольку наблюдаемое явление имеет некоторое сходство с лазерным излучением, его называют нелинейным усилителем океанских волн, или NOWA.
Берега пролива играют роль полуотражающих зеркал для генерируемых волн.
Новая модель, использующая точную версию уравнения Хассельмана, показывает, что существующие оперативные модели прогнозирования погоды на волнах не учитывают этот эффект, считая отражение скорее артефактом.
Подобную лазерному эффекту, генерацию волн перпендикулярно ветру можно наблюдать не только в проливах, но и в открытом море со специфическими неоднородными ветрами. Там пространственные точки поворота ветра создают условия, аналогичные тем, которые наблюдаются в водном пространстве при наличии берегов.
Новое исследование обещает объяснить природу сейш, своеобразных стоячих волн в полузамкнутых водоемах, которые представляют большую проблему для судов в портах. Их называют «убийственными» из-за разрушительного действия. Но это также предполагает, что правильное описание турбулентности при наличии береговой линии позволит учесть «волны-убийцы», кажущиеся непредсказуемыми поверхностные волны, которые чрезвычайно опасны даже для больших судов.
Читайте также
Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?