本帖最后由 龙船客服 于 2014-8-19 17:06 编辑
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曾经只在传说中出现的超级巨浪，事实上真的存在。图片来源：《新科学家》
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（亚得里亚海上的猪/译）当路易斯陛下号（Louis Majesty）游轮离开西班牙东部的巴塞罗那，前往意大利北部的热那亚时，它踏上的是一次环地中海航行的最后一程。不过，地中海另有打算。
那是2010年3月3日的下午1时左右，正当游轮离开港口朝东方行驶的时候，海面聚起了风暴。最初的几个小时，海浪渐渐增加，那些不习惯颠簸的乘客觉得不太舒服，但至此还没有什么反常的事情发生。
到了下午4时20分，游轮却毫无征兆地撞上了一堵至少8米高的水墙。根据事后复原，游轮在驶下这堵巨浪的背风面时发生颠簸，接着又撞上了第二波、甚至第三波接踵而至的怪浪。海水冲上了船身吃水线上方近17米处，打破了第5层甲板上一间休息室的窗户，造成2名乘客当场死亡，另有14名乘客受伤。接着，巨浪就像突然出现一般，又突然消失了。游轮调转船头，颤颤巍巍地驶回了巴塞罗那。
就在一二十年之前，袭击路易斯陛下号的这种疯狗浪（rogue waves）还不过是老水手之间的传说，现在不同了。真实世界的观测，加上先进的理论和实验研究，已经确切证明了这种怪浪真的存在——而且经常发生。现在的问题是：我们能否预测它们何时出现？又在哪里出现？
科学对疯狗浪的研究是落后的，到今天，连各方都能接受的定义都还没有。广泛流传的一个标准是，疯狗浪要至少达到有效波高（significant wave height）的两倍；而有效波高是指某片海域内最高的三分之一海浪的平均高度。因此，疯狗浪的界定也因海域而异：在一片有效波高仅10厘米的平静海域，一个20厘米高的海浪就可算作是疯狗浪了。
这个高度似乎不值得大惊小怪，而且长久以来，海洋学家用来预测海浪高度的模型一直显示，反常的高浪几乎不曾出现过。这些模型所依据的原理是线性叠加：当两列波浪相遇，它们在每一点上的波峰和波谷都会简单相加。这种认识一直到20世纪60年代后期才发生改变，因为英国剑桥大学的托马斯·布鲁克·本杰明（Thomas Brooke Benjamin）和J·E·费尔（J. E. Feir）发现，传统的模型在数学上不甚牢靠。他们指出，当长波海浪与短波海浪相遇，一个波列中的所有能量会骤然***在几个怪波之中——有时甚至只有一个。
长波在深海中传播较快，因此这一点在真实世界中是完全可能发生的。两位研究者又在伦敦郊外一处英国国家物理实验室的设施里验证了这个理论，那是一个400米长的拖曳水池，配备了造波机，是当时最先进的设施。造波机以不同的速度搅起水浪，在离它较近的地方，波浪均一而平稳，可是到了大约60米外，它们就开始变得扭曲，并且形成了短暂的大浪，这些大浪，我们现在就可以称之为“疯狗浪”。（不过为了防止池水溅出，最初的波浪都只有几厘米高。）
这份新情报过了一阵才流传了开来。日本东京大学的海洋学家早稻田卓尔（Takuji Waseda）指出：“波浪的确会失去稳定，并在内部***能量，可是长久以来，人们都认为这只是理论上的可能，在真实的海洋中不会发生。”
1995年，理论和观察终于碰撞到了一起。事情发生在挪威海外约150千米处的北海。那年元旦，德劳普纳海上平台（Draupner sea platform）的周围海水汹涌，有效波高达到了12米。下午3时20分左右，平台上的加速度计和应变传感器检测到了一次巨浪，它的波峰比周围的波谷高出了足足26米。根据大多数人的看法，这是一次万年一遇的巨浪。
爱沙尼亚塔林理工大学的物理学家伊拉·迪登库洛瓦（Ira Didenkulova）指出，德劳普纳巨浪将疯狗浪研究带入了一个新的时代。2000年，欧盟发起了为时3年的“大浪计划”（MaxWave project）。在2003年初的3周时间里，研究者使用船载雷达和卫星数据在各大洋扫描，并发现了10个至少高25米的巨浪。
我们现在知道，疯狗浪可能出现在任何一片大洋。北大西洋、南极洲和南美洲最南端之间德雷克海峡、以及南非南岸的海域是最容易出现疯狗浪的。一些大型淡水水体中也可能出现疯狗浪，比如北美洲的五大湖。这使得我们对历史记录产生了全新的认识。还有人指出，在2004年之前的20年中，有近200艘货船的失事还无法解释，疯狗浪可能就是元凶之一。更晚近的例子发生在今年2月，当时有一股怪浪在英吉利海峡袭击了游轮马可波罗号，它粉碎了第6层甲板上一间餐厅的玻璃，并造成了一名乘客死亡。
近几年来可能被疯狗巨浪击中而导致的船舶事故。图片来源：《新科学家》
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疯狗浪源自何处疯狗浪真的存在，那么现实世界中的疯狗浪又是如何形成的呢？
意大利都灵大学的米格尔·奥诺拉托（Miguel Onorato）研究这个问题已经超过10载。他使用的工具是非线性的薛定谔方程。长久以来，这组方程都被用来评估经典物理和量子物理中无法预测的情况。奥诺拉托则利用它开展计算机模拟，指导波浪池实验，希望能从微小的涟漪中逗引出疯狗浪来。
渐渐地，他和同事建立起了一份目录，归纳了疯狗浪在真实世界中的产生条件。其中的一种是风暴卷起的波浪迎面撞上一股强大的洋流。北大西洋的湾流往往就是这种情况，海浪撞上南非外海的阿加勒斯海流（Agulhas current）也是如此。另一种是“对穿海”（crossing sea），也就是两个波浪系统——往往是由当地的海风和远处的海浪形成的——从不同的方向汇合，打破了稳定。
长久以来，对穿海一直是人们怀疑的对象。2005年，一项利用了“英国劳氏海事情报”（Lloyd’s List Intelligence）的分析表明，根据精确定义，有一半船只事故都可以归结为对穿海造成的坏天气。
2011年，又有人指出德劳普纳事件的祸首正是对穿海，奥诺拉托认为路易斯陛下号事故同样是这个原因。他和同事将风浪的数据输入他的模型，“逆推”当时的海况，结果显示事发时有两列波浪在游轮处交汇，一列来自东北，另一列来自东南，彼此有40度至60度的夹角。
更加简单的情况也可能引发疯狗浪。2013年，早稻田重新研究了1980年12月的一起事故，当时一艘装载煤炭的货船遇上怪浪，船头被高约20米的海浪整个吞没，事发地是所谓的“龙三角”（Dragon’s Triangle），位于日本南部的太平洋，是一片著名的事故多发海域。日本政府主持的一次调查将对穿海视作罪魁，早稻田则采用了比较复杂的海浪模型来逆推当时的海况，他认为可能是一阵强风将能量注入了一个单一的波浪系统，那个系统的规模之大，远远超出了传统模型的估计。
在他看来，这样的单一系统疯狗浪还可以解释其他事故，而现有的种种模型也需要进一步补充数据。他说：“我们从前以为描述海浪很简单，可是现在看来，它们在节奏上、时间上都在随风变化，而风的变化是迅速的。”2012年，奥诺拉托等人又根据各种模型指出，大洋中还可能出现“超级疯狗浪”，其高度将达到周围海水的11倍之多。这个可能已经在水槽实验中得到了证明。
早期预警
由于气候变化可能激起更加剧烈的风暴，这种理论上的可能已经在现实中引起了严重的关切。2009年至2013年，欧盟赞助了一个名叫“极端海洋”（Extreme Seas）的项目，召集了船舶建造者和科学研究者一起商讨如何制造出更能抵御疯狗浪的船只。奥诺拉托也参与其中。
不过这个办法成本高，耗时也长。目前最好的防御策略，还是弄清疯狗浪会何时来袭。早稻田表示：“我们至少可以在海况迅速变化、可能产生危险的时候发出预警。”
为了将原始的卫星数据和海况数据转化成这类预警，研究者提出了种种指数。使用极广的一种是本杰明-费尔指数（Benjamin-Feir index），它以研究疯狗浪的两位先驱命名，2003年由欧洲中程气象预报中心的彼得·詹森（Peter Janssen）提出。这个指数计算的是20乘20千米的海面，目前已经整合到了中心两天一次的海事预报之中。詹森说：“在轮船上制定航线的官员用它来决定是否要穿过某一片特定的海域。”
最终的目标是使船只靠自身做到这一点。多数大型远洋船目前都携带了大范围传感器，能通过分析雷达回波来确定海浪的高度。计算机软件也能根据这些雷达数据绘出海况的三维地图，以显示周围海浪的规模和动向。有了这个基础，就不难开发出更加高级的软件算法， 用来标出即将在一片海域中引发疯狗浪的因素，比如快速变化的海风，或者对穿海。有了这样一个系统，船员和乘客或许就能避开海上的危险区域了。
眼下最大的障碍是运算能力：现有的模型还无法及时处理快速变化的海洋波动、实时发布详细的预警。早稻田认为，解决这个问题的办法是开发一个中央早期预警系统，就像在海啸和热带风暴中使用的那些，并用它来提前通知准备离港的船只。早稻田表示，疯狗浪在几十年前还遭人怀疑，今天我们对它的理解却已大大增进，有鉴于此，我们一定能为它建立起一个预警系统：“我们现在缺的不是理论，我们缺的是沟通。”
扩展阅读七巨兽2007年，美国国家海洋和大气管理局的保罗·刘（Paul Liu）在一份目录中罗列了历史上可能与疯狗浪有关的50多起事件，下面就是其中最重要的几起：
- 1498年，哥伦布记述了在第3次前往美洲的途中，当他和手下驶过特立尼达附近的一道海峡时，有一股巨浪将他的船队托起。直到今天，这片海域还沿用着哥伦布的称呼，被称为“Bocas del Dragón”——龙嘴。
- 1853年，载着500位移民由英格兰驶向加拿大的轮船“安妮珍妮号”（Annie Jane）遭巨浪击中。500人中只有100来人活着踏上了苏格拉外赫布里底群岛中的瓦特赛岛。
- 1884年，西非海外的一股疯狗浪击沉了从英格兰驶向澳大利亚的游艇米农奈特号（Mignonette）。4名船员乘舢板逃生。在海上飘浮19天后，船长杀死了其中的一名少年侍者，为其他3人提供了食物。
- 1909年，载着200多名乘客的蒸汽船“瓦拉塔号”（SS Waratah）在南非海外消失得无影无踪——我们现在知道，这片海域经常有疯狗浪出没。
- 1943年，两股怪浪接踵而至，击中了正在横渡北大西洋的伊丽莎白女王号游轮，将吃水线上方28米处的舷窗打碎。
- 1978年，德国商船队的超级油轮“慕尼黑号”（MS München）在从不来梅港驶向美国佐治亚州萨凡纳港的途中，在风高浪急的北大西洋失踪，只留下了寥寥几条救生筏和一些救生圈。
- 2001年，短短两天之内，“不来梅号”（Bremen）和“加里东尼亚之星号”（Caledonian Star）两艘游轮就相继在南大西洋上遇险，它们的舰桥窗都被高约30米的巨浪击碎。
死水无澜海面上的疯狗浪会对航运造成威胁（见正文），海底深处的动向也同样值得注意。1893年8月29日，挪威探险家弗里乔夫·南森（Fridtjof Nansen）正进行着他终将失败的寻找北极点之旅。正当他沿西伯利亚海岸航行的时候，他的船只却在两座岛屿之间骤然减速，几乎停了下来——虽然他的引擎已经开到了最大。
南森遇上了“死水”（dead water），这是一种挪威峡湾的渔民早就知道的现象。对它的解释五花八门，有人说它是不快的淹死者在作祟，有人说是水下有带磁力的岩石，还有人说是渺小的海鱼组成的鱼群拖住了船身。
物理学家威廉·比耶克内斯（Vilhelm Bjerknes）在1898年提出了一种解释：在咸水峡湾的入口处常常发生淡水漂浮在较为致密的咸水上方的情况，而一条移动的船只会搅动海面的波浪以及海面下方淡水和咸水之间的分界线，这样一来，它就需要和两种水体作斗争了。而南森遇见死水的地方，正是西伯利亚的河水与海水相遇的地方。
在那之后，科学家对这种海洋内波（internal waves）开展了广泛研究。2014年，俄国海洋学家在咸海的不同深度放置了传感器，咸海的表层是淡水，深层则是咸水，传感器在其底层发现了5米高的大浪，表面却依然平静。
在更深的海洋水体中，这样的波浪可能更大。1963年，美国海军的“长尾鲨号”核潜艇（USS Thresher）在北大西洋内爆，有人认为，肇事者就是温跃层（thermocline）的海洋内波——所谓温跃层就是海洋中寒冷致密的深层水与温暖的上层水之间的无形边界。长尾鲨号事故共造成129名船员身亡。（编辑：Steed）
编译自 《新科学家》，Rogue waves: The real monsters of the deep
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发表于 2014-8-19 16:51
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