Рогоги хвилі, довге фари морських легенд, тепер визнаються справжніми і небезпечними океанськими явищами. Визначені як хвилі, висота яких не менше двічі значна висота хвилі навколишнього моря, вони були документальні вражаючі кораблі і офшорні платформи з невеликим попередженням. Одним з найвідоміших прикладів є Драуперська хвиля], записані 1 січня 1995 року, в Північному морі, яка вимірювала 25,6 метрів, в середньому 12 метрів. Ця подія підтвердила, що рогові хвилі не є рідкісними аномалії, але призводить до добре підсилюють фізичні процеси - зокрема, що по суті, що потоки динаміка потока є критичною динамікою динамікою динамікою динамікою.

Фізика Рогозької Хвилі

Лінійна суперпозиція

Ранні пояснення рогових хвиль викликається лінійним суперпозиціям: коли зустрічаються багаторазові хвилі, які подорожують на аналогічних швидкостях, їх гребінці можуть вирівняти конструктивно, випускати одну хвилю набагато більше, ніж будь-який окремий компонент. Цей механізм відомий як конструктивні втручання]], безумовно, може виробляти поперечні великі хвилі. Однак лінійна теорія не може враховуватися на екстремальну висоту і наполегливість багатьох спостерігаючих хвиль, які часто з'являються в умовах, де хвильові спектри є вузькі і спрямовані поширення низькі.

Нелінійні механізми

Сучасні дослідження підкреслюють анлайнарну динаміку хвиль] як первинний драйвер. Найвивченим нелінійним механізмом є модульаційні нестабільності], також називають Benjamin-Feir нестабільність. У глибокій воді однорідний хвильовий поїзд нестійкий до періодичних перебурень: невеликі модифікації в амплітуді виростають доцільно, концентруючи енергію хвилі в єдиний великий криш. Нелінійне рівняння Шрьонґера (NLSE) і його розширення описують цей процес, прогнозуючи, особливо ефективні хвилі, що негабаритно потоки, що відбуваються з поточного рівня, що відбуваються з струмінь, що нелінії, що відбуваються.

Хвиля-Сучасне взаємодійне

Повільна динаміка — специфічно взаємодія поверхневих хвиль і базових струмів — грає центральну роль у формуванні хвиль. Коли хвилі пропагують в оппозитивний струм, їх довжина хвилі скорочує і зростає через збереження хвилеподібної дії. Поточний ефективно стискає енергію хвилі, що веде до крутих, майже розриваючи хвилі. Поперечно, наступні струми можуть розтягувати хвилі, зменшуючи висоту. Сильний струм градієнти створюють , фокусуючись], де кілька хвильових променів конверж, концентрують енергію в невелику область. Цей процес є аналогом, щоб зробити світло, фокусування через екстремальний об'єктив, навіть через екстремальний об'єктивний об'єктив.

Flow Динаміка як ключовий фактор

Океанські струми та зсув

океанські струми не однорідні; вони містять вертикальні і горизонтальні зсуви. Shear змінює ефективний струм, що переживає хвилі на різних глибинах, змінює їх швидкість поширення і напрямок. Дослідження показали, що поточний зсув може або посилити або пригнічувати модуляційну нестабільність залежно від його напрямку відносно хвильового поля. Наприклад, струм, що відрізняється лінійно з глибиною, може збільшити швидкість зростання бокових нестабільностей, що робить рогові хвилі більш ймовірними. Поле вимірювання в Агулхас струму з Південної Африки, де сильні оповідні струми поширені, мають документальне значення, що підтверджує багато значення.

Топографічні ефекти

Вертографія моря — цесучасні каньйони, хребти та полки — вплив динаміки потоку кермових струмів та вогнетривкої хвилі. За мілковидної хребта знижується швидкість хвилі, що викликає хвилі для конверження та затемнення. Коли це вогнегасання поєднується з оппозитивним струмом, фокусуючий ефект з'єднаний. Чисельні моделювання демонструють, що певні халатометричні функції можуть створювати «гарячі плями» для виникнення рогової хвилі. Розуміння цих топографічних взаємодій є життєво важливим для розміщення офшорних вітрових ферм і нафтових платформ у безпечній зоні.

Турбулентність і хвиля фокусування

Турбулентні коливання в океані, що генеруються вітром, розбиттям хвиль і струмів, додають ще один шар складності. Турбулент може розсіювати енергію хвилі, але це також може виробляти когерентні структури], які хвилі каналу енергії в єдиний напрямок. Великі масштабні турбулентні гине з масштабами, що порівняні з хвилями груп, можуть виступати як лінзи, фокусуючи енергію хвилі вниз до точки. Лабораторні експерименти показали, що введення керованого турбулента в хвилюючий танк збільшує ймовірність збереження рогової хвилі, навіть коли хвиля поле є інакше лінійним.

Спостереження за поширеністю

Вимірювання поля

Драупнерна хвиля залишається золотом стандартом, але багато інших вимірювань існують з платформ і буй. North Sea Alwyn платформа записано 20-метрову хвилю в 1997 році. У 2013 році буйф з узбережжя Ірландії вимірювала 21-метрову хвилю під час буріння. Ці спостереження за супутниками часто виникають біля сильних струмів (наприклад, потоку, Курошіо, Агулхас). Супутникові альйтри також виявили екстремальні хвилі над великими ділянками, що зв'язують їх регіонились на високі поточні регіони.

Лабораторія експериментів

Контрольні експерименти в хвилях димових і танках були відреаговані рогові хвилі з використанням поточного індукованого фокусування. Дослідники генерують хвильовий поїзд, а потім вводять протипоточну; висота хвилі може збільшити фактором двох-трьох. Експерименти також досліджують роль вітрового засобі], поєднані з струмами, демонструючи, що вітер може забезпечити додаткову енергію, яка викликає нестабільність. Результати експериментів на моделі]Maritime Research Institute Netherlands (MARIN) і Універсифіковані параметри

Чисельні моделювання

Моделювання високої чіткості з використанням повністю нелінійних потенційних рівнянь потоку або рівняння Navier-Stokes дозволяють дослідникам вивчати формування хвильових хвиль у реалістичних океанічних умовах. Ці моделювання включають довільні поточні профілі, змінну ванометрію та спектральні хвилі введення. Нездатний результат полягає в тому, що рогові хвилі у перетині морів - коли дві хвилі від різних напрямків взаємодіють - сильно впливають на рівні струми. Симулятори показують, що навіть скромний струм (0.5 м/с) можуть подвійний ймовірність розривної хвилі. WAVEWATCH III модель NOAA

Застосування для Морської безпеки та інженерії

Прогнозування моделей

Операційні системи прогнозування хвиль традиційно використовують спектральні моделі, які припускають лінійний або слабо нелінійний морський стан. Некорпоративна динаміка потоку покращує свою здатність прогнозувати елогову хвилю ймовірність. Європейський центр для середньорангових прогнозів погоди (ECMWF)] розробило індекс ймовірності рогів на основі сучасних градієнтів і хвильової крутості. Компанії-постачання та нав'язі використовують ці показники для перервтування суден з високороскових зон. Наприклад, під час проходження сильної бурі в Agulhas Поточний, оповіщення видаються на реальних супутниках.

Дизайн судна

Розуміння, що розрив хвилі, швидше за все, в регіонах з сильними оппозичими струмами, впливає на структурний дизайн суден і офшорних платформ. Дизайнери тепер розглянемо дизайн висоти хвилі в таких областях, щоб бути більш високим, ніж стандартна 100-річна хвиля повернення. Динаміка систем позиціонування на бурових кораблях і плаваючі виробничі установки можуть включати поточні прогнози, щоб уникнути небезпечних хвильових груп. Крім того, форма корпусу оптимізовані для виживання крутих, розривних хвиль, що призводить до поточного індукованого фокусування.

Офшорні структури

Фіксовані та плаваючі офшорні конструкції повинні витримати екстремальні хвильові навантаження. Недолік Ocean Ranger та інші платформи частково атрибутуються до розривних хвиль. Сучасні дизайнерські коди, такі як Міжнародна організація стандартизації (ISO) та американський нафтотехнічний інститут (API)], вимагають, що ефекти струмів будуть включені в розрахунку хвильових навантажень. Це означає, що з використанням повною хвилею-поточної моделі для створення проектних морських станів, які є фізично послідовно послідовно.

Майбутні напрямки досліджень

Незважаючи на значні досягнення, залишаються кілька питань. Роль , що вимірюються ефекти] не повністю розуміє: більшість лабораторних досліджень двовимірні, але океан властиво об'ємним. Повністю 3D моделювання з реалістичними полями струму є обчислювально дорогими, але необхідними. Взаємодія рогових хвиль з внутрішні хвилі і , тентицидні струми], також гарантує розслідування. Внутрішні хвилі можуть модулювати поверхневі струми і створювати схеми потоку, які стимулюють вимірювальні хвилі.

Висновок

Динаміка потоку не є периферичного фактора, але центральним двигуном у формуванні рогових хвиль. Переплеск струмів, зсуву, турбулентності та топографії моряків створює умови, в яких збуджуються енергетичні концентрати в один, руйнівні кришта. Поле спостереження, лабораторні експерименти, чисельні імітації всіх конвержджів на тому ж укладанні: облік руху та взаємодії водних мас необхідно розуміти, коли і де будуть витілюватися рогові хвилі. Продовжені інвестиції в моніторинг океанових струмів, передові моделювання, і експериментальні дослідження є важливим для захисту життя і майна на морі. Як змін клімату змінює сучасні візерунки, і бурючі нерівності, тільки краще потоки, що вимагають тільки для забезпечення безпеки, що вимагають, що є важливими, що є тільки для забезпечення безпеки.