极端的三维海浪高度可以达到之前认为的 4 倍

海浪不仅仅是翻滚和破碎。大多数波浪都不是单向的；它们不仅仅是在二维平面上移动，正如许多当前模型所描述的那样。研究波浪三维特性的科学家发现，同时向多个方向移动的波浪在破碎前会变得陡峭两倍，甚至达到比之前认为的陡峭四倍的高度。这些波浪在破碎后甚至会继续变得更陡峭，而通常情况下，波浪往往会在破碎后消散。这项研究发表在 9 月 18 日发表在《自然》杂志上的一项研究中。

跨越海洋

我们对波浪破碎方式的理解主要是单向波浪模型。它们向外滚动，形成波峰，然后破碎。然而，海浪实际上可以向多个方向传播，它们很少能适应这种简化的二维模型。

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“无论我们是否愿意，在现实世界中，水波通常是三维的，而不是二维的，”研究合著者、都柏林大学学院和巴黎-萨克雷高等师范学院的数学家弗雷德里克·迪亚斯 (Frederic Dias) 在一份声明中表示。“在 3D 中，波浪破碎的方式更多。”

3D 海浪的运动更为复杂。当海浪从不同方向涌来并垂直射击而不是仅水平射击然后达到顶峰时，它们就会形成。最极端的 3D 波浪是在波浪系统“交叉”时产生的。当波浪系统相遇或风突然改变方向（例如飓风）时，就会发生这些“交叉海浪”。

“一旦常规波浪破裂，就会形成白色波浪帽，无法返回，”研究报告合著者、荷兰代尔夫特理工大学工程师 Ton van den Bremer 在一份声明中表示。“但当具有高方向性扩散的波浪破裂时，它会继续增长。”

进入坦克

这项研究是在爱丁堡大学的 FloWave 海洋能源研究中心进行的。室内水箱模拟了圆形多向波浪和水流，随后团队对其进行了测量，并在他们的模型中加入了第三维度。

“我们发现，在这些定向条件下，波浪在破碎前可以远远超过通常假设的上限，”研究合著者、曼彻斯特大学海洋工程师 Sam Draycott 在一份声明中表示。“与单向 (2D) 波浪不同，多向波浪在破碎前可以变得两倍大。”

这项研究还以 2018 年的一项研究为基础，该研究首次使用该水箱重现了臭名昭著的德劳普纳异常海浪。1995 年 1 月 1 日，位于挪威海岸约 100 英里外的北海德劳普纳天然气平台的激光测量到 83 英尺高的异常海浪。它仍然是有史以来探测到的最大异常海浪之一。

预测、建筑和二氧化碳

研究团队表示，更好地了解三维波浪可能会对多个领域产生影响。它可以改善船舶的天气预报，帮助建立新的气候模型，并为海上结构设计提供信息。目前，海洋结构的设计和安全特性基于二维标准波浪模型。这些发现可以帮助公司审查其结构，以考虑三维波浪更复杂和极端的行为。

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这项研究的共同作者、牛津大学机械工程师马克·麦卡利斯特在一份声明中表示：“在海上风力涡轮机和其他海洋结构的设计中，波浪的三维性经常被忽视，我们的研究结果表明，这可能导致对极端海浪高度的低估和潜在的可靠性设计。”

它还可以帮助我们了解影响地球健康的一些关键海洋过程。

德雷科特说：“波浪破碎在海气交换中起着关键作用，包括吸收_二氧化碳，同时也影响海洋中颗粒物的输送，包括浮游植物和微塑料。”