2025-05-23 21:24来源:本站
曾几何时,关于船只在不知从哪里冒出来的巨浪中幸存下来的报道被认为是自我夸大的幻想。然后,大家一致认为,狂暴的海浪确实存在,而不仅仅是被太阳晒得晕头转向的水手的幻觉,也不仅仅是桅杆上发生的事情的借口。但它们被认为是极其罕见的,大约每10000年才出现一次。
然后,人们开始意识到,异常波并不罕见,但对它们的测量却很罕见。
如今,异常涌浪已被充分记录和测量,但它们始终是令人不快的意外。它们甚至被定义为不可预测的。如果澳大利亚国立大学(Australian National University)的内尔·阿赫迈耶夫(Nail Akhmediev)教授的估计是正确的,那么预测它们将是一项特别有用的能力。他的估计是,它们不是每10000年发生一次,而是在任何特定时刻都有10次。
现在,马里兰大学的Thomas Breunung和Balakumar Balachandran描述了他们开发的一种技术,可以提前五分钟预测异常海浪。他们的研究发表在周四的《自然》杂志《科学报告》上。
他们声称,他们的数据驱动方法可以提前一分钟识别75%的异常浪,提前五分钟识别73%的异常浪。
对于水手、海上石油钻井平台工人等来说,提前了解异常海浪(定义为在该地点和时间至少是正常海浪的两倍)是宝贵的知识,可以让他们有机会做好准备,关闭敏感系统,或者至少做好准备。
60英尺高的巨浪击中了阿拉斯加湾的油轮。那艘船在颠簸中行驶
大约25英尺的海面。摄于海外芝加哥大桥,2010年9月。图片来源:罗杰·威尔逊船长,格陵兰,新罕布什尔州。
尽管几代水手讲述的关于巨浪的故事被认为是夸大其词,但一家能源公司证明了它们的存在。
1995年,一股高达26米(85英尺)的巨浪袭击了北海距离挪威海岸160公里(100英里)的Draupner天然气平台。它的高度是正常波幅(12米)的两倍多。
钻井平台遭到破坏,科学界感到震惊和困惑,因为“Draupner畸形波”不符合波浪产生的模型。
这张图显示了Draupner巨浪,高达26米(85英尺)。皮特·卡布里哈在70英尺高的海面上冲浪
毛伊岛北岸的巨浪。信贷:美联社
在那之后,证据开始大量涌现,包括巨浪的卫星图像和来自船只的报告,包括不来梅号和新喀里多尼亚号,关于30米高的意外海浪。历史记录突然获得了新的可信度。
根据美国国家海洋和大气管理局大湖环境研究实验室的保罗·刘(Paul Liu)的一份历史性巨浪灾难清单,其中一次是1498年哥伦布船队沿着特立尼达南端航行时发生的。探险者报告说听到了“可怕的咆哮”,并观察到有桅杆那么高的波浪。舰队幸存了下来。
1853年,载有450多人的移民船安妮·简号从利物浦驶往加拿大,在一次巨浪中遇难。然而,有102人在破损的甲板上漂流,躲过了这场灾难,到达了维特塞岛(外赫布里底群岛之一),据说他们在那里受到了不热情的欢迎。
刘还重述了1884年木犀草号游艇的可怕故事。的确,它是在与风暴系统搏斗,但真正杀死它的是一个“可怕的”12米高的巨浪。船长和三名船员乘一只小艇逃走了。在没有给养的情况下漂浮了将近三周后,他们吃掉了那个小男孩,五天后被一艘路过的船只救起。
TS不来梅号在最后一次为北德意志劳埃德横渡大西洋时遇到了暴风雨。信贷:iebgard
让我们明确一点,流氓浪不是海啸。海啸涉及到水柱的运动,可以穿越海洋盆地。你甚至可能不会注意到公海上的海啸,尽管当它到达大陆架时你会注意到。
流氓浪是当地的事件,你肯定会注意到一个,无论是在海中还是在岸上。当它们出现在海岸上时,通常被称为“运动鞋波”,因为它们是悄悄出现的。
海啸可以持续数小时,甚至波及全球,而且不止一次。巨浪出现,隐约出现,消失,然后消失。
2012年,日本陆前高田市,被海啸连根拔起的松树散落在海滩上。图片来源:Daniel Berehulak/Getty Images via AP
海啸是由地震、海底滑坡或滑入海中引起水柱移动引起的。
导致异常波的原因仍在研究中。或者用英语来说:不知道。从技术上讲,至少在某些情况下似乎涉及到波的叠加。但就像天气系统、生物系统、气候系统和行星系统一样,医学艺术——参数的数量惊人地多,所以可能没有一个原因。
事实上,Breunung和Balachandran并没有阐明因果关系。他们的预测完全是由浮标的数据驱动的:这些海浪形成的环境,而不是为什么。
“我们专注于预测(基于极端事件之前的波浪数据),而不是理解因果关系,”布伦在电子邮件中证实。
一个巨大的波浪高耸的船尾NOAA船特拉华II。大西洋,新英格兰海山链。2005。信贷:人员
美国国家海洋和大气管理局特拉华2号船的隧道。
该预测系统由一个经过训练的神经网络组成,该网络可以区分将会出现异常浪和不会出现异常浪的海浪。
神经网络不是生物性的。IBM解释说,这是一个通过模仿我们神经系统的过程来模拟生物学的机器学习程序。它们在图像识别和翻译、生物化学和蛋白质组学、天气预报等大数据场景中越来越常见。这样的系统依赖于大量的数据输入。
作者解释说,该团队使用来自美国和太平洋岛屿海岸的172个浮标的1400万个30分钟的海面高度测量样本来训练他们的网络。然后,他们训练神经网络区分极端波之前的波和没有极端波之后的波,Breunung和Balachandran说。
如上所述,他们声称他们的发明正确地预测了未来一分钟内四分之三的异常浪的出现,以及未来五分钟内73%的异常浪的出现。
此外,该工具还预测了在其他两个浮标上测量到的75%的异常波,这些浮标不是研究的一部分,这表明通过机器进行外推可以广泛使用。
1940年左右,法国比斯开湾,狂暴的巨浪逼近商船。发表于1993年秋季的《水手天气日志》。来源:美国国家海洋和大气管理局
所有这些都表明,巨浪可能仍会悄悄爬上船只、石油钻井平台或海滩毯子——但理论上,大多数海浪是可以预测的。
他们是如何区分前流氓浪的?“有时异常浪之后/之前可能会有较大的(但不完全是异常的)浪。然而,情况并非总是如此。”
在他们的研究中,他们选择了波浪测量之间至少一分钟的时差。但在这一点上,他们不能确切地说巨浪前一分钟的海浪和没有极端海浪的海浪有什么不同。
他解释说,重要的是,经过训练的神经网络在四分之三的异常波中发现了不同的模式,并补充说:“目前还不清楚这些不同的模式究竟是什么,但来自可解释/可解释的人工智能的工具可能有助于提高我们的理解。”
他们是否在浮标的数据海洋中发现了“异常波热点”?Breunung指出他们并没有在寻找这个。他说:“然而,在之前的研究中,对同一浮标数据波的部分数据进行了分析,并报告了一些区域差异。”
一旦位置被添加到他们的数据体中,也许我们可以找到这些假定的热点在哪里,然后要么航行到那里,要么不航行到那里。