Ученые из Морского гидрофизического института РАН решили проверить, можно ли предсказывать появление гигантских волн-убийц с помощью математических формул. Оказалось, что природа куда более непредсказуема, чем самые продвинутые модели!
Исследователи изучали «эксцесс» — статистическую величину, которая показывает, насколько часто появляются экстремально высокие волны. Раньше считалось, что его можно рассчитать, зная всего два параметра: крутизну волн и их «обратный возраст» (соотношение скорости ветра и скорости волн). Формулы для этого были выведены на основе известной спектральной модели JONSWAP, которая давно используется в океанографии.
Чтобы проверить теорию практикой, ученые обратились к данным с реальной океанографической платформы в Черном море, которая, словно верный страж, годами записывает все капризы морской поверхности. И вот что выяснилось: реальные волны ведут себя гораздо вольготнее, чем предписывают им модели. Эксцесс в море меняется в гораздо более широких пределах, и его связь с крутизной волн и их возрастом оказалась поразительно слабой — коэффициенты корреляции составили 0,06 и 0,05. Если бы это была школьная оценка, то это был бы твёрдый «неуд». Модельные формулы, хоть и пытаются описать среднее состояние моря, систематически завышают значения эксцесса и, что самое важное, никогда не предсказывают отрицательных значений, которые в реальности периодически встречаются. Видимо, море иногда позволяет себе не только пики, но и статистические «ямы».
Самое же главное открытие касается предсказания аномальных волн. Считается, что они возникают, когда эксцесс превышает порог в 0,6–0,7. Однако максимальные значения, которые выдают модели даже для предельно крутых волн, не дотягивают и до 0,3. Получается, что существующие формулы, основанные на спектре JONSWAP, просто не «видят» той зоны риска, где рождаются волны-монстры.
Таким образом, работа учёных — это важное напоминание о том, что наше море, хоть и изученное, всё ещё полно сюрпризов. Математические модели — отличные помощники, но они пока не могут полностью осмыслить всю сложность и суровую красоту реальной морской стихии. Так что, отправляясь в плавание, всё же стоит доверять не только расчетам, но и зоркому взгляду матроса, высматривающего на горизонте подозрительный горбатый гребень. Исследование продолжается, и кто знает, может быть, именно благодаря таким работам мы однажды научимся точно предсказывать рождение океанских гигантов, сделав мореплавание ещё немного безопаснее.
Исследование опубликовано в журнале «Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря»
