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科技之光：用计算机算出巨浪
当巨浪突然从海面升起时，它的高度可能是周围海浪的几倍，有时甚至高达30米。即使是对于最大型的船只，它们也是极其严峻的威胁。与海底大地震引发的海啸不同，这类恶浪并没有明确的起源，也无从预测。如果想预报恶浪形成的时间和地点，充分理解恶浪的形成机制对科学家而言就变得十分重要。
一支由多个国家的数学家组成的团队展示了一种预测恶浪的新方法，这是他们通过大型水箱实验获得的成果。团队成员包括纽约大学的埃里克·范登-埃登（Eric Vanden-Eijnden），意大利都灵大学的乔瓦尼·德马泰（Giovanni Dematteis）和米格尔·奥诺拉托（Miguel Onorato），以及英国沃里克大学的托拜厄斯·格拉夫克（Tobias Grafke）。
他们的方案基于数学中的“大偏差”理论，可以确定某个罕见事件出现的概率到底有多低。这些科学家将恶浪的发生视为一个统计学主体，称为瞬子，这也是在粒子物理、信息理论以及风险管理的计算中会出现的一种特殊波形。
在挪威，这支团队利用一个270米长的水箱模拟恶劣的海洋情况，进一步优化了模型，相关研究发表在《物理评论X》杂志上。这个水箱是定制的，能制造出各种研究人员希望的波浪特征。通过分析不同波形的互相叠加，研究人员识别出了能导致恶浪的前兆特征，这些特征仅有厘米级尺度。
大偏差理论显示，对于任何能够导致巨浪的波形组合而言，无论其初始状况如何，都会产生一种具有独特形状的大波浪。从数学角度来说，这意味着在恶浪形成的过程中，一般都会经历最容易导致罕见事件的路径。水箱的测试结果也佐证了这一点。范登-埃登说：“恶浪都是相似的，普通的波浪则各有各的普通。”
阿尔维泽·贝内塔佐（Alvise Benetazzo，并未参与这项研究）是意大利海洋科学研究院的研究员。他评价道，该团队的模型“似乎协调了两种迄今用来解释恶浪形成的主流理论。”有一种理论认为，巨浪单纯地源于小型波浪的组合和堆叠；而另一种理论则提出，波浪的形态差异会指数级地放大高度差。但到目前为止，这两种理论各自并不完全符合已有的观察记录或是实验结果。
本次研究的成果重新解释了这两种效应的价值。也就是说，在不同的水文条件下两种效应的贡献程度有所浮动，这种贡献程度又可用于估计在任何给定的海洋状况下，恶浪诞生的可能性以及能够达到的高度。研究团队对他们提出的模型非常乐观，如果能够进一步考虑现实世界中的风、洋流和其他运动形式的特征，这套模型或许可以整合到一艘船舶、一座灯塔以及其他与海洋相关的平台上，为它们提供预测系统。
贝内塔佐说：“现在还需要做很多的测试才行，尤其是现场测试。现场才是我们想要解释恶浪成因的真正场所。”
撰文：雷切尔·伯科维茨（Rachel Berkowitz）
翻译：董子晨曦
文章来源：环球科学
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