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法国毛穆松湾的一个波浪。图片：uux.cn/Fabien Duboc

（神秘的地球uux.cn）据《大众科学》（劳拉·贝萨斯著）：海浪不仅仅是翻滚和破碎。大多数波浪不是单向的；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观察到，同时向多个方向移动的波浪在破裂前会变得陡峭两倍，甚至达到比以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陡，而波浪通常会消散。9月18日发表在《自然》杂志上的一项研究描述了这一发现。

跨海

我们对波浪如何破裂的理解主要是单向波浪的模型。它们向外滚动，形成一个顶峰，然后断裂。然而，海浪实际上可以向许多方向传播，它们很少能适应这个简化的二维模型。

都柏林大学学院和ENS Paris Saclay的研究合著者兼数学家Frederic Dias在一份声明中说：“无论我们是否愿意，水波在现实世界中往往是三维的，而不是二维的。”。“在3D中，波浪可以通过更多的方式破碎。”

3D海浪的运动更为复杂。当波浪都从不同的方向进入并垂直射击而不是仅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“穿越”时产生的。这些“跨海”发生在波浪系统相互相遇或风突然改变方向时，如飓风。

荷兰代尔夫特理工大学的研究合著者兼工程师Ton van den Bremer在一份声明中说：“一旦传统的波浪破裂，它就会形成一个白色的帽子，没有回头路。”。“但当一个具有高方向性传播的波浪破裂时，它可以继续增长。”

三种不同的波浪破碎现象的图示：I型翻转“行波破碎”，II型垂直射流形成“驻波破碎”和III型“行波驻波破碎”。在III型中，近垂直射流从快速移动的脊中发出，该脊是在交叉波峰相长干涉时形成的。在实验过程中捕获了相应的图像。致谢：uux.cn/McAllister等人，2024年

进入水箱

这项研究是在爱丁堡大学的FloWave海洋能源研究设施进行的。室内水箱模拟了圆形多向波浪和洋流，研究小组随后进行了测量，他们的模型解释了第三维。

该研究的合著者、曼彻斯特大学海洋工程师萨姆·德雷科特在一份声明中说：“我们表明，在这些定向条件下，波浪在破裂前可能会远远超过通常假设的上限。”。“与单向（2D）波不同，多向波在破裂前可以变大一倍。”

位于爱丁堡的FloWave海洋能源研究设施。该圆形盆地直径为25米（82英尺），可用于从多个方向产生波浪。鸣谢：uux.cn爱丁堡大学。

这项研究还建立在2018年的一项研究的基础上，该研究首次使用该坦克重现了臭名昭著的Draupner怪胎波。1995年1月1日，在距离挪威海岸约100英里的北海Draupner天然气平台上，一台激光测量到83英尺高的巨浪。它仍然是迄今为止探测到的最大的反常波之一。

预测、建筑和二氧化碳

根据该团队的说法，更好地理解3D波可能会在几个领域产生影响。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，海洋结构物的设计和安全特征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，以解释3D波更复杂和极端的行为。

研究合著者、牛津大学机械工程师Mark McAllister在一份声明中表示：“在海上风力涡轮机和其他海洋结构物的设计中，波浪的三维性经常被忽视。我们的研究结果表明，这可能会导致对极端浪高的低估，并可能导致设计不太可靠。”。

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。

Draycott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，同时也影响海洋中浮游植物和微塑料等颗粒物的运输。”。

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