长久以来,航海者之间流传着对疯狗浪(或者说异常巨浪)的描述,然而,直到二十多年前,这种巨浪才不再只是一种传说。1995年1月1日,在北海的Draupner石油平台上,人们才观察并记录到了这种惊人的滔天巨浪。这是对于异常巨浪最早的可靠测量之一:它的高度为25.6米,比周围的浪头高出两倍多,被称为Draupner巨浪。
看起来,这种异常巨浪就像是凭空出现的一样(它们通常在没有太多预警的情况下突然出现),这一开创性的发现开启了人们对大海中的异常巨浪持续多年的研究。人们提出了各种各样的理论,其中也许是最简单的一种理论认为,海浪是随机出现的,异常巨浪虽然很罕见,却是完全可以预期的。其他理论则认为,波浪在特定条件下会变得不稳定,这会导致小的波浪长成大得多的异常巨浪。
○ 在日本画家葛饰北斋的浮世绘版画作品《神奈川冲浪里》里,就出现了极为汹涌的巨浪。
我们想要看看能否通过在实验室中重现这种波浪,来理解异常巨浪最初是如何产生的。要在实验室中重现25米高、数百米宽的巨浪显然是痴人说梦。于是,我们只好在保持波长与水的深度比,以及波长与波浪的高度比不变的情况下,缩小实验的规格。虽然实验中制造的波浪的规模只有真实Draupner巨浪的1/35,但是实验中制造的波浪是由相同的物理过程决定的。
海浪能达到的高度受限于波浪何时破碎。我们首先尝试的是用传播方向相同的波浪来重现Draupner巨浪,然而,这些波浪在远不及预期高度前(换算回Draupner巨浪高度才大约2米高)就破碎了。
接着,我们又让两组较小的波以120度夹角交叉来重现巨浪。结果发现,这样做是有可能以完整的比例幅度重现原本的Daupner巨浪的。尽管在这种情况下仍然会发生波浪破碎,但是形成的波浪高度不会受到波浪破碎的限制。
1.浪之巅
一般来说,当波峰中的流体比波峰本身的速度快时,会使得流体超过波峰,导致波浪破碎。非交叉式的波浪会产生较大的水平速度,这可能导致卷跃波浪的破碎。当这种类型的破碎发生时,一股水就会水平地从波峰喷射出来,如下图第一行所示:
○
○ 图片来源:Mark McAllister
联系客服