海のキラー波を予測する方法は？

Posted On: 6月 4, 2022

高層ビルと同じくらい高い危険な波であるキラー波がいつ現れるかを予測することは、研究者にとってパズルのままです。

フランスの砕氷船アストロラーベが捕らえた南極海のキラーウェーブ。画像： ヴェロニックサラノ

1826年、フランスの科学者で海軍士官であるジュールデュモンデュルヴィル大尉は、インド洋を横断する際に強い嵐に遭遇しました。彼は、アストロラーベから30メートル上にある水の壁を観察しました。嵐の間にデュモンデュルビルが見た高さ24メートルを超える多くの波の1つでした。彼の乗組員の1人が行方不明です。しかし、デュモンデュルヴィルが本土に戻った後、彼の3人の目撃者の話は非常に奇妙に見えたため、誰もがパラノイアと見なしていました。

当時の科学者たちは、波の高さは約30フィートしかないと信じていたため、19世紀の海での巨大な波の報告のいくつかは海の謎と見なされていました。キラー波や有毒波に遭遇した多くの船員が生き残ってそれらについて話すことができなかったため、研究者が記録が非常にまばらであることに気付いたのはずっと後のことでした。

今日、キラー波は周囲の波の2倍以上の高さの波として定義されています。これらは、突然、どの方向からでも現れる可能性のある大きな波です。急なエッジと深いトレンチが下にあるキラーウェーブは、海からまっすぐに出てくる水の壁に似ています。荒れた海での嵐の際に発生する可能性がありますが、穏やかな海でも記録されるため、予測が困難です。

科学者たちは1990年代半ば以降、キラーウェーブを実際の現象として認識してきましたが、これらのウェーブから船員を安全に保つことは依然として困難な課題です。比較的まれではありますが、公海上で船に衝突すると、生命や財産に深刻な被害を与える可能性があります。広大な海の真っ只中で、キラー波を形成する多くの力の相互作用を定義することは困難です。最近、数学者はブイから収集されたリアルタイムデータを統計モデリングと組み合わせて、キラー波が形成される原因をよりよく理解しました。彼らの研究は、彼らが攻撃する前にキラーウェーブを予測するのに役立つ可能性があります。

キラーウェーブの形成の理論

キラー波の生成につながる波動を説明する2つの主要な数学的理論があります。線形加算の仮説によれば、波はさまざまな速度で海を通過します。それらが衝突すると、それらは強くなり、有毒な波を生み出します。非線形フォーカシングと呼ばれる2番目の理論は、波がクラスターで伝わり、互いにエネルギーを与え合い、キラー波を形成すると述べています。研究者が確信できない理由は、キラーウェーブが非常にまれだからです。今日でも、品質追跡データは不足しています。

オーストラリアのシドニー大学の波動物理学者であるアミン・チャブシューブ氏は、「通常、海のキラー波は、前後に何が起こったのかを知らずに、特定の場所にあるブイから測定されます」と述べています。 Chabchoubが実施した2019年の調査では、キラーウェーブのいくつかの目撃とパターンが評価されました。研究チームは、キラー波を生成するメカニズムは、海面状態と呼ばれる海の多くの要因によって異なる可能性があると結論付けています。

キラー波の限られた観測をサポートするために、科学者は波のプールに依存してきました。「ラボの再構築は、海面で起こっていることをほぼ正確にシミュレートします」とChabchoub氏は言います。このタイプの実験では、制御環境には独自の制限がありますが、電流と風の両方を組み込むこともできます。

波のプールのような狭い溝に水が閉じ込められていると、大きな波が形成されて観察されやすくなります。しかし、ジョージア工科大学のエンジニアであるフランチェスコ・フェデレ氏は、波が海のようにすべての方向に伝播することはできないため、このような実験はやや非現実的だと述べています。

予測技術の開発

米国海洋大気庁は、WAVEWATCH IIIプログラムを使用して、潜在的に危険な海域を1時間ごとに予測できるシステムを開発しています。 2019年にリリースされた最新バージョンは、Fedeleが2012年に開発した確率式を使用して、特定の時間と場所での海の極端な状態を予測します。これは、ボートに乗る人が危険な水域を回避するのに役立つ便利なツールですが、突然のキラーウェーブからボートを保護するには十分ではありません。

バンクーバー島の近くで2020年のキラー波を分析したカナダのビクトリア大学の研究者であるヨハネス・ジェムリッチは、キラー波は波が異なる速度で移動し、時には互いに衝突するときに最も頻繁に現れると言います。しかし、彼は波の非対称性（より高い山とより低い谷を持つ波）も役割を果たしていると考えています。

科学者たちは波をリアルタイムで予測する技術を開発していますが、新しい方法は実際の条件でテストする必要があります。これは、キラー波が非常にまれであることを考えると難しいことです。多くの場合、波の速度に一致するように計算を加速する必要があります。荒れた海ではわずか10〜15秒でキラー波が発生する可能性があるため、このような短時間で迅速かつ正確な予報を行うことは困難です。

科学者は、予測を行うために、船の近くの波を継続的に測定するレーダーシステムを必要とします。これにより、当時の海面をシミュレートする数学モデルを介してデータを実行できます。このモデルは、5分ごとに海面の状態を計算し、次の数分間に海の波がどのように発達するかを比較的正確に予測します。しかし、そのようなシステムはまだ実現されていません。「技術はすでに存在している。問題は、どのようにして十分に速く予測するかということだ」とフェデレ氏は強調した。

カン（従う ナショナル・ジオグラフィック）。