極端な3D海洋波は、これまで考えられていたよりも4倍の高さに達する可能性がある

海の波は、ただ転がったり砕けたりするだけではありません。ほとんどの波は一方向ではなく、現在の多くのモデルで説明されているように、単に2次元平面を移動しているわけではありません。波の3次元的特性を研究している科学者は、一度に複数の方向に移動する波は砕ける前に2倍の傾斜になり、これまで考えられていたよりも4倍の高さに達することもあることを観察しました。これらの波は、通常は波が消える傾向がある砕けた後も、さらに傾斜が強くなります。この発見は、9月18日にネイチャー誌に掲載された研究で説明されています。

海を渡る

波がどのように砕けるかについての私たちの理解は、主に一方向の波のモデルに基づいていました。波は外側に転がり、波頭を形成し、そして砕けます。しかし、海の波は実際にはさまざまな方向に伝わるため、この単純化された 2 次元モデルに当てはまることはほとんどありません。

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「私たちが望むと望まざるとにかかわらず、現実の世界では水の波は2次元よりも3次元であることが多い」と、研究の共著者でダブリン大学とパリ・サクレー校の数学者フレデリック・ディアス氏は声明で述べた。「3次元では、波が砕ける方法が多くある」

3D の海の波は、より複雑な動きをします。3D の海の波は、波がすべて異なる方向からやってきて、水平方向にのみ波が打ち寄せて頂点に達するのではなく、垂直方向に波が打ち寄せるときに形成されます。最も極端な種類の 3D の波は、波のシステムが「交差」するときに発生します。これらの「交差する海」は、波のシステムが互いに出会ったとき、またはハリケーンのように風が突然方向を変えたときに発生します。

「通常の波は一度砕けると白い波頭を形成し、元に戻ることはできない」と、オランダのデルフト工科大学のエンジニアで研究共著者のトン・ファン・デン・ブレマー氏は声明で述べた。「しかし、高い方向性を持つ波は砕けると、成長し続ける可能性がある」

タンクの中へ

この研究は、エディンバラ大学のフローウェーブ海洋エネルギー研究施設で実施されました。屋内のタンクで円形の多方向波と流れをシミュレートし、研究チームはそれを計測し、モデルは3次元を考慮しました。

「このような方向性のある状況では、波は砕ける前に一般に想定される上限をはるかに超える可能性があることがわかった」と、研究の共著者でマンチェスター大学の海洋エンジニア、サム・ドレイコット氏は声明で述べた。「一方向（2D）の波とは異なり、多方向の波は砕ける前に2倍の大きさになることがある」

この研究は、このタンクを使って悪名高いドラウプナー異常波を初めて再現した2018年の研究にも基づいている。1995年1月1日、ノルウェー沖約100マイルの北海ドラウプナーガスプラットフォームのレーザーが、高さ83フィートの異常波を計測した。これは、これまでに検出された異常波の中でも最大級のものだ。

予測、建築、二酸化炭素

チームによると、3D 波をより深く理解することで、いくつかの分野に影響が出る可能性がある。船舶の天気予報を改善し、新しい気候モデルの構築に役立ち、海洋構造物の設計に役立つ可能性がある。現在、海洋構造物の設計と安全機能は、2D 標準波モデルに基づいている。これらの発見は、企業が構造を見直し、3D 波のより複雑で極端な動作を考慮するのに役立つ可能性がある。

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「波の三次元性は、洋上風力タービンやその他の海洋構造物の設計では一般的に見落とされることが多いが、我々の研究結果は、これが極端な波高の過小評価や、信頼性の低い設計につながる可能性があることを示唆している」と、研究の共著者でオックスフォード大学の機械エンジニア、マーク・マカリスター氏は声明で述べた。

また、地球の健康に影響を与える重要な海洋プロセスのいくつかを理解するのにも役立つ可能性があります。

「波の砕け散りは、_{二酸化炭素}の吸収を含む大気と海の交換において極めて重要な役割を果たしているが、同時に、植物プランクトンやマイクロプラスチックを含む海洋中の粒子状物質の輸送にも影響を与えている」とドレイコット氏は述べた。