Aksisymmetriske “spikebølger” overskrider langt grenser som tidligere ble antatt å diktere maksimal høyde på havbølger

I en ny studie om havbølgebryting har forskere vist at bruddatferden til aksesymmetriske “piggbølger” er ganske annerledes enn de lenge etablerte teoriene om brudd på vandrebølger.

Vandrende bølger bryter når bølgene blir så bratte at toppen ikke lenger er stabil. Dette fører til sammenbrudd av bølgebevegelse og energitap. Som et resultat begrenses høyden på bølgen av bryteprosessen.

“Mye av vår forståelse av bølgebryting er rutet i teorier utviklet og eksperimenter utført i to dimensjoner når bølger beveger seg i én retning,” forklarte hovedforfatter Dr. Mark McAllister, Institutt for ingeniørvitenskap, University of Oxford. “Men bølgebrudd i havet er en tredimensjonal prosess.”

For å fastslå forskjellene mellom bølgebryting i to dimensjoner og tre dimensjonerbrukte forskere den sirkulære bølgetanken ved FloWave Ocean Energy Research ved University of Edinburgh for å reprodusere en ekstrem tredimensjonal aksesymmetrisk bølge, piggbølgen.

Resultater fra bølgetanken viste at aksesymmetrisk bølgebrytende atferd var svært forskjellig fra bølgebruddet forbundet med vandrebølger.

Etter hvert som bølgene dannet seg, brøt en stor vertikal vannstråle ut fra toppen av bølgen før den gikk i fritt fall og kolliderte med overflaten av vannet nedenfor.

Eksperimentene viste at, i motsetning til vandrende bølger, ble topphøyden på piggbølgen ikke begrenset av begynnelsen av brudd, men av stabiliteten til strålen.

Dr. McAllister sa: “Denne studien har avslørt de grunnleggende mekanismene som gjør at sterkt retningsbestemt spredning og kryssende bølger kan bli mye større enn andre bølger, og akselerere oppover mye raskere enn tyngdekraften i en kort brøkdel av tid.”

Den nye forskningen på tre størrelsesordener større enn tidligere eksperimenter avslører betydelige implikasjoner for sjøsikkerhet. Som professor Ton van den Bremer, Engineering Science, University of Oxford og Delft University of Technology forklarer, “Spikebølgen er et idealisert eksempel på en type atferd som gjør såkalte kryssende hav, der bølgesystemer beveger seg i forskjellige retninger, så farlig for skipsfart og offshorekonstruksjoner.”

Å forstå dynamikken i piggbølgen kan til slutt føre til fremskritt innen sjøsikkerhet basert på forbedrede data om bølgehøydebegrensninger og bruddatferd i ekstreme forhold.

Studien utført i samarbeid med forskere fra University of Edinburgh, University of Manchester, Shanghai Jiao Tong University og Delft University of Technology er en del av en storstilt undersøkelse av kryssende hav som kan produsere ekstreme tredimensjonale bølger.

“Bølgebrudd og jetdannelse på aksesymmetrisk overflatetyngdekraft bølger,” er publisert i Journal of Fluid Mechanics.

---

---