長久以來，航海者之間流傳著對瘋狗浪（或者說
異常巨浪）的描述，然而，直到二十多年前，這種巨浪才不再只是一種傳說。1995年1月1日，在北海的Draupner石油平臺上，人們才觀察並記錄到了這種驚人的滔天巨浪。這是對於異常巨浪最早的可靠測量之一：它的高度為25.6米，比周圍的浪頭高出兩倍多，被稱為Draupner巨浪。看起來，這種異常巨浪就像是憑空出現的一樣（它們通常在沒有太多預警的情況下突然出現），這一開創性的發現開啟了人們對大海中的異常巨浪持續多年的研究。人們提出了各種各樣的理論，其中也許是最簡單的一種理論認為，海浪是隨機出現的，異常巨浪雖然很罕見，卻是完全可以預期的。其他理論則認為，波浪在特定條件下會變得不穩定，這會導致小的波浪長成大得多的異常巨浪。
○ 在日本畫家葛飾北齋的浮世繪版畫作品《神奈川衝浪裡》裡，就出現了極為洶湧的巨浪。
我們想要看看能否通過在實驗室中重現這種波浪，來理解異常巨浪最初是如何產生的。要在實驗室中重現25米高、數百米寬的巨浪顯然是痴人說夢。於是，我們只好在保持波長與水的深度比，以及波長與波浪的高度比不變的情況下，縮小實驗的規格。雖然實驗中製造的波浪的規模只有真實Draupner巨浪的1/35，但是實驗中製造的波浪是由相同的物理過程決定的。
海浪能達到的高度受限於波浪何時破碎。我們首先嚐試的是用傳播方向相同的波浪來重現Draupner巨浪，然而，這些波浪在遠不及預期高度前（換算回Draupner巨浪高度才大約2米高）就破碎了。
接著，我們又讓兩組較小的波以120度夾角交叉來重現巨浪。結果發現，這樣做是有可能以完整的比例幅度重現原本的Daupner巨浪的。儘管在這種情況下仍然會發生波浪破碎，但是形成的波浪高度不會受到波浪破碎的限制。
1.浪之巔
一般來說，當波峰中的流體比波峰本身的速度快時，會使得流體超過波峰，導致波浪破碎。非交叉式的波浪會產生較大的水平速度，這可能導致卷躍波浪的破碎。當這種類型的破碎髮生時，一股水就會水平地從波峰噴射出來，如下圖第一行所示：
○ 圖片來源：Mark McAllister
當波浪交叉時，大部分的水平運動會抵消，卷躍波浪的破碎不再發生。相反，波浪的破碎主要發生在向上的噴射式情況下（上圖第二行）。關鍵的是，交叉波浪的破碎似乎並不會像卷躍波浪的破碎那樣限制波浪的高度，這使得我們在交叉波浪的情況下能夠以全尺度高度重現Draupner巨浪。
○ Draupner巨波重建圖 | 圖片來源：Mark McAllister
2. 波浪的性質
這項發現不僅闡明瞭著名的Draupner巨浪可能是如何產生的，也說明了在海浪交叉的情況下，波浪破碎的性質和意義。這揭示了之前從未觀察到的波浪破碎模式，與我們目前對於海洋中發生的滔天巨浪的理解差別甚大。
如果能夠準確預測波浪破碎如何開始，那麼不僅能夠更好地理解潛在的異常巨浪的形成，也能夠幫助我們解釋它對各種其他現象的影響。波浪破碎是海洋中一種主要的能量耗散機制，它對精確的預報至為關鍵。波浪破碎時產生的四濺的浪花和空氣夾帶（困在波浪中的氣泡）會影響大氣的混合，以及空氣與海洋之間的熱流，而這反過來會影響許多地球物理過程及其精確的模型。
有趣的是，實驗中產生的波浪與浮世繪《神奈川衝浪裡》中的巨浪驚人地相似，這是日本藝術家葛飾北齋在19世紀初創作的一幅木版畫。這幅版畫描繪了一個巨大的波浪高聳於漁船之上。儘管這種相似是完全偶然的，但研究表明，畫作中描繪的波浪很可能就是異常巨浪，而波浪的形狀與結構預示著巨浪可能是在交叉波浪的情況下形成的。因此，兩種波浪的相似或許並非完全是一種巧合。
撰文：Mark McAllister（牛津大學工程系講師）
原文標題為“How scientists recreated a monster wave that looks like Hokusai's famous image”，首發於2019年1月28日的Smithsonian。原文鏈接：https://theconversation.com/how-scientists-recreated-a-monster-wave-that-looks-like-hokusais-famous-image-110304. 中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準
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