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
当波浪交叉时，大部分的水平运动会抵消，卷跃波浪的破碎不再发生。相反，波浪的破碎主要发生在向上的喷射式情况下（上图第二行）。关键的是，交叉波浪的破碎似乎并不会像卷跃波浪的破碎那样限制波浪的高度，这使得我们在交叉波浪的情况下能够以全尺度高度重现Draupner巨浪。
○ Draupner巨波重建图 | 图片来源：Mark McAllister
2. 波浪的性质
这项发现不仅阐明了著名的Draupner巨浪可能是如何产生的，也说明了在海浪交叉的情况下，波浪破碎的性质和意义。这揭示了之前从未观察到的波浪破碎模式，与我们目前对于海洋中发生的滔天巨浪的理解差别甚大。
如果能够准确预测波浪破碎如何开始，那么不仅能够更好地理解潜在的异常巨浪的形成，也能够帮助我们解释它对各种其他现象的影响。波浪破碎是海洋中一种主要的能量耗散机制，它对精确的预报至为关键。波浪破碎时产生的四溅的浪花和空气夹带（困在波浪中的气泡）会影响大气的混合，以及空气与海洋之间的热流，而这反过来会影响许多地球物理过程及其精确的模型。
有趣的是，实验中产生的波浪与浮世绘《神奈川冲浪里》中的巨浪惊人地相似，这是日本艺术家葛饰北斋在19世纪初创作的一幅木版画。这幅版画描绘了一个巨大的波浪高耸于渔船之上。尽管这种相似是完全偶然的，但研究表明，画作中描绘的波浪很可能就是异常巨浪，而波浪的形状与结构预示着巨浪可能是在交叉波浪的情况下形成的。因此，两种波浪的相似或许并非完全是一种巧合。
撰文：Mark McAllister（牛津大学工程系讲师）
原文标题为“How scientists recreated a monster wave that looks like Hokusai's famous image”，首发于2019年1月28日的Smithsonian。原文链接：https://theconversation.com/how-scientists-recreated-a-monster-wave-that-looks-like-hokusais-famous-image-110304. 中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准
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