Учёные научились предсказывать гигантские волны-убийцы в океане

Легенды о чудовищных волнах ходили среди моряков веками, но наука долго относилась к ним скептически. Всё изменилось в 1995 году, когда 26-метровая гора воды (представьте восьмиэтажку!) обрушилась на норвежскую нефтяную платформу «Дропнер». Её впервые удалось измерить — и это стало неопровержимым доказательством: да, такие монстры существуют.

С тех пор за аномальными волнами ведётся охота. Исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете наконец-то нашли ключ к их предсказанию, создав математическую модель, которая выявляет условия для появления убийц.

«Поймать такую волну — огромная редкость. Они возникают внезапно, часто при тихой погоде, из-за сложного сочетания факторов, — объясняет соавтор работы Дион Хефнер. — Мы выявили причинно-следственные связи и собрали их в модель, которая рассчитывает вероятность появления этих опаснейших волн».

Каждый день в океане рождается волна-монстр

Волной-убийцей считается одиночная волна высотой от 20 метров. Чтобы понять её природу, учёные собрали колоссальный массив данных: информацию об океанских течениях, ветрах, глубинах и рельефе дна. Буи, работающие круглосуточно, предоставили сведения о более чем миллиарде волн — в сумме это 700 лет непрерывных измерений. Именно на этой базе и была обучена модель.

«Наш анализ показывает: аномальные волны появляются постоянно. Мы зафиксировали 100 000 одиночных волн, которые подпадают под определение «убийц». Это примерно по одной волне в день где-то в океане. Правда, не все они достигают рекордных размеров», — уточняет второй автор Йоханнес Геммрих.

Как работает разумная модель

Исследователи применили продвинутые методы анализа, включая символическую регрессию. В отличие от стандартных подходов, которые просто выдают прогноз, этот метод порождает уравнение — универсальную формулу. Проанализировав гигантский массив данных, алгоритм сам вывел закономерности и записал уравнение, описывающее волну-убийцу. Получился не «чёрный ящик», а понятный человеческому уху инструмент.

Откуда берётся чудовище?

Раньше считалось, что главная причина — интерференция, когда две волны совпадают по фазе, и большая «забирает» энергию у меньшей, резко вырастая.

Но новое исследование показало: чаще виной всему «линейная суперпозиция» — явление, описанное математиками ещё в XVIII веке. Когда две волновые системы пересекаются под определённым углом, они на короткое время усиливают друг друга, порождая гигантский гребень и глубокую впадину.

«Если волновые системы встречаются так, что повышается вероятность формирования высоких гребней, за которыми следуют провалы, — риск возникновения волны-убийцы резко возрастает», — говорит Хефнер.

Будущее безопасного мореплавания

Это открытие — отличная новость для судоходства. В любой момент в океане находится около 50 000 судов. Алгоритм позволит заранее вычислять, где и когда сложатся «идеальные» условия для рождения чудовищной волны.

«Поскольку маршруты планируются заранее, компании смогут использовать наш алгоритм для оценки риска и, при необходимости, выбирать альтернативные пути», — отмечает Хефнер.

«Обычно подобные модели — это «чёрные ящики»: они дают ответ, но не дают понимания. Здесь же удалось превратить гору наблюдений в простое для понимания уравнение вероятности. Это редкий и ценный результат», — подводит итог профессор Маркус Йохум, соавтор исследования.