海洋的波浪不仅仅是滚动和破碎。大多数波浪并非单向的；它们并非只在二维平面上传播，许多现有模型都是这样描述的。研究波浪三维特性的科学家们已经观察到，同时朝多个方向传播的波浪在破碎之前可以变得更陡，甚至能达到先前认知四倍的陡峭程度。这些波浪甚至在破碎后还会继续变陡，而通常情况下，波浪破碎后会趋于消散。这些发现被描述在一项于 9 月 18 日在《自然》杂志上发表的研究中。
交叉海况
我们对海浪如何破碎的理解主要基于单向波浪模型。它们向外滚动，形成波峰，然后破碎。然而，海洋波浪实际上可以朝多个方向传播，并且很少符合这种简化的二维模型。
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“无论我们是否愿意，在现实世界中，水波更常是三维的，而非二维的，”研究的合著者、来自都柏林大学学院和巴黎萨克雷高等师范学院的数学家 Frederic Dias 在一份声明中说道。“在三维空间中，波浪破碎的方式更多。”
三维海洋波浪的运动更加复杂。它们形成于来自不同方向的波浪汇聚时，并垂直向上而非仅仅水平传播，然后形成波峰。最极端的三维波浪类型发生在波浪系统“交叉”时。这些“交叉海况”发生在波浪系统相互遭遇时，或者风向突然改变时，例如在飓风中。
“一旦传统的波浪破碎，它就会形成白头浪，并且无法恢复，”研究的合著者、荷兰代尔夫特理工大学的工程师 Ton van den Bremer 在一份声明中说道。“但当具有高方向扩散度的波浪破碎时，它可以继续增长。”
走进水箱
这项研究在爱丁堡大学的 FloWave 海洋能源研究中心进行。室内水箱模拟了环形多方向波浪和洋流，研究团队随后进行了测量，并将第三维度纳入了他们的模型。
“我们表明，在这些定向条件下，波浪在破碎前可以远远超出通常认为的上限，”研究的合著者、曼彻斯特大学的海洋工程师 Sam Draycott 在一份声明中说道。“与单向（二维）波浪不同，多方向波浪在破碎前可以变得大两倍。”
这项研究还建立在 2018 年的一项研究基础上，该研究利用该水箱首次重现了臭名昭著的德拉普纳巨浪。1995 年 1 月 1 日，位于挪威海岸约 100 英里处的北海德拉普纳天然气平台上的激光测量到了一个高达 83 英尺的巨浪。它至今仍是探测到的最大巨浪之一。
预报、建造和二氧化碳
据研究团队称，对三维波浪的更深入理解可能在几个领域产生影响。它可以改善船只的天气预报，帮助建造新的气候模型，并为海上结构设计提供依据。目前，海洋结构的 설계 和安全特性是基于二维标准波浪模型。这些发现可以帮助公司审查其结构，以适应三维波浪更复杂和极端的行为。
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“在海上风力涡轮机和其他海洋结构的设计中，波浪的三维性通常被忽视，我们的发现表明这可能导致对极端波浪高度的低估，从而可能导致设计不够可靠，”研究的合著者、牛津大学的机械工程师 Mark McAllister 在一份声明中说道。
这也有助于我们理解影响我们星球健康的一些关键海洋过程。
Draycott 说：“波浪破碎在海气交换中起着关键作用，包括二氧化碳的吸收，同时也会影响海洋中颗粒物的输送，包括浮游植物和微塑料。”
