Ekstreme bølger - havets spøgelser
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Ekstreme bølger - havets spøgelser

I flere hundrede år har der blandt søfolk verseret rygter om skibe, der bliver ramt af enorme bølger - en mur af vand på 20 eller 30 meter der pludselig rejser sig op af havet og smadrer alt på sin vej. Den slags fortællinger har længe været anset for
en blanding af fri fantasi og overdrivelser, på linje med historier om søuhyrer.

Da det nybyggede og topmoderne fragtskib München i 1978 udsendte Mayday fra et sted midt i Atlanten - for derefter at forsvinde sporløst med hele sin 27 mand store
besætning - kom forskere verden over for alvor på andre tanker. Sporløst forsvundet, næsten. Historiens største eftersøgning til søs resulterede i fundet af en tom redningsbåd, der med stor kraft var blevet revet løs fra sit ophæng på skibet.

Krydstogtskibet Caledonian Star, bygget til at sejle under meget barske forhold, blev i 2001 ramt af en kæmpebølge på 30 meter under en storm i Sydhavet. Broen blev totalt oversvømmet, og skibet blev meget alvorligt medtaget. Men motoren fungerede, og
skibet kunne sejle til nærmeste havn.

De seneste 20 år er mere end 150 bulk carriers forlist, hvorved 1.100 mennesker er omkommet. Tit er der ingen overlevende eller spor, der kan pege på en forklaring. Nogle af disse skibsforlis, som man hidtil har
tilskrevet dårligt sømandskab eller skibenes ringe tilstand, skyldes sandsynligvis kæmpestore bølger - "freak" eller "rogue waves".

Bølger som syvetagers huse

En bølge er ekstrem, hvis den er mere end dobbelt så høj som de omgivende bølger. En
ekstrem bølge er meget stejl, med et dybt trug inden bølgetoppen. Det giver bølgen udseende af en mur af vand på højde med et højhus. Ifølge beretningerne kan ekstreme bølger komme i grupper på tre bølger (tre søstre), men det er ikke bekræftet af
observationer.

En ekstrem bølge er skabt af vinden. Den har - ligesom alle vindskabte bølger - startet sit liv som små krusninger på havoverfladen. Ved en vindstyrke på et par meter i sekundet samler krusningerne sig i rigtige bølger og dønning.
Bølgerne vokser med tiden, afhængigt af tre faktorer: vindstyrken, blæstens varighed, og vindens frie stræk (fetch), dvs. hvor lang en strækning med åbent vand, vinden har at blæse over.

En orkan, der blæser med vindstyrke 12 over hele Stillehavets
bredde, skaber i løbet af en time bølger på fire meter. Efter 12 timer er bølgerne vokset til 14 meter, og venter man længe nok, vil bølgerne vokse til en højde på 21 meter - omtrent som et syvetagers hus. Herefter vokser bølgerne ikke mere, fordi den
energi, de modtager fra vinden, mistes i samme takt ved, at bølgerne brydes.

Denne mekanisme til at danne bølger på havoverfladen er så godt forstået, at man bruger den til at forudsige, hvor høje bølgerne vil blive på et givet sted. Alt man skal bruge
er en god vindprognose.

Men disse beregninger er middelværdier. I 1933 var dampskibet Ramapo på vej fra Manila til San Diego med en vind på 30 m/s i ryggen. Efter en uge var bølgerne vokset til 15 meter. Pludselig blev skibet ramt bagfra, sank ned i
et dybt trug og red derpå med stævnen først op over et bjerg af skum. Den vagthavende officer vurderede ved triangulering mod mastetoppen bølgens højde til 34 meter, målt fra bølgetop til bølgedal. Det er den højeste bølge, der nogensinde er pålideligt
observeret.

Et andet af havets monstre er en tsunami: en jordskælvsbølge. En tsunami er en helt anden bølgetype end den ekstreme bølge. Den opstår som følge af et undersøisk jordskælv, og bevæger sig med ufattelig hastighed, op til 700 km/h, ude på
det dybe ocean.

Bølgen er flere hundrede kilometer lang, dvs. 100-1.000 gange længere end en ekstrem bølge. Til gengæld er den højst ca. en meter høj, så i åbent hav passerer en tsunami upåagtet forbi. Først når den kommer ind på grundt vand,
tårner bølgen sig op til 10-30 meters højde, og vælter ind over kysten.

Bølger på mere end 30 meter burde forekomme uhyre sjældent - teoretisk set ca. en gang hver 10.000 år. Men det ser ud til, at de er langt hyppigere.

Jesper Skourup, DHI Water and
Environment i Hørsholm, har analyseret 12 års bølgemålinger fra Gorm-feltet i Nordsøen. Han fandt 466 bølger, der var højere, end man ville forvente ifølge klassisk bølgeteori. Det svarer til en gang ca. hver 10. dag, altså langt hyppigere end hidtil
antaget.

Man bruger den signifikante (eller betydende) bølgehøjde Hs til at vurdere, hvor høje bølgerne er i middel. Hs angiver middelhøjden af den højeste tredjedel af bølgerne. Ifølge gængs teori er bølgehøjderne jævnt fordelt omkring Hs - de følger
en såkaldt Rayleigh-fordeling. Hvis Hs f.eks. er 12 meter, så ligger de fleste bølger på 11-15 meter.

Bølger, der er mere end dobbelt så høje som Hs, burde næsten ikke forekomme. Men når det gælder bølger, opfører virkeligheden sig tilsyneladende
ikke helt som teorien forudsiger. Det er på tide at sende teorien på værksted.

Bølgehøjden måles ved at midle over et stort antal bølger (f.eks. 1000). En enkelt ekstrem bølger syner ikke meget i det regnskab. For at finde de ekstreme bølger må man
gå langt mere i detaljer med observationerne end hidtil.

Sådan opstår bølgerne

Nøglen til at forstå kæmpebølgerne kan ligge i, at de opstår hyppigere i nogle dele af verdenshavene end andre.

Områder omkring Golfstrømmen, Aghulasstrømmen langs
Afrikas sydøstkyst, Kuroshiostrømmen ved Japans Stillehavskyst og Kap Horn er særligt udsatte for kæmpebølger. I de kraftige havstrømme kan der skabes meget stejle bølger, når vinden blæser mod strømmen. Bølgerne bremses op og bliver højere.

I
risikoområder som disse kan man tage højde for ekstreme bølger ved planlægningen af sejlruterne. Ud for Sydafrikas østkyst vurderer man med en vis succes risikoen for "freak waves" ved forskellige vind- og strømforhold. Men det er også det eneste sted
i verden, og der er altså kun tale om risiko, ikke om der faktisk kommer en bølge eller ej.

Bølgehøjde er nært forbundet med bølgeenergi. Jo mere energi, jo højere bølger. Bølgeenergien stammer fra vinden, og fordeles ud på bølger med forskellig
periode og retning. Normalt breder bølgeenergien sig ud over et område ved dispersion - det er en af grundene til, at bølgerne dør ud sammen med vinden.

Men der er også mekanismer, der kan opkoncentrere bølgeenergien på et givet sted. Det kan ske i
kraftige havstrømme og ved særlige bundforhold. Der er flere rapporter om kæmpebølger ud for Norges kyst, hvor en kompleks bundtopografi visse steder kan fokusere bølgernes energi.

Eftersom ekstreme bølger også forekommer, hvor disse forhold ikke er
til stede, må de kunne opstå på flere måder. Nye undersøgelser tyder på, at ikke-lineær instabilitet - også kendt som kaos og selv-fokusering kan spille en rolle. Kaos betyder groft sagt, at bølgerne vokser op ved et tilfælde. Det er en form for
selvforstærkning, som man kender fra flere andre grene af fysikken. Ved selv-fokusering suger en enkelt bølge energi til sig fra de omgivende bølger, og samler derved energien på et lille område. Begge mekanismer er stærkt ikke-lineære, og i modsætning
til den almindelige lineære superposition, hvor bølger, der mødes, adderer op, kan bølgerne her blive endnu højere end summen af enkeltdelene.

Al Osborne fra universitetet i Torino er en af de førende forskere inden for dette specielle felt af
bølgeteori. Osborne har arbejdet videre med den såkaldte Schrødinger-ligning, der normalt bruges til at beskrive atomare forhold. Brugen af kvantemekaniske begreber inden for oceanografien er ikke alment accepteret som den rette vej at gå, men teorien
har i mindst et tilfælde haft succes.

Nytårsdag 1995 lykkedes det for første gang at observere en kæmpebølge med moderne teknik. Under en storm med 12 meter høje bølger blev den norske boreplatform Draupner i Nordsøen ramt af en 26 meter høj
kæmpebølge, der blev observeret nøje med laserteknik. Den var meget stejl, og formen passede nøjagtigt med Osbornes udregninger. Manglen på detaljerede observationer betyder dog, at andre teorier kan vise sig at være ligeså rigtige.

Bølgemodellernes
fallit

Med matematiske og statistiske modeller beregner man, hvordan bølger opstår og forsvinder. Skibstrafikken modtager rutevejledning med prognoser for, hvor og hvornår bølgerne vil blive særligt store. Men dagens metoder er slet ikke gearet til
at forudsige enkeltstående bølger. En bølgemodel er stokastisk, og den kan ikke forklare eller forudsige eksistensen af kæmpebølgerne. Den beregner middeltilstanden, ikke de enkelte bølgetoppe - hvilket jo netop er, hvad der er interessant i denne
sammenhæng.

En bølgemodel består af et budget for den spektrale bølgeenergi. Havet optager energi fra vinden, og omsætter det til bølger. Energien tabes igen, når bølger brydes. Man regner ud, hvordan energien flyttes rundt mellem bølger med
forskellig periode og retning, dels ved at bølger vekselvirker med hinanden, og dels ved vekselvirkning med havstrøm og havbund.

En typisk bølgemodel regner bølgeenergien ud for 25-30 forskellige perioder (f.eks. fra 2-20 sekunder), og for 12-24
kompasretninger. I hvert punkt, hvor man vil kende havets tilstand, giver det ca. 500 bidrag til den samlede bølgeenergi. Ud fra energiens fordeling på de forskellige bølgeretninger og -perioder, beregner man bl.a. signifikant bølgehøjde,
middelbølgeperiode, og højde og retning af dønning.

Rutevejledning er et af de mest rentable tiltag, som kan øge sikkerheden for skibe. Ved at tage højde for de meteorologiske og oceanografiske forhold, nedsætter man risikoen ved en oceanpassage
betydeligt. Men man kan endnu ikke hjælpe skibene med at undgå "freak waves".

For at knække dette problem er det nødvendigt med en koncentreret indsats. Det EU-finansierede forskningsprojekt Maxwave går ud på at observere og eventuelt forudsige
kæmpebølger. Man vil bruge satellit og skibsradar til at finde afvigelser fra den klassiske Rayleigh-fordeling af bølgehøjder og forhåbentlig identificere de sjældne "freak waves".

Hvis det lykkes at observere kæmpebølgerne, vil man straks advare skibe
i området, så de har en chance for at styre fri af faren. Det næste skridt er at søge efter kendetegn i observationerne, der kan bruges som forvarsel. Man skal behandle og fortolke kolossale mængder af data på kort tid, for at varslingen er praktisk
anvendelig, men alt dette er endnu på forsøgsstadiet. j

Cand. scient. Jacob W. Nielsen og ph.d. Jacob L. Høyer er medarbejdere ved Danmarks Meteorologiske Instituts afdeling for Operationel Oceanografi.

BBC program om freak waves:
www.bbc.co.uk/science/horizon/2002/ freakwave.shtml

Maxwave-projektet: w3g.gkss.de/projects/maxwave/

Historiske skibsforlis: www.titanic.com

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først