Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was die Monsterwelle „stabil“ macht: Forscher entwickeln neues statistisches Modell

17.06.2010
Physical Review Letters: Modellierung nicht-linearer Riesenwellen

Die gefürchtete Monsterwelle, die auf offenem Meer aus dem Nichts auftreten kann, lässt sich jetzt erstmals theoretisch berechnen und modellieren: Forscher der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Umeå, Schweden, haben in Computersimulationen ein neues statistisches Modell für nicht-lineare, miteinander interagierende Wellen entwickelt.

Es erklärt, wie sie sich das Wasser-Welle-System aufbaut, verhält und vor allem wie es sich selbst stabilisiert. Das Modell eignet sich auch zur Berechnung anderer „Extremereignisse“ – zum Beispiel an der Börse – oder komplexer Phänomene in der Plasmaphysik. Über ihre Ergebnisse berichten der Bochumer Physiker Prof. Padma Kant Shukla und sein schwedischer Kollege Prof. Bengt Eliasson in Physical Review Letters.

Pioniere der Monsterwelle

Bereits vor vier Jahren konnten Shukla und Eliasson erstmals am Computer simulieren, wie die Monsterwelle (engl. giant freak wave) entsteht. Treffen zwei oder mehr Wellen in einem bestimmten, relativ kleinen Winkel aufeinander, können sie sich gegenseitig „aufschaukeln“. Zwei nicht-lineare, miteinander wechselwirkende Wellen verhalten sich demnach ganz anders als eine einzelne Welle, die normale Instabilitäten zeigt und sich in mehrere kleine Wellen auflöst, die dann schräg zueinander verlaufen. Aus zwei nicht-linearen Wellen resultiert indes ein neues Verhalten des Wassers, zum Beispiel die Entstehung regelrechter „Wellenpakete“ mit dreimal höheren Amplituden als bei einer einzelnen Welle. Begünstigt durch starke Strömung und – entgegengesetztem – starkem Wind kann sich daraus die gigantische Welle kontinuierlich aufbauen.

Gebündelte Energie

Mit ihrem neuen statistischen Modell gelingt den Wissenschaftlern nun ein weiterer entscheidender Schritt zur Erforschung dieser Monsterwelle: Sie resultiert aus kombinierten nicht-linearen Effekten in der Welle-zu-Welle-Interaktion und in der Ausbreitung der „Wellenpakete“ in eine bestimmte Richtung. Das führt dazu, dass die Energie des Wassers „schmalbandig in einem engen Wellenlängenbereich“ und mit plötzlicher, großer Amplitude gebündelt wird. Die eigentliche Instabilität einzelner Wellen ist durch die Verbreiterung des Wellenspektrums „gesättigt“, wodurch sich das Wasser-Welle-System vorübergehend selbst stabilisiert. Dieses Verhalten sei typisch für die örtlich begrenzte Riesenwelle, so die Forscher. Ihre Berechnungen stimmen überein mit Beobachtungen aus Experimenten in großen Wasserbehältern. „Demnach neigen Wellen mit langen Wasserkronen stark dazu, Extremereignisse hervorzurufen“, so Shukla und Eliasson.

Ein Schritt zur Vorhersage

Dass die gigantische Welle kein „Seemannsgarn“ ist, weiß man spätestens seit der Begegnung des Kreuzfahrtschiffs Queen Elizabeth 2 im Jahre 1995 mit einer solchen Monsterwelle. Die Schäden an Passagier- und Frachtschiffen, aber zum Beispiel auch an Ölplattformen auf hoher See können beträchtlich sein. Das statistische Modell von Shukla und Eliasson ist ein Beitrag, um in Zukunft Monsterwellen in bestimmten Regionen – etwa im Nordatlantik oder im Mittelmeer – vorhersagen bzw. frühzeitig davor warnen zu können. Das tiefergehende physikalische Verständnis der Riesenwelle und statistische Berechnungsmethoden müssten dazu mit neuen, verbesserten Beobachtungsverfahren kombiniert werden, so die Forscher.

Titelaufnahme

Bengt Eliasson and P. K. Shukla: Instability and Nonlinear Evolution of Narrow-Band Directional Ocean Waves. Physical Review Letters 104, DOI: 101103

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Padma Kant Shukla, Institut für Theoretische Physik, Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-23759, E-Mail: ps@tp4.rub.de

Redaktion: Jens Wylkop

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics