Премия Российской академии наук имени Леонида Мандельштама присуждена исследователям «волн-убийц»
26.06.2018
![(png, 271 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=b22c0b2d-1375-4a1a-84cd-def96c419cce)
Авария танкера Эрика в 1999 г. с последующим
разливом нефтепродуктов (фото из Интернета)
![(jpg, 27 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=41ee98ab-d64b-41d9-8f9d-cd7d9930fd83)
Волна-убийца – результат численного моделирования ИПФ РАН
Решением экспертной комиссии Российской
академии наук премией им. Л.И. Мандельштама
за лучшие работы по физике и радиофизике в 2018 г. отмечен цикл публикаций
по разработке физико-математических моделей «волн-убийц». Лауреатами премии
стали сотрудники Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) профессор Ефим
Пелиновский и профессор РАН Алексей Слюняев, а также д.ф.-м.н. Александр
Дьяченко из Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН. Для ИПФ РАН
особенно отрадно то, что за последние четыре наградных цикла этой премии
(вручаемой 1 раз в 3 года) сотрудники института трижды были в числе лауреатов (http://www.ras.ru/about/awards/awdlist.aspx?awdid=71).
Какие волны – убийцы? Под
волнами-убийцами понимают необычно высокие волны, возникающие на морской
поверхности. К наиболее характерным свойствам таких волн относят неожиданность
возникновения и скоротечность (https://bigenc.ru/physics/text/3954580).
Можно сказать, что первой трудностью на пути решения проблемы «волн-убийц»
стало признание их существования в действительности, а не только в воображении рассказчиков.
В отличие от цунами, морские волны-убийцы относятся к ветровым волнам, их
характерные длины составляют не более нескольких сотен метров. Волны-убийцы
атаковали крупные танкеры, круизные лайнеры, нефтегазовые платформы. Аварии приводили
к экологическому загрязнению обширных акваторий, сопровождались существенными
повреждениями и даже затоплением кораблей и платформ, гибелью людей. Такие
волны у берега способны смывать людей и имущество, повреждать волнозащитные
сооружения.
Исследования лауреатов премии
относятся к разработке физических механизмов, которые способны приводить к
возникновению волн-убийц, определению ситуаций, когда такие механизмы наиболее
действенны, анализу характерных сценариев возникновения волн-убийц и их
характерных «портретов». Морские волны-убийцы могут быть вызваны взаимодействием
с течениями и ветровым потоком, фокусировкой волн, бегущих с разными скоростями
под разными направлениями, сложными эффектами самовоздействия и трансформации
волн, включая взаимодействие солитоноподобных структур. Многие из этих
механизмов являются общими для экстремальных волн любой физической природы. Предложенные
теории были подкреплены данными специально проведенных лабораторных
экспериментов и натурными наблюдениями.
Лауреатами были построены новые
эффективные физико-математические модели. В частности, новая запись уравнений гидродинамики
позволила радикально ускорить время численного расчета уравнений. Быстрое компьютерное
моделирование волн на воде предлагается как альтернатива многолетнему
накоплению инструментальных измерений волн в море. Исследователями было
показано, что при определенных условиях на морской поверхности могут зарождаться
и распространяться группы волн большой амплитуды (здесь вспоминается знаменитый
«девятый вал»), из-за которых вероятность встретить неожиданно высокую волну возрастает
в десятки-сотни раз.
Поскольку по итогам исследований покров
таинственности над волнами-убийцами исчезает, они оказываются результатом
действия понятных физических механизмов, то есть надежда, что появление волн-убийц
на морской поверхности можно будет предсказывать. Здесь предлагается два вида
прогноза: долгосрочный, когда определяются условия, при которых вероятность
высоких волн возрастает, и оперативный – с помощью упреждающего на несколько
минут расчета движения волн.
Изучение волн-убийц в ИПФ РАН ведется
уже почти 20 лет, в последние годы – силами созданного сектора моделирования
экстремальных волновых явлений в океане под руководством А.В. Слюняева. Проводимые
исследования в разное время поддерживались программами РАН и грантами. В
2009-2013 годах ИПФ РАН выступал исполнителем проекта Европейского Союза «Разработки
для обеспечения безопасности судов в экстремальных морях» в сотрудничестве с
ведущими европейскими судостроительными верфями Meyer Werft и Estaleiros Navais Viana do Castelo и сертификационными обществами Det Norske Veritas и Germanischer Lloyd (ныне объединенное
крупнейшее в мире классификационное общество DNV GL). Лауреатами премии
выпущены первые в мире монографии на русском и английском языках с обзорами
наблюдений, измерений и актуальных исследований волн-убийц.
Идеи и решения, примененные
сначала для океанических волн-убийц, из-за родственности физических явлений
используются теперь во многих областях физики и геофизики: внутренние и краевые
волны в океане, капиллярные волны на поверхности воды, нелинейная оптика,
астрофизическая плазма, Бозе-конденсат, метаматериалы, электроника и даже
финансовые рынки. Несмотря на очевидный прогресс в понимании волн-убийц, эта
тема продолжает быть на пике внимания физиков.