滔天巨浪:來自深海的真正怪獸

曾經只在傳說中出現的超級巨浪，事實上真的存在。圖片來源：《新科學家》

（亞得裡亞海上的豬/譯）當路易斯陛下號（Louis Majesty）遊輪離開西班牙東部的巴塞隆納，前往義大利北部的熱那亞時，它踏上的是一次環地中海航行的最後一程。不過，地中海另有打算。

那是2010年3月3日的下午1時左右，正當遊輪離開港口朝東方行駛的時候，海面聚起了風暴。最初的幾個小時，海浪漸漸增加，那些不習慣顛簸的乘客覺得不太舒服，但至此還沒有什麼反常的事情發生。

到了下午4時20分，遊輪卻毫無徵兆地撞上了一堵至少8米高的水牆。根據事後復原，遊輪在駛下這堵巨浪的背風面時發生顛簸，接著又撞上了第二波、甚至第三波接踵而至的怪浪。海水衝上了船身吃水線上方近17米處，打破了第5層甲板上一間休息室的窗戶，造成2名乘客當場死亡，另有14名乘客受傷。接著，巨浪就像突然出現一般，又突然消失了。遊輪調轉船頭，顫顫巍巍地駛回了巴塞隆納。

就在一二十年之前，襲擊路易斯陛下號的這種瘋狗浪（rogue waves）還不過是老水手之間的傳說，現在不同了。真實世界的觀測，加上先進的理論和實驗研究，已經確切證明了這種怪浪真的存在——而且經常發生。現在的問題是：我們能否預測它們何時出現？又在哪裡出現？

科學對瘋狗浪的研究是落後的，到今天，連各方都能接受的定義都還沒有。廣泛流傳的一個標準是，瘋狗浪要至少達到有效波高（significant wave height）的兩倍；而有效波高是指某片海域內最高的三分之一海浪的平均高度。因此，瘋狗浪的界定也因海域而異：在一片有效波高僅10釐米的平靜海域，一個20釐米高的海浪就可算作是瘋狗浪了。

這個高度似乎不值得大驚小怪，而且長久以來，海洋學家用來預測海浪高度的模型一直顯示，反常的高浪幾乎不曾出現過。這些模型所依據的原理是線性疊加：當兩列波浪相遇，它們在每一點上的波峰和波谷都會簡單相加。這種認識一直到20世紀60年代後期才發生改變，因為英國劍橋大學的託馬斯·布魯克·班傑明（Thomas Brooke Benjamin）和J·E·費爾（J. E. Feir）發現，傳統的模型在數學上不甚牢靠。他們指出，當長波海浪與短波海浪相遇，一個波列中的所有能量會驟然聚集在幾個怪波之中——有時甚至只有一個。

長波在深海中傳播較快，因此這一點在真實世界中是完全可能發生的。兩位研究者又在倫敦郊外一處英國國家物理實驗室的設施裡驗證了這個理論，那是一個400米長的拖曳水池，配備了造波機，是當時最先進的設施。造波機以不同的速度攪起水浪，在離它較近的地方，波浪均一而平穩，可是到了大約60米外，它們就開始變得扭曲，並且形成了短暫的大浪，這些大浪，我們現在就可以稱之為「瘋狗浪」。（不過為了防止池水濺出，最初的波浪都只有幾釐米高。）

這份新情報過了一陣才流傳了開來。日本東京大學的海洋學家早稻田卓爾（Takuji Waseda）指出：「波浪的確會失去穩定，並在內部聚集能量，可是長久以來，人們都認為這只是理論上的可能，在真實的海洋中不會發生。」

1995年，理論和觀察終於碰撞到了一起。事情發生在挪威海外約150千米處的北海。那年元旦，德勞普納海上平臺（Draupner sea platform）的周圍海水洶湧，有效波高達到了12米。下午3時20分左右，平臺上的加速度計和應變傳感器檢測到了一次巨浪，它的波峰比周圍的波谷高出了足足26米。根據大多數人的看法，這是一次萬年一遇的巨浪。

愛沙尼亞塔林理工大學的物理學家伊拉·迪登庫洛瓦（Ira Didenkulova）指出，德勞普納巨浪將瘋狗浪研究帶入了一個新的時代。2000年，歐盟發起了為時3年的「大浪計劃」（MaxWave project）。在2003年初的3周時間裡，研究者使用船載雷達和衛星數據在各大洋掃描，並發現了10個至少高25米的巨浪。

我們現在知道，瘋狗浪可能出現在任何一片大洋。北大西洋、南極洲和南美洲最南端之間德雷克海峽、以及南非南岸的海域是最容易出現瘋狗浪的。一些大型淡水水體中也可能出現瘋狗浪，比如北美洲的五大湖。這使得我們對歷史記錄產生了全新的認識。還有人指出，在2004年之前的20年中，有近200艘貨船的失事還無法解釋，瘋狗浪可能就是元兇之一。更晚近的例子發生在今年2月，當時有一股怪浪在英吉利海峽襲擊了遊輪馬可波羅號，它粉碎了第6層甲板上一間餐廳的玻璃，並造成了一名乘客死亡。

近幾年來可能被瘋狗巨浪擊中而導致的船舶事故。圖片來源：《新科學家》

瘋狗浪源自何處

瘋狗浪真的存在，那麼現實世界中的瘋狗浪又是如何形成的呢？

義大利都靈大學的米格爾·奧諾拉託（Miguel Onorato）研究這個問題已經超過10載。他使用的工具是非線性的薛丁格方程。長久以來，這組方程都被用來評估經典物理和量子物理中無法預測的情況。奧諾拉託則利用它開展計算機模擬，指導波浪池實驗，希望能從微小的漣漪中逗引出瘋狗浪來。

漸漸地，他和同事建立起了一份目錄，歸納了瘋狗浪在真實世界中的產生條件。其中的一種是風暴捲起的波浪迎面撞上一股強大的洋流。北大西洋的灣流往往就是這種情況，海浪撞上南非外海的阿加勒斯海流（Agulhas current）也是如此。另一種是「對穿海」（crossing sea），也就是兩個波浪系統——往往是由當地的海風和遠處的海浪形成的——從不同的方向匯合，打破了穩定。

長久以來，對穿海一直是人們懷疑的對象。2005年，一項利用了「英國勞氏海事情報」（Lloyd’s List Intelligence）的分析表明，根據精確定義，有一半船隻事故都可以歸結為對穿海造成的壞天氣。

2011年，又有人指出德勞普納事件的禍首正是對穿海，奧諾拉託認為路易斯陛下號事故同樣是這個原因。他和同事將風浪的數據輸入他的模型，「逆推」當時的海況，結果顯示事發時有兩列波浪在遊輪處交匯，一列來自東北，另一列來自東南，彼此有40度至60度的夾角。

更加簡單的情況也可能引發瘋狗浪。2013年，早稻田重新研究了1980年12月的一起事故，當時一艘裝載煤炭的貨船遇上怪浪，船頭被高約20米的海浪整個吞沒，事發地是所謂的「龍三角」（Dragon’s Triangle），位於日本南部的太平洋，是一片著名的事故多發海域。日本政府主持的一次調查將對穿海視作罪魁，早稻田則採用了比較複雜的海浪模型來逆推當時的海況，他認為可能是一陣強風將能量注入了一個單一的波浪系統，那個系統的規模之大，遠遠超出了傳統模型的估計。

在他看來，這樣的單一系統瘋狗浪還可以解釋其他事故，而現有的種種模型也需要進一步補充數據。他說：「我們從前以為描述海浪很簡單，可是現在看來，它們在節奏上、時間上都在隨風變化，而風的變化是迅速的。」2012年，奧諾拉託等人又根據各種模型指出，大洋中還可能出現「超級瘋狗浪」，其高度將達到周圍海水的11倍之多。這個可能已經在水槽實驗中得到了證明。

早期預警

由於氣候變化可能激起更加劇烈的風暴，這種理論上的可能已經在現實中引起了嚴重的關切。2009年至2013年，歐盟贊助了一個名叫「極端海洋」（Extreme Seas）的項目，召集了船舶建造者和科學研究者一起商討如何製造出更能抵禦瘋狗浪的船隻。奧諾拉託也參與其中。

不過這個辦法成本高，耗時也長。目前最好的防禦策略，還是弄清瘋狗浪會何時來襲。早稻田表示：「我們至少可以在海況迅速變化、可能產生危險的時候發出預警。」

為了將原始的衛星數據和海況數據轉化成這類預警，研究者提出了種種指數。使用極廣的一種是班傑明-費爾指數（Benjamin-Feir index），它以研究瘋狗浪的兩位先驅命名，2003年由歐洲中程氣象預報中心的彼得·詹森（Peter Janssen）提出。這個指數計算的是20乘20千米的海面，目前已經整合到了中心兩天一次的海事預報之中。詹森說：「在輪船上制定航線的官員用它來決定是否要穿過某一片特定的海域。」

最終的目標是使船隻靠自身做到這一點。多數大型遠洋船目前都攜帶了大範圍傳感器，能通過分析雷達回波來確定海浪的高度。計算機軟體也能根據這些雷達數據繪出海況的三維地圖，以顯示周圍海浪的規模和動向。有了這個基礎，就不難開發出更加高級的軟體算法，　用來標出即將在一片海域中引發瘋狗浪的因素，比如快速變化的海風，或者對穿海。有了這樣一個系統，船員和乘客或許就能避開海上的危險區域了。

眼下最大的障礙是運算能力：現有的模型還無法及時處理快速變化的海洋波動、實時發布詳細的預警。早稻田認為，解決這個問題的辦法是開發一個中央早期預警系統，就像在海嘯和熱帶風暴中使用的那些，並用它來提前通知準備離港的船隻。早稻田表示，瘋狗浪在幾十年前還遭人懷疑，今天我們對它的理解卻已大大增進，有鑑於此，我們一定能為它建立起一個預警系統：「我們現在缺的不是理論，我們缺的是溝通。」

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七巨獸

2007年，美國國家海洋和大氣管理局的保羅·劉（Paul Liu）在一份目錄中羅列了歷史上可能與瘋狗浪有關的50多起事件，下面就是其中最重要的幾起：

• 1498年，哥倫布記述了在第3次前往美洲的途中，當他和手下駛過特立尼達附近的一道海峽時，有一股巨浪將他的船隊託起。直到今天，這片海域還沿用著哥倫布的稱呼，被稱為「Bocas del Dragón」——龍嘴。
• 1853年，載著500位移民由英格蘭駛向加拿大的輪船「安妮珍妮號」（Annie Jane）遭巨浪擊中。500人中只有100來人活著踏上了蘇格拉外赫布裡底群島中的瓦特賽島。
• 1884年，西非海外的一股瘋狗浪擊沉了從英格蘭駛向澳大利亞的遊艇米農奈特號（Mignonette）。4名船員乘舢板逃生。在海上飄浮19天後，船長殺死了其中的一名少年侍者，為其他3人提供了食物。
• 1909年，載著200多名乘客的蒸汽船「瓦拉塔號」（SS Waratah）在南非海外消失得無影無蹤——我們現在知道，這片海域經常有瘋狗浪出沒。
• 1943年，兩股怪浪接踵而至，擊中了正在橫渡北大西洋的伊莉莎白女王號遊輪，將吃水線上方28米處的舷窗打碎。
• 1978年，德國商船隊的超級油輪「慕尼黑號」（MS München）在從不萊梅港駛向美國喬治亞州薩凡納港的途中，在風高浪急的北大西洋失蹤，只留下了寥寥幾條救生筏和一些救生圈。
• 2001年，短短兩天之內，「不萊梅號」（Bremen）和「加裡東尼亞之星號」（Caledonian Star）兩艘遊輪就相繼在南大西洋上遇險，它們的艦橋窗都被高約30米的巨浪擊碎。

加裡東尼亞之星號遊輪2001年在南大西洋上遇險，艦橋窗被高約30米的巨浪擊碎。圖片來源：flickr

死水無瀾

海面上的瘋狗浪會對航運造成威脅（見正文），海底深處的動向也同樣值得注意。1893年8月29日，挪威探險家弗裡喬夫·南森（Fridtjof Nansen）正進行著他終將失敗的尋找北極點之旅。正當他沿西伯利亞海岸航行的時候，他的船隻卻在兩座島嶼之間驟然減速，幾乎停了下來——雖然他的引擎已經開到了最大。

南森遇上了「死水」（dead water），這是一種挪威峽灣的漁民早就知道的現象。對它的解釋五花八門，有人說它是不快的淹死者在作祟，有人說是水下有帶磁力的巖石，還有人說是渺小的海魚組成的魚群拖住了船身。

物理學家威廉·比耶克內斯（Vilhelm Bjerknes）在1898年提出了一種解釋：在鹹水峽灣的入口處常常發生淡水漂浮在較為緻密的鹹水上方的情況，而一條移動的船隻會攪動海面的波浪以及海面下方淡水和鹹水之間的分界線，這樣一來，它就需要和兩種水體作鬥爭了。而南森遇見死水的地方，正是西伯利亞的河水與海水相遇的地方。

在那之後，科學家對這種海洋內波（internal waves）開展了廣泛研究。2014年，俄國海洋學家在鹹海的不同深度放置了傳感器，鹹海的表層是淡水，深層則是鹹水，傳感器在其底層發現了5米高的大浪，表面卻依然平靜。

在更深的海洋水體中，這樣的波浪可能更大。1963年，美國海軍的「長尾鯊號」核潛艇（USS Thresher）在北大西洋內爆，有人認為，肇事者就是溫躍層（thermocline）的海洋內波——所謂溫躍層就是海洋中寒冷緻密的深層水與溫暖的上層水之間的無形邊界。長尾鯊號事故共造成129名船員身亡。（編輯：Steed）

編譯自 《新科學家》，Rogue waves: The real monsters of the deep