Hva er monsterbølger og hvorfor oppstår de?

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Bergen - les mer.

Katsushika Hokusai sitt mest kjente naturmaleri Den store bølgen – fra serien Trettiseks utsikter over Mount Fuji. (Foto: Katsushika Hokusai / Metropolitan Museum)

Bølgene kan bli rundt tre ganger høyere enn gjennomsnittlig bølgehøyde. De er svært farlige for skip og andre virksomheter til sjøs.

Inne på kontoret i fjerde etasje på brutalistiske Realfagbygget sitter Yan Li foran dataskjermen og peker fascinert på et sorthvittbilde av et transportskip ved Biscayabukta. 

Skipet går i møte en gigantbølge. Bølgen likner den i maleriet Den store bølgen ved Kanagwa av Katsushika Hokusai.

Bølgen oppstår fra intet

Slike brutale monsterbølger oppstår fra intet. De er mye høyere enn gjennomsnittsbølgen i omgivelsene. Det er verken snakk om tsunami eller tidevannsbølge. De er ikke utløst av jordskjelv eller skred. 

Hittil er det ingen som kan si sikkert hvordan de oppstår. Men nå er Yan Li på sporet av en modell som skal være til hjelp for å forutsi slike fryktinngytende bølger. Li er forsker ved Matematisk institutt og Bjerknessenteret på Universitetet i Bergen (UiB).

Hun har flyttet fra Shanghai til Bergen for å forske på disse mystiske bølgene. Det er nemlig her, utenfor Norge og sør for Island, at verdens høyeste bølger oppstår. 

Som eksempel på fenomenet nevner hun bølgen som nyttårsnatten til 1. januar 1995 traff de ubemannede norske Draupner-plattformene i Nordsjøen.

Behov for en bedre modell

Bølgen ble av Statoil målt til 25,6 meter. Den er med dette den høyeste enkeltbølgen som noen gang er målt av en fast installasjon. Den var altså på størrelse med et 9 etasjers høyhus. 

Gigantbølgen satte for alvor fart på forskningen på dette hittil uforklarte mysteriet. Det er i kjølvannet av dette Li utfører sin forskning.

– Havoverflaten utgjør mer enn 70 prosent av jordens overflate, og overflatebølgene er overalt. Det slo meg: Hvorfor tar ikke havforskere hensyn til effekten av overflatebølger? Det var dette som fikk meg til å innse at vi faktisk trenger en bedre modell der både strøm, turbulens og vind tas med i betraktningen, sier Yan Li.

Yan Lis arbeid skal gjøre det mulig å forutsi forekomsten av såkalte monsterbølger. (Foto: Eivind Senneset)

I Kina studerte hun i sin master hvilke effekter ekstreme bølgehendelser fører til lokalt på offshore-strukturer som rammes av dem. Hun så da arbeidet hennes hadde potensial til å forutsi forekomsten av ekstremt store bølger. 

En mer realistisk havoverflate 

Dagens modeller baserer seg på en helt flat havoverflate. Modellen Li utvikler, tar utgangspunkt i en realistisk havoverflate som er i bevegelse. 

– I hovedsak handler det altså om å ta hensyn til de avgjørende fysiske prosessene i atmosfære-bølge-strøm-koblingen, sier hun.

Med prosjektet OceanCoupling foreslår Li en ny tilnærming. Den tar sikte på å løse de ekstreme bølgehendelsene og deres samspill med store miljøfaktorer. Det kan bare oppnås gjennom i et system hvor man tar for seg helheten med bølger, strømninger og atmosfære – Wave-Current-Atmosphere-systemet (WCA-systemet).

– Et viktig neste skritt er å forstå hvordan disse fenomenene kan være fysisk forbundet, sier Li.

Nå er hun ivrig etter å utforske potensialet i denne tilnærmingen for å modellere det mer komplekse WCA-systemet. 

Kan rette opp feil i klimamodeller

Det innebærer en detaljert fysisk studie av prosessene i overflatebølgene. Der produserer vinden bølger som bærer energi og overfører bevegelsesmengde og energi fra atmosfæren til det dypere havet. 

Forståelsen er avgjørende for å korrigere feil i klimamodeller. Det kan være hvordan havoverflatetemperatur og vannmasser i havet blandes fra overflaten til dypere lag. 

I denne vertikale blandingen pågår det kontinuerlig en prosess – viktig for å distribuere varme, næringsstoffer og oksygen gjennom hele havet – og som videre påvirker klimaet og økosystemene. 

Li utvikler i første omgang modellen, for så å kunne skape et produkt som kan være nyttig for geofysikere, oseanografer og andre som ønsker bedre beregninger. 

Gir mer pålitelige data

Vi går inn i en kritisk periode for bærekraftig havutvikling og netto nullutslipp. Begge aspektene har stimulert til rask vekst av innovative teknologier for å tilfredsstille vårt behov for fornybar energi og store internasjonale oppdrag for overvåkning av havet. 

Lis prosjekt vil gi mer pålitelige data ved å overvåke hendelser. Innsikten kan brukes til å optimalisere turbinenes ytelse og sikkerhet ved utbygging av offshore vindparker. 

Og Li tar sikte på å samarbeide med store pågående prosjekter som NASA og CNES sitt satellittprosjekt SWOT. Der overvåker de havoverflaten med mål om å oppnå presisjon på millimeternivå. 

– Min modell kan bidra med verdifulle inndata i denne sammenhengen. Vi kan overvåke hendelser i sanntid og bruke modellene til å gi tilbakemelding til slike prosjekter, sier Li.

Yan Li ble ansatt ved Universitetet i Bergen i 2022 etter en periode som ansatt ved NTNU og University of Oxford. (Foto: Eivind Senneset)

Høyere, brattere, oftere

Monsterbølgene forekommer i to former. De kan komme enkeltvis eller som «tre søstre». De enorme bølgene kan forårsake alvorlige konsekvenser som død og store ødeleggelser. 

Det er knyttet stor bekymring til hvordan klimaendringene kan føre til at bølgene blir stadig høyere, brattere og forekommer oftere.

– En viktig ting å merke seg er at når vi snakker om ekstremvær, tenker folk på kuldebølger, hetebølger eller ekstreme værforhold som regn. Men det betyr også at havbølgene kan bli brattere. Hendelser med bølger i dypet kan bli enda hyppigere, sier Li.

Referanser:

Yan Li mfl.: Why rogue waves occur atop abrupt depth transitions. Journal of Fluid Mechanics, 2021. (Sammendrag) Doi.org/10.1017/jfm.2021.409

Yan Li: On coupled envelope evolution equations in the Hamiltonian theory of nonlinear surface gravity waves. Journal of Fluid Mechanics, 2023. Doi:10.1017/jfm.2023.205

Yan Li og Amin Chabchoub: How Currents Trigger Extreme Sea Waves. The Roles of Stokes Drift, Eulerian Return Flow, and a Background Flow in the Open Ocean. Geophysical Research Letters, 2024. Doi.org/10.1029/2023GL107381