La historia de la navegación está plagada de historias de olas gigantes del tamaño de monstruos: enormes e imponentes muros de agua que aparentemente se elevan de la nada para enanos, luego inundaciones, embarcaciones y tripulaciones. Las olas rebeldes pueden medir ocho veces más que los mares circundantes ypuede atacar en aguas que de otro modo serían tranquilas, prácticamente sin previo aviso.
Ahora, una herramienta de predicción desarrollada por ingenieros del MIT puede dar a los marineros una advertencia de 2 a 3 minutos de una ola deshonesta entrante, brindándoles tiempo suficiente para cerrar las operaciones esenciales en un barco o plataforma costa afuera.
La herramienta, en forma de algoritmo, filtra los datos de las olas circundantes para detectar grupos de olas que pueden convertirse en una ola rebelde. Dependiendo de la longitud y altura de un grupo de olas, el algoritmo calcula una probabilidad de que el grupo se conviertaen una ola rebelde en los próximos minutos.
"Es preciso en el sentido de que nos dice con mucha precisión el lugar y la hora en que ocurrirá este raro evento", dice Themis Sapsis, profesora asistente de Ingeniería Mecánica de la Oficina Estadounidense de Desarrollo de Carreras de Transporte Marítimo en el MIT. "Tenemos ungama de posibilidades, y podemos decir que esta será una ola peligrosa, y será mejor que haga algo. Eso es todo lo que necesita ".
Sapsis y el ex postdoctorado Will Cousins han publicado sus resultados esta semana en el Revista de mecánica de fluidos .
"No solo mala suerte"
Al igual que muchos sistemas complejos, el océano abierto se puede representar como una mezcla caótica de puntos de datos en constante cambio. Para comprender y predecir eventos raros como olas rebeldes, los científicos generalmente han adoptado un enfoque de no dejar olas atrás, en el queintentan simular cada ola individual en un cuerpo de agua dado, para dar una imagen de alta resolución del estado del mar, así como cualquier actividad sospechosa, similar a la de un pícaro. Este enfoque extremadamente detallado también es computacionalmente costoso, ya que requiere ungrupo de computadoras para resolver ecuaciones para todas y cada una de las ondas, y sus interacciones con las ondas circundantes.
"Es preciso, pero es extremadamente lento; no puede ejecutar estos cálculos en su computadora portátil", dice Sapsis. "No hay forma de predecir las ondas no autorizadas en la práctica. Esa es la brecha que estamos tratando de abordar".
Sapsis y Cousins idearon una forma mucho más simple y rápida de predecir olas rebeldes, dados los datos sobre el campo de olas circundante.
En un trabajo anterior, el equipo identificó un mecanismo por el cual se forman ondas rebeldes en campos de ondas unidireccionales. Observaron que, mientras que el océano abierto consta de muchas olas, la mayoría de las cuales se mueven independientemente unas de otras, algunas se agrupan en una sola.grupo de olas, rodando por el océano juntos. Ciertos grupos de olas, descubrieron, terminan "enfocando" o intercambiando energía de una manera que eventualmente conduce a una ola rebelde extrema.
"Estas ondas realmente se comunican entre sí", dice Sapsis. "Interactúan e intercambian energía. No es solo mala suerte. Son las dinámicas las que crean este fenómeno".
Volviéndose pícaro
En su trabajo actual, los investigadores buscaron identificar precursores o patrones en esos grupos de olas que finalmente terminan como olas rebeldes. Para hacer esto, combinaron los datos de las olas oceánicas disponibles a partir de mediciones tomadas por boyas oceánicas, con análisis no lineales de laecuaciones de ondas de agua subyacentes.
Sapsis y Cousins usaron los datos estadísticos para cuantificar el rango de posibilidades de olas, para un cuerpo de agua dado. Luego desarrollaron un enfoque novedoso para analizar la dinámica no lineal del sistema y predecir qué grupos de olas evolucionarán hacia olas rebeldes extremas.
Pudieron predecir qué grupos se volvieron rebeldes, basándose en dos parámetros: la longitud y la altura de un grupo de olas. La combinación de estadísticas y dinámicas ayudó al equipo a identificar la escala de longitud de un grupo de olas crítico, que tiene la mayor probabilidad deevolucionando hasta convertirse en una ola rebelde. Con esto, el equipo derivó un algoritmo simple para predecir una ola rebelde en función de los datos entrantes. Al rastrear la energía del campo de ondas circundante en esta escala de longitud, pudieron calcular inmediatamente la probabilidad de una ola rebeldedesarrollando.
"Utilizando datos y ecuaciones, hemos determinado para cualquier estado del mar determinado los grupos de olas que pueden evolucionar hasta convertirse en olas rebeldes", dice Sapsis. "De esos, solo observamos los que tienen la mayor probabilidad de convertirse en un evento raro. Eso es extremadamente eficiente de hacer ".
Sapsis dice que el algoritmo del equipo es capaz de predecir olas rebeldes varios minutos antes de que se desarrollen por completo. Para poner el algoritmo en práctica, dice que los barcos y las plataformas marinas tendrán que utilizar tecnologías de escaneo de alta resolución como LIDAR y radar para medir elolas circundantes.
"Si conocemos el campo de ondas, podemos identificar inmediatamente cuál sería la escala de longitud crítica que uno tiene que observar, y luego identificar las regiones espaciales con alta probabilidad de un evento raro", dice Sapsis. "Si está realizando operacionesen un portaaviones o plataforma costa afuera, esto es extremadamente importante ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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