Ekstrembølger i havet – hva er det, hvordan oppstår de og hvilken betydning kan de ha for virksomhet til havs

Se opptak av møtet her:

Ekstrembølger, her begrenset til såkalte freake eller rogue bølger, er bølger som er uventet store i
forhold til omkringliggende bølger. Slike bølger ble lenge antatt å være enten observasjonsfeil eller
skipperskrøner. Etterhvert har vi fått mange pålitelige observasjoner både i laboratoriet og på havet,
og vi har teoretiske modeller som forutsier deres eksistens. Det er to grunnleggende forskjellige
måter å betrakte freake bølger, fra en deterministisk eller en stokastisk synsvinkel. Fra et
deterministisk ståsted kan forekomst av ekstreme bølger forklares ut fra refraksjon, slik som
bølgeutbredelse over variable strøm- eller bunnforhold, eller ved en spesiell balanse mellom
spredning og ikkelineære vekselvirkninger som kan forårsake ustabilitet. At bølger i en
deterministisk beskrivelse kan bli ekstremt store betyr imidlertid ikke at de er uventet store. Forsøk
på å bruke deterministiske indikatorer for å varsle freake bølger operasjonelt har vist seg å være
utfordrende. Fra et stokastisk ståsted prøver man å forstå hvor ofte freake bølger forekommer på
en havoverflate som er satt sammen av en tilfeldig blanding av bølger. I dette foredraget vil det bli
argumentert for at spennende aspekter av freake bølger kan avdekkes ved å kombinere en
deterministisk og stokastisk tilnærming. Vi har for eksempel observert oppsiktsvekkende stor
forekomst av freake bølger i laboratoriet vårt under omstendigheter hvor en klassisk deterministisk
beskrivelse ikke ser ut til å forutsi det.

Challenges in description and forecasting of rogue waves

Elzbieta M. Bitner-Gregersen
Discusser of Prof. Karsten Trulsen’s presentation

Rogue waves – also called freak, abnormal, or monster waves – are a fascinating and dangerous phenomenon which may occur in low, intermediate and high sea states. As sea surface oscillates in time and space in a random manner, description of ocean waves requires use of combination of deterministic and stochastic models. Resulting from the intrinsic variability of the sea surface elevation, temporal and spatial field wave records will be affected by the statistical uncertainty, also called sampling variability, due to the limited number of observations. Ideally, temporal/spatial wave registrations should be as large as possible to eliminate this uncertainty. However, this is difficult to reach in nature, where stationarity of sea states, on which wave models are based on, is an issue but it can in principle be obtained in laboratory experiments and numerical simulations, where initial wave conditions can be kept constant and intrinsic variability accounted for by changing random seeds for each run. Sampling variability brings several challenges in an analysis of field and laboratory wave data, modelling and forecasting of rogue waves as well as in engineering applications. It may be challenging to conclude on the importance of the nonlinearity of surface elevation, because the sampling variability may dominate over the nonlinear effects. The presentation demonstartes different effects that sampling variability can have for description and forecasting of rogue waves, and engineering applications, discussing also how we can deal with it. 
 

Bilde

Karsten Trulsen er professor ved seksjon for mekanikk, Matematisk institutt, Universitetet i Oslo.

Han tok doktorgraden ved Massachusetts Institute of Technology i 1995 på en avhandling om overflatebølger på vann. Trulsen var i perioden 1995–97 postdoc ved Universitetet i Bergen, i perioden 1997-1999 postdoc ved Universidad Complutense de Madrid, deretter var han ansatt hos SINTEF i Oslo fram til han startet ved Universitetet i Oslo fra 2002.

Trulsen har skrevet artikler om bølger på vann, spesielt om freake bølger og om bølgevarsling. I 2012–2018 ledet han forskningsprosjektet «Inversion of radar remote sensing images and deterministic prediction of ocean waves» støttet av Norges Forskningsråd. I perioden 2007–2011 ledet han forskningsprosjektet «Nonlinear wind-waves, their modification by tidal currents, and application to Norwegian coastal waters» støttet av Norges Forskningsråd.

Trulsen underviser i fluidmekanikk på Bachelor nivå, og i deterministisk og stokastisk bølgeteori påmaster- og PhD-nivå.
 

Bilde

Elzbieta M. Bitner-Gregersen har mange års erfaring med forskning av ekstreme og rogue bølger i havet, som sjefsforsker i DNV GL. Hun har PhD i ikke-lineære bølger på grunnvann og Dr. Habil. grad i oseanografi fra Det Polske Vitenskaps-Akademi. Hun var koordinator av EC prosjektet EXTREME SEAS (Design for Ship Safety in EXTREME SEAS) i 2009-2013 som var dedikert til rogue bølger og deres effekt på last og respons av skip. I perioden 2016-2020 ledet hun forskningsprosjektet ExWaMar (EXtreme wave WArning criteria for MARine structures) støttet av Norges Forskningsråd, hvor MET og UiO deltok. En avansert ikke-lineær numerisk modell for simulering av bølgeoverflaten (HOSM) var utviklet av DNV GL under ExWaMar. Prosjektet foreslått varslingskriterier for ekstreme og rogue bølger som skal vurderes og testes ved MET i Bergen. E.M. Bitner-Gregersen har skrevet flere vitenskapelige og populærvitenskapelig artikler om rogue bølger.