巨大波
十分広い一様な海洋で、ある一定の方向から風が吹き続けた場合、有義波高は大きくなるが、上記の一発大波を除けば突然大きな波が発生することは考えにくい。しかし海洋には様々な方向から風が吹き、また遠地の低気圧で発生したうねりや、ある地域・地形に特徴的な海水の流れ、もしくは多方向からの波が押し寄せる。こうした多方向からの波が重なり合うことで生じるものが三角波(さんかくなみ)である。三角波は定常波の一種と解される。
右図は三角波の模式図である。図中の赤い○で示した箇所では、青・緑・黄の各波が重なっており、波高が高くなることが予想される。図中にはこのほかにも波が重なっている箇所がある。このような多方向波は巨大波の発生要因の1つであるが、一度生じると暫く継続的に発生するためにその予測および回避は比較的に容易である。
三角波は大河川の河口付近、水道や海峡付近で発生しやすい。また、台風の目では周囲からの高波が複雑に重なり合うため、多くの三角波が発生する(もともとの波自体が10メートルを超えることも珍しくないため、巨大な三角波となる)。さらに、津波も海底地形の影響による屈折や海岸反射によっては三角波を生じることがあると言われる。
三角波は文字通り波が尖った三角形状になる。波高もさることながら、三角波は尖った形状で下から突き上げるよう発生するので、船舶に重大な被害を生じさせることが多い。
2017年2月15日、気象庁は三角波などの急な大波が発生する可能性が高い海域を予測できる手段を確立したとし、2017年3月から気象庁ホームページの波浪予想図にてその海域を公表することを発表した。
本記事の執筆に際し下記を参照した。
気象庁 波浪の知識「巨大波」
応用力学研究所研究集会「海洋巨大波の実態と成因の解明」
富田宏ほか(2006):巨大海洋波・Freak Waveの発生機構の解明と予測-海洋流体力学の一章として-、ながれ、25、pp.39-48 (pdf)
三角波と高波は違う(海洋学者・市川洋のブログ) 2009年05月02日 著者は独立行政法人海洋研究開発機構上席研究員
Jaws Maui (Wikipedia英語版)
いっぽう、下図も10の異なる周期を持つsin関数の重ねあわせであるが、図の中央付近で各sin関数の山が一致したために、波高12以上の巨大波が誕生している。右図は模式的に、振幅2の波を10重ね合わせた様子を示したが、海洋にはさらに多くの周期・振幅を持つ波が存在するため、下図のようにそれらが一致する可能性は決して大きくないがゼロとは言えない。
異なる周期の波成分の重ね合わせについては、単純に線形に重ね合わせで表現される場合(線形波)と海の波が持つ非線形性による非線形重ね合わせ(非線形波)で表現される場合がある。線形波の波高の出現分布はレイリー分布で表現され、有義波高の2倍を超える波の出現確率は約3000波に1回となる。
一方、非線形波の場合は波の持つ非線形性に依存し、レイリー分布より出現頻度が高い場合と低い場合の両者がある。非線形性による一発大波の出現確率の高まりは、主に大水深域で生じ、水深が浅くなると逆に抑制されることがわかっている。
一般に、一発大波は時間的にも空間的にも非定常であり、その予測は非常に難しい。