海浪的 " 肋骨渦旋 "

撰文 | 喬安娜 · 湯普森（Joanna Thompson）

翻譯 | 曾欣欣

想象一下完美的海浪：它們像一堵 " 水墻 " 奔向海岸，一邊翻滾一邊旋轉，直到海浪破碎。趕上這樣的海浪是任何一位沖浪者的夢想，而浪花滾滾背后的物理原理就如這場沖浪一樣令人大為驚嘆。

當一股海浪螺旋上升或下沉時，旋轉的水流會形成一個內部中空的渦旋。如果你能夠從海面之下一窺海浪的模樣，那么你可能會看到這個主渦旋周圍有多個小渦旋——它們形似肋骨而被稱作 " 肋骨渦旋 "（ribvortices）。直到最近，科學家才開始研究這些美麗且精巧的次級渦旋形成的原因和方式。

克里斯蒂娜 · 貝克（Christine Baker）是美國華盛頓大學的一位流體力學研究員。貝克認為：" 基本上是主渦旋發生了分離。"當海浪開始破碎，海浪前緣會卷入空氣而形成微小氣泡，進而導致主渦旋分離出幾股小水流。這些小水流獲得了動量，并通過旋轉成為 " 肋骨渦旋 "。

華盛頓大學海洋學家吉姆 · 湯姆森（Jim Thomson）表示：" 我們經常拿花樣滑冰運動員做類比。" 最初，一陣海浪的 " 肋骨渦旋 " 就是緩慢旋轉的寬闊水流——就像張開雙臂旋轉的花滑選手一樣。然后，隨著波浪向前推進，這種渦旋的尺寸會變小，類似于花樣滑冰運動員抱緊自己胳膊時的樣子。湯姆森說：" 這樣它們就可以轉得越來越快。" 而隨著這種微小渦旋回環并長大，如此快速的旋轉會促使它們從主渦旋分離。

貝克采用計算與實驗相結合的方法，研究了這些渦旋是如何把海岸上的垃圾與污染卷入海洋的。直到 10 年前，科學界才開始有更多的人關注這種形似肋骨的渦旋，部分原因在于 " 肋骨渦旋 " 難以拍攝。研究人員表示，這種短暫的渦旋需要高分辨率攝像機，以及精確的捕捉時機。而且，" 我們通常不會研究或留意到那些缺乏相關實驗手段的事物。" 湯姆森說道。不過，現在的計算機終于有能力處理高度復雜的計算，從而模擬出這種渦旋的模型。