自然的奧妙 波動 不需要預備知識 閱讀約 7 分鐘

真的有「突發巨浪」嗎?
― 被當成水手「吹牛」的巨大海浪,1995 年被海上觀測平台量到了

在風浪洶湧的海上,突然冒出一道比周圍海浪高出一倍的水牆。這樣的故事,長久以來被當成水手的誇大傳說,聽聽就算了。然而 1995 年元旦,北海觀測平台上的儀器,清清楚楚地記錄下這種「不可能的海浪」。其實巨浪不需要什麼特殊原因,只要普通的海浪疊在一起,就可能出現。

發布:2026.11.02 難度:★☆☆(不需要預備知識) 算式只出現在最後的摺疊區
先想像這樣的場景

颱風過後的隔天,你站在高處看海。白色的浪一波接一波撲向岸邊,看起來高度都差不多。

看了一會兒,偶爾會混進一道稍大的浪。不過看個 10 分鐘,你就會覺得「這片海大概就是這個程度」。

可是,這個估計準嗎?如果連續看上好幾個小時,會不會出現比剛才看到的最大浪高得多的海浪呢?

巨浪形成的原因,只有兩個

1
各自獨立的波,剛好浪峰對齊

海浪是由許多長度和速度各不相同的波疊在一起形成的。平常浪峰和浪谷會互相抵消,但偶爾浪峰會在同一個地方對齊,高度就變成相加。

2
單看一道很罕見,但數量夠多就一定會發生

浪峰大幅對齊,大約是幾千道浪才會有一次的罕見事件。不過在暴風雨的海上,每 10 秒就來一道浪。過幾個小時,幾千道浪很快就到了。

會被當成「吹牛」,原因就在第二點。人一次看到的浪,頂多幾十道,其中幾乎不可能包含幾千道才一次的浪。沒見過的人,自然就認為不會有那種浪。

1995 年元旦,觀測平台看到了什麼

在挪威外海的北海,立著一座名為德勞普納(Draupner)的海底天然氣開採平台。平台上裝有用光測量正下方海面距離的儀器。1995 年 1 月 1 日,這台儀器記錄到一道從浪谷到浪峰高約 26 公尺的海浪。

當時周圍海面的「一般大浪」高度約為 12 公尺。也就是說,一道超過它兩倍的浪,只單獨出現了一次。前後的浪裡,並沒有看到那麼大的。

在那之前,船舶設計和海上工程普遍採用「浪高大致落在某個範圍內」的想法。有了儀器的確切記錄,突發巨浪就不再只是傳說,而成了研究的對象。後來研究人員分析了數週份的人造衛星雷達影像,報告指出全球海域找到了 10 個以上高度超過 25 公尺的海浪。

原因 1:普通的波,只是相加而已

請看圖 1。上方 3 條細線是長度不同的 3 個波,高度全都一樣,沒有一個是特別的波。下方的粗線,是把這 3 條線直接相加後的海面。

3 個各自獨立的波(高度相同) 相加後的海面 ← 峰對齊,達單道 3 倍
圖 1:上方 3 條細線,是長度不同、高度相同的波。下方粗線是它們的總和。大部分位置互相抵消而很低,但虛線處 3 個浪峰對齊,高度變成單道波的 3 倍。

平常,某個波的浪峰會和另一個波的浪谷重疊,海面因此被壓低。可是只有在浪峰對齊的地方,高度會直接疊加起來。而且波的長度不同,前進的速度也不同,所以對齊的浪峰過一會兒又會散開。人們說突發巨浪「突然出現,又很快消失」,就是這個緣故。

真實的海上,疊在一起的不只 3 道波,而是無數道。所以浪峰對齊的程度每次都不同。稍微對齊,就是「有點大的浪」;大幅對齊,就成了「突發巨浪」。

原因 2:決定「幾道才有一道」的,是高度的比值

海浪的高度有多大比例會長到多高,已知可以用統計公式相當準確地表示。作為基準的,是「一般大浪的高度」。它的算法是把海浪由高到低排列,取最高的三分之一求平均,氣象預報裡的「浪高」指的也是它。

請用圖 2 的滑桿,移動要考慮的是基準的幾倍。和基準一樣高的浪,每 7 道就會來 1 道;1.5 倍的浪,每 90 道來 1 道;但到了 2 倍,就一口氣跳到約 3000 道才 1 道。

110100 10001 萬10 萬100 萬 1 倍1.5 倍2 倍2.5 倍 為一般大浪高度的幾倍 幾道來 1 道 突發巨浪的標準 高度 2.0 倍的浪, 2981 道才有 1 道 若每 10 秒來一道浪 約8.3時間 出現 1 次
移動滑桿,就能看到該高度的浪幾道來 1 道、幾小時出現 1 次
圖 2:橫軸是「為一般大浪的幾倍」,縱軸是「超過該高度的浪幾道來 1 道」(刻度每格 10 倍)。向右上攀升的曲線,從 2 倍的虛線附近開始急速竄升。用滑桿改變倍數,右側方框會顯示道數與時間。

重點在右側方框的時間。2 倍的浪,若在每 10 秒來一道浪的暴風雨海面,算起來約 8 小時會出現 1 次。如果暴風雨持續好幾天,來個好幾次也不奇怪。傳說並不是誇大,而是人們觀察的時間太短了。

用同樣的算法,在高處看約 10 分鐘,看到的最大浪大約只有一般大浪的 1.4 倍。但連續看上幾個小時,最大浪會長到約 1.9 倍。「看了一會兒沒事」,並不保證幾小時後也安全。

💡 真實的海,比計算更「粗暴」一些

圖 2 的曲線,是假設波與波之間互不影響所得的數字。在真實的海上,波會從隔壁的波吸走能量,自己長高。因此在某些條件下,突發巨浪發生的次數,被認為會比計算結果多出好幾倍。

💡 「第 7 道浪最大」是真的嗎?

已知大浪常會好幾道成群出現,但並沒有「一定是第 7 道」這種固定的號碼。成群的長度,會隨當天海上波的成分而改變。與其數浪求心安,不如站到高處去看。

總結

突發巨浪不需要特殊原因。普通的海浪疊在一起,只要浪峰剛好對齊,就會產生超過周圍兩倍高的浪。就單一道浪來說,這是幾千道才有一次的罕見事件;但在暴風雨的海上,算起來是幾個小時就有一次。它之所以聽起來像吹牛,是因為人一次看到的浪太少了。

就算很少發生的事,
重複幾千次,總有一天會發生。

大浪成群出現的原理,請看「磯釣高手為什麼下竿前要先看一會兒海?」;浪破碎前的高度極限,請看「海浪最高能長到多高?」;從遠方風暴傳來的浪,請看「明明沒有風,為什麼突然來了高浪?」。

🧪 用骰子體驗「浪峰對齊」的機率
  1. 準備 3 顆骰子。把每顆當成一道波,擲出的點數當作「那一瞬間的浪高」。
  2. 3 顆一起擲,記錄總和,重複 50 次。總和通常會集中在 8 到 13 左右。
  3. 3 顆都是 6 的「總和 18」,算起來 216 次才會出現 1 次,擲 50 次大概不會出現。但如果全班一起擲,也許就有人擲出來。

一個人覺得「那不可能」的點數,只要次數增加,就一定會出現。海浪也是一樣。實際觀察海浪時,請不要靠近水邊,從高處觀看。

想知道更多的人 ― 用語・算式・與課本的連結從國中理化到大學專業課程,標明每段內容屬於哪個程度
接下來出現的標籤怎麼看
  • 國中國中理化學到的範圍
  • 高中高中「物理」「數學」學到的範圍
  • 高中+高中的進階內容,或課本專欄的內容
  • 大學高中不會學到的大學專業課程(海洋波動論・非線性波動)內容
  • 研究連大學也不會當作「定論」來教,現在研究者仍在探討的話題

國中用語:這個現象有名字

國中高中用算式驗證:2 倍的浪,幾道來 1 道、幾小時出現 1 次?

把「2 倍」這個比值代入表示浪高分布的公式,直接算出突發巨浪出現的間隔。

⓪ 基本公式
用符號寫P = e−2 × (H ÷ Hs)²   N = 1 ÷ P   t = N × T
用文字寫超過高度 H 的浪所占比例 = e 的「−2 × (高度比的平方)」次方。幾道來 1 道 = 它的倒數。出現的間隔 = 道數 × 單道浪的週期
這個公式從哪來無數小波毫無關聯地疊在一起時,海面高度會呈鐘形(常態分布)分散。從中取出每一道浪的高度,就得到這個形式(瑞利分布)
符號意義與單位
H所考慮的浪高(m)
Hs有義波高=一般大浪的高度(m)
P超過高度 H 的浪所占比例(無單位)
N幾道來 1 道(道)
T單道浪通過的時間=週期(秒)
① 基本數值
突發巨浪的標準(高度比)2 倍
暴風雨海面的浪週期約 10 秒
e 的 −8 次方約 0.000335
德勞普納海浪的高度約 25.6 公尺
當時的有義波高約 12 公尺
② 實際計算
高度比的平方2 × 2 = 4
指數的大小2 × 4 = 8
幾道來 1 道1 ÷ 0.000335 ≒ 2985 道
出現間隔(秒)2985 × 10 = 29850 秒
出現間隔(小時)29850 ÷ 3600 ≒ 8.3 小時
德勞普納海浪的比值25.6 ÷ 12 ≒ 2.1 倍

2 倍的浪約 3000 道才 1 道,在每 10 秒來一道浪的海上,約 8 小時出現 1 次。1995 年的那道浪約為 2.1 倍,明確超過了突發巨浪的標準。

高中高中+疊加原理,與最大浪的增長方式

高中圖 1 正是高中物理的波的疊加原理。多個波來到同一地點時,位移會相加。浪峰與浪峰重疊會互相增強,浪峰與浪谷重疊則互相減弱。海浪因長度不同而速度不同(具有色散性),所以增強的位置不斷移動,出現後又消失。

高中+由上面的公式可知,觀察 N 道浪時最高的那一道,大約是「Hs × (N ÷ 2 的自然對數的平方根)」。60 道(約 10 分鐘)約為 1.4 倍,1000 道(約 3 小時)約為 1.9 倍。觀察的時間越長,最大浪就一點一點地變高。

大學波養大波:調變不穩定性

深海的波,嚴格來說光靠相加是不夠的。當波形稍微不整齊時,較高的部分會從周圍收集能量,變得更高。這稱為班傑明-費爾不穩定性(調變不穩定性),波包絡線的變化可用非線性薛丁格方程描述。這個方程的解中,有一種稱為「游隼解(Peregrine soliton)」的形式,會在平靜的海上突然冒出近 3 倍高的浪再消失,被當作突發巨浪的雛形來研究。

📖 算式的推導與更進階的內容:瑞利分布(維基百科) / 巨大波(維基百科)

研究目前還不清楚的事

換句話說,本文的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。現在研究的重心,已不是「會不會發生」,而是「多常發生」。

與課本的連結(依程度)

程度科目・單元本文哪裡
國中理化「聲音・波」、數學「機率」波的浪峰與浪谷、骰子實驗
高中物理「波的疊加」、數學「指數函數」圖 1、用算式驗證
高中+數學「統計推論」最大浪的增長方式
大學海洋波動論・非線性波動調變不穩定性、非線性薛丁格方程
研究海洋工程・波浪預測發生頻率、交叉波、短時間預報
―與生活的連結在海邊看浪時,不要只憑短時間的印象下判斷
參考・出處
  1. Dysthe, K., Krogstad, H. E., Müller, P. (2008) Oceanic Rogue Waves. Annual Review of Fluid Mechanics 40
  2. Haver, S. (2004) A possible freak wave event measured at the Draupner jacket January 1 1995. Rogue Waves 2004 Workshop, Brest
  3. Kharif, C., Pelinovsky, E., Slunyaev, A. (2009) Rogue Waves in the Ocean. Springer
  4. ESA (2004) Ship-sinking monster waves revealed by ESA satellites(歐洲太空總署的發布資料)
  5. 合田良実(Goda Yoshimi)『港湾構造物の耐波設計』(港灣構造物的耐波設計),鹿島出版会(Kajima Institute Publishing)

※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值與概算。在海邊觀察海浪時,請勿靠近水邊,並遵從氣象資訊以及地方政府、海巡機關等的指示。