Monsterwellen sind vorhersagbar – manchmal
Ausnahmeereignisse sind in manchen Systemen vorhersehbar, in anderen dagegen komplett zufällig.
Meteorologische Ausnahmeereignisse scheinen unberechenbar zu sein: Ein vermeintlicher Jahrhundertsturm wird manchmal schon im folgenden Jahr übertroffen. Die dabei auftretenden Versicherungsschäden übertreffen jede statistische Erwartung. Solche Ereignisse unterliegen einer statistischen Extremwertverteilung, in der außerordentliche Ereignisse sehr viel häufiger auftreten, als es selbst eine langjährige Analyse eher normaler Ereignisse erwarten lässt.
Abb.: Schnappschuss einer Monsterwelle in Multifilamenten, aufgenommen in einer Xenonzelle bei 60-facher kritischer Leistung für die Filamentation. Gezeigt ist die optische Fluenz als Funktion der Position auf dem optischen Detektor. (Bild: MIB)
Ein prominentes Beispiel für unvorhersehbare Ereignisse sind Monsterwellen, auch Kaventsmänner genannt, auf dem Ozean. Solche Wellen sind zwar selten, aber wenn sie ein Schiff treffen, treten massive Schäden an der Schiffshülle auf, die sogar zum Untergang des Schiffs führen können.
Die genauen Ursachen solcher Monsterwellen sind umstritten und es ist deshalb unklar, ob man sie vorhersagen kann. Lässt sich vielleicht in irgendeiner Form eine Warnung in letzter Minute aus den aufgezeichneten Wellenmustern ableiten? Gibt es charakteristische Wellenmuster, die eine Monsterwelle ankündigen? Es gibt leider nur sehr wenige Datensätze von Ozean-Monsterwellen, aber es gibt einige analoge Systeme in der Optik, die ein qualitativ ähnliches Verhalten aufweisen.
Hier setzt die Arbeit von Simon Birkholz und seinen Mitarbeitern an. Basierend auf den Daten von drei verschiedenen Extremereignissen führten die Forscher eine genaue Analyse der Vorhersehbarkeit und der Vorbestimmtheit für den jeweiligen Fall durch. Es flossen Daten der berühmten Neujahrswelle 1995 auf der Draupner-Ölplattform ein, optische Messdaten der Gruppe um Bahram Jallali an der University of California at Los Angeles und extreme Ereignisse in nichtlinearen Multifilamenten, die am Max-Born-Institut in Berlin gemessen wurden. Im Multifilamentsystem sind Monsterwellen als kurze Lichtblitze im Strahlprofil unmittelbar beobachtbar. Die Wellenhöhe im Ozean entspricht dabei also der Lichtintensität in den optischen Systemen.
Das erstaunliche Ergebnis dieser vergleichenden Analyse ist, dass Monsterwellen in manchen Systemen durchaus vorhersehbar, in anderen aber komplett zufällig und damit auch unvorhersehbar sind. Eine Extremwertstatistik an sich erlaubt daher keine Rückschlüsse auf die Vorhersehbarkeit des Systems. Eine besondere Rolle nehmen hier die Ozeanwellen ein. Anders als bisher angenommen, sind Monsterwellen nicht komplett zufälliger Natur. Monsterwellen erscheinen also keineswegs, wie oft behauptet, wie aus dem Nichts. Von einer praktischen Vorhersage sind die Forscher allerdings noch weit entfernt – und möglicherweise ist auch nur eine Warnung in allerletzter Minute möglich.
MIB / RK
