Beach and Coastal Structure Impacts of Infragravity Waves During the Late December 2023 Swells in Southern California

海面が穏やかに見えるときでも、海が静止していることはめったにありません。ほとんどの人は波を、海岸に打ち寄せるリズムに乗った風によるローラーのようなものと考えていますが、海にはその水面下に隠れた、より緩やかな動きが存在します。科学者たちは、これらの長くうねるような波を「インフラグラビティ波（長周期波）」と呼んでいます。数秒おきに砕ける馴染みのある風波とは異なり、これらの遅い波は、ある一点を通過するのに数分から30分ほどかかることがあります。これらは砕け散る水のようには見えないため、肉眼では捉えにくいことが多いのですが、実際には海洋表面全体を持ち上げる、ゆっくりとした上昇・下降する床のように機能します。巨大な嵐が強力なうねりを海岸へと送り込む際、これらの遅い波は、浴槽の中の水を揺さぶる時のように湾や港の中に閉じ込められ、エネルギーを蓄積させることがあります。このエネルギーによって水位が予想よりも大幅に高くなることがあり、それにより、通常の予測では逃してしまうような洪水や浸食を引き起こす形で、速く砕ける風波がこの高まった「床」の上に乗って陸地深くへと到達するのです。

2023年12月下旬、北太平洋の強力な嵐が南カリフォルニアに向けて巨大なうねりを送り込み、これはインフラグラビティ波がどのように振る舞うかを理解するための完璧なテストケースとなりました。米国陸軍工兵隊および南カリフォルニア大学の研究者を含むチームは、なぜ今回の特定の嵐がサンタバーバラ海峡沿いで劇的かつ予期せぬ被害をもたらしたのかを調査するために立ち上がりました。彼らは、このゆっくりとした長周期の波が、大規模な嵐を局所的な災害へと変えた原因であるかどうかを知りたかったのです。研究チームは、沖合のブイ、潮位計、ビデオ映像、そして詳細なコンピュータシミュレーションからのデータを組み合わせることで、深海のエネルギーがいかにして港へ入り込み、海岸線の形状によって増幅され、結果として突発的なローグウェーブとなって通りを冠水させ、ビーチを変貌させたかという物語を組み立てました。

2023年12月28日から31日にかけて発生したこの嵐は、エルニーニョ現象に関連した広範な気象パターンの一部でした。波自体は大きかったものの、カリフォルニア沖の開けた外洋で記録された史上最大のものではありませんでした。しかし、ひとたびそのうねりがサンタバーバラ海峡の複雑な地形に達すると、状況は一変しました。チャネルは島々や岬によって守られた細長い曲線状の盆地であり、これにより波が曲がり、反射し、特定の場所に集中することがあります。研究者たちの発見によれば、外洋の波も顕著であったものの、真の脅威はその次に起きたことでした。嵐の波がチャネルに入ると、強いインフラグラビティ・エネルギーのパルスが発生しました。このエネルギーは単一の波として到着するのではなく、数時間にわたって持続する、水位の律動的な振動として現れました。

この現象の最も衝撃的な証拠は、同年12月28日の午前中、ベンチュラ市で確認されました。午前10時50分頃、ちょうど満潮の時に、巨大な「スニーカー・ウェーブ（忍び寄る波）」が突然砂浜と低いコンクリート製の防波壁を乗り越えて押し寄せました。これは典型的な砕波ではなく、近くの駐車場や道路を冠水させるほどの急激で強力な水の奔流でした。路面の高さに対して約1メートルの深さにまで達しました。目撃者のビデオや嵐後の調査によると、海水は通常の水位から5.5メートルもの高さまで跳ね上がっていました。研究者は、この事象が極めて局地的であったことを指摘しています。沿岸全体が荒らされていた一方で、この地点だけが外洋での波の高さを不釣り合いに上回る勢いで直撃を受けたのです。この出来事のタイミングは、ハーバー内で低周波エネルギーが強まっていた時期と一致しており、これは、ゆっくりとした波が勢いを蓄えることで水位を押し上げ、嵐の波が防波壁を乗り越えられる状態を作り出したことを示唆しています。

これがどのようにして起こったのかを解明するため、チームはサンタバーバラおよびベンチュラの両方の港にある潮位計のデータを確認しました。彼らは水の動きを異なる速度ごとに分解する方法を用い、各ハーバーが特定の自然なリズムで振動していることを明らかにしました。それはまるで特定の音がガラスを割る様子に似ていますが、この場合は、海がゆっくりとした長い波と共に共鳴していたのです。分析の結果、各ハーバーは周期16分から21分の波を増幅させていることが分かりました。嵐のエネルギーがこれらの自然なリズムと一致したとき、ハーバー内の水位は強度を増しながら振動し始めました。ベンチュラにおいては、この増幅作用によって、水が絶えず高く押し上げられる「ホットスポット」が生じ、それがスニーカー・ウェーブへの舞台装置となったのです。

地上における物理的な被害は、こうした相互作用の力を裏付けていました。嵐の後、研究者が海岸線を調査したところ、一部のエリアでは砂浜が約25メートル後退しており、砂丘には高さ2メートルの切り立った砂の崖が形成されていました。この侵食は、単なる風による波の衝突だけでなく、インフラグラビティ波によって引き起こされた持続的な高水位によって駆動されたものでした。つまり、本来であれば安全であったはずの場所までも長時間にわたり水が砂丘に当たり続け、砂を洗い流していったのです。被害は港の構造物にも及びました。港を守るために設計された大きな岩で作られた沖合の離岸堤は、深刻な損傷を受けました。大きな石が移動し、構造物の傾斜は危険なほど急になっていました。研究者たちは、インフラグラビティ波自体が直接岩を粉砕したわけではないものの、それらが水位を十分に上昇させたことで、通常は安全とされる部分に小さな高速の嵐の波が当たるようになり、時間をかけて構造物を摩耗させたのだと観察しました。

高度なコンピュータモデルを用いて、チームは波がどのような影響を与えるかを調べるために、波の種類を変えながら嵐のシミュレーションを行いました。どの程度の長さの波が最も問題を引き起こすのかを検証したのであり、モデルはサンタバーバラ海峡には、長い波を捕捉し増幅させるための特定の固有モード、すなわち自然周波数があることを証明しました。実際の12月28日の条件を再現したシミュレーションでは、周期約120秒の波が、まさにスニーカー・ウェーブが発生した場所にエネルギーを集中的に注ぎ込んでいることが示されました。このシミュレーションは、スニーカー・ウェーブが、「満潮」「強力な嵐のうねり」、そして「特定の増幅された長周期のリズム」という条件が重なった「パーフェクト・ストーム」の結果であることを示唆していました。

また本研究は、すべての海岸が一様に反応するわけではないことも強調しています。サンタバーバラ海峡が記録的な条件下にあった一方で、近隣のサンタモニカ・ベイなどは、海岸線の形状と波の方向によって保護されていたため、最悪の事態は免れていました。この知見は、沿岸の安全性において非常に重要です。異常な波のイベントは均一ではありません。一つの港にとって危険な嵐であっても、わずか数マイル離れた別の港にとっては無害である可能性があるからです。研究者たちは、外洋における波の高さだけに頼るのは、沿岸の危険を予測するには不十分であると説いています。ゆっくりとした長周期の波は、水位を押し上げ、波が予想以上に内陸部まで到達することを可能にするため、管理可能な嵐を局所的な災害へと変容させてしまうのです。

究限的に言えば、この研究は、人々が見ることのできない力に対して、沿岸コミュニティがいかに脆弱であるかについて、より明確な姿を描き出しています。インフラグラビティ波は「隠れた増幅器」として機能し、大きなうねりを局所的な洪水や浸食イベントへと作り替えました。ハーバーが共鳴を起こす特定の律動を特定することで、科学者はいつ、どこでこのような危険な状況が発生するかをより正確に予測できるようになります。この研究は、海岸侵食の問題を解決したと主張するものではありませんが、重要なピースを提供しています。それは、海洋のゆっくりとした深いリズムが、目に見える砕ける波と同じくらい破壊的な力を持つことがあるという事実を理解することです。ベンチュラやその他の沿岸地域の住民にとって、これは将来の安全計画において、単なる嵐の高さだけでなく、その下にある「昇り続ける海の底」に対しても備える必要があることを意味しています。