郑凡斩获阿里巴巴全球数学竞赛金牌，他要用数学预测地震引发的超级海啸

来源：DeepTech深科技

郑凡的数学人生，锚定于十几年前的印尼海啸。

2004 年 12 月 26 日，印尼海啸暴发，造成至少 30 万人罹难或失踪。当时年仅 12 岁的上海小学生郑凡，正好在读一本关于海水如何运动的课外书，书里讲到用数学知识可以预测和分析海啸。

正是这次海啸，给了他更多学数学的动力。

图 | 海啸带给人类的灾难（来源：东方 IC）

时隔多年，在 2020 年的阿里巴巴全球数学竞赛颁奖典礼上，获得金奖的郑凡特意在颁奖感言中，提到印尼海啸给自己带来的影响。

如今他在西班牙高等科学研究院做流体力学方面的研究，其中就包括用数学知识去预测海啸。

海啸本身是流体，所以研究海啸必须得懂流体力学。描述流体力学的运动时，可能有人觉得要用一些物理方程，但是数学家们早已把这些方程写出来了。

数学，在预防海啸方面大有可为

从数学角度来看，海啸是一种波动幅度较大的水波，也是一种灾难性海浪。此前该领域的专家们，多是在海面平静时做研究。

不过海面有时会莫名其妙地出现巨浪，目前人类尚不清楚这种浪的起因。有些船只航行在海面上，突然出现翻船事故，很有可能就是因为这种巨浪。

通过卫星观测发现，这些不明海浪的幅度远超人类想象，这预示着里面可能有一些目前人类还没有掌握的数学难点。

一般来说，地震引起的震动，可能会引发海啸或者海浪。之前该领域的研究，也多是围绕海啸或海浪的传播展开。但是人类目前面临的痛点是，海啸通常由震源在海底下 50 千米以内、里氏震级 6.5 以上的海底地震引起。

而地震通常会伴有余震，余震震中可能和主震震中距离比较远，所以郑凡的研究课题是：假如两个地方同时发生地震，并且两地同时出现海啸，那么这两个海啸有多大、以及之间是否会产生相互作用。

具体研究中，他做的第一件事，便是吃透流体力学中的一个重要模型：重力波模型（Gravity wave）。该模型的历史很悠久，1959 年，剑桥大学保罗 · 狄拉克教授（Paul A.M.Dirac）从数学上证明了重力波的存在。

图 | 郑凡的研究

在流体力学中，重力波是在液体介质内、或两种介质界面间（例如大气与海洋之间）的一种波。

当一小团液体离开液面、或者进入同一液体中的不同密度区域，由于重力作用，这团液体会以波动的形式、作出摆荡动作。这种摆荡产生的波，便是海啸产生的原因。

历经一年多的研究，郑凡撰写出一篇名为《3D 重力水波的长期规律性》（Long-term regularity of 3D gravity water waves）的论文。

该论文的结论是：占据半个三维空间的不可压缩流体，会在自身重力作用下流动。简单来说，重力波的模型在预测多个地震引起的海啸时，仍然具备相当高的精确度。

他后续打算把这项研究，真正推进到海啸预测中。据郑凡介绍，利用该研究成果，可以构建更精确的海啸模型，辅以计算机的数值模拟之后，就能更准确地预测海啸的传播规律，从而让可能受灾的地区做出更充分的应对预案。