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龙卷风小巷的奇迹:100%准确龙卷风传感器发明是偶然

这种回收技术能拯救龙卷风巷的居民吗?
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每年横扫美国龙卷风通道的1000场龙卷风是出了名的难以探测。

当龙卷风可能发生时,国家气象局监测雷达并发送居民报告,以便在某些类型的风暴期间发布所谓的龙卷风监视,并在龙卷风触及地面时发出警告。但研究表明,大多数龙卷风警报都是假警报。即使是准确的警报也给人们提供了几分钟的避难时间。

在美国,龙卷风每年造成约70人死亡,损失4亿美元,其中大部分是在龙卷风走廊内。

这个地区位于美国的中南部,世界上大多数龙卷风都发生在那里。龙卷风的威胁是突然的,部分原因是我们依赖人类的视力来确认龙卷风何时触地。但视觉并不是检测暴力漩涡的唯一方法。声音可能是关键。

密西西比大学国家物理声学中心的一组科学家多年来一直在研究声波传感器如何通过次声来“听到”龙卷风。这项最初用于探测核爆炸的技术可以提高龙卷风预警系统的速度和准确性,有助于拯救生命,并让科学家对产生这种极端现象的条件有了新的认识。

聆听核爆炸和龙卷风的声音

自1945年以来,各国已经在大气、地下和水下试验了2000多枚核弹。1996年,随着联合国《全面禁止核试验条约》(Comprehensive nuclear - ban Treaty)的签署,这些试验几乎完全停止,该条约禁止为任何目的引爆核武器。这是朝着核裁军迈出的一小步,但却是积极的一步。

但是,国际社会如何确保签约国遵守条约呢?毕竟,很难知道一个国家何时进行了核试验,尤其是当炸弹在远离其他国家的地方爆炸时。为了解决这一问题,各国在世界各地设立了数百个监测站,以寻找核爆炸的迹象。

一个迹象是次声:出现在人类听力范围以下的低频声波。本世纪初,美国国家物理声学中心(National Center for Physical声学)的科学家们帮助设计了次声监测技术,该技术能够探测到6000多英里外的核爆炸。

2011年,研究小组将监测对象转向了另一种致命现象:龙卷风。

“早在20世纪60年代就有人指出,龙卷风会发出次声,”国家物理声学中心的首席科学家罗杰·瓦克斯勒(Roger Waxler)告诉Freethink。“我们持怀疑态度。但我们有资金,所以我们尽职尽责地在俄克拉何马州设置了麦克风阵列,捕捉到了龙卷风的信号。”

数组能够从60英里外探测到龙卷风.每个传感器由电池、太阳能电池板、圆顶挡风玻璃、电缆和记录次声波信号的机制组成。到目前为止,该系统还从未探测到过已经触地的龙卷风。

然而,国家大剧院和其他科学家仍然不太清楚龙卷风发出次声的原因。

NCPA的一位资深研究科学家Garth Frazier告诉密西西比大学新闻:“我们仍在努力收集足够的数据,以加深对产生声音的原因的理解,以及如何确保我们所听到的是龙卷风造成的,而不仅仅是与雷暴有关的现象。”然而,我们有信心,我们一直在探测和跟踪的声音不是雷声。”

另一个悬而未决的问题是,传感器是否在龙卷风到达地面之前探测到龙卷风通道中的龙卷风。

“有一些潜在的证据表明我们确实这样做了,但我们需要更多的数据,”瓦克斯勒告诉Freethink如果在漩涡形成时产生信号——我们可以检测到,如果它实际撞击地面时具有不同的特征——那将是理想的。”

更快、更准确的龙卷风预警系统

探测龙卷风的能力之前它们落地将为附近的人们提供关键的预警时间。国家气象局目前提供的龙卷风警报平均时间约为9分钟。考虑到龙卷风可以以每小时60英里的速度传播,每增加一分钟就可以挽救生命。

除了早期预警,次声监测还可以大大提高龙卷风预警的准确性。今天,龙卷风警报的误报率约为70%。原因不一定是技术不好,而是气象学家倾向于过于谨慎,有时在没有直观确认龙卷风的情况下就发出警告。

这是要付出代价的:人们可能开始忽视龙卷风警告。而对这种所谓的假警报效应的研究好坏参半,一个2009年评审发现龙卷风在假警报率相对较高的地区降落,造成更多的人死亡和受伤,其他一切都是恒定的。

NCPA的次声传感器从未产生过假警报。但目前,这些传感器没有被用于实时监测龙卷风;研究小组在不同的地点留下了它们的阵列,并在以后检索它们,使用收集的数据进行回顾性分析。

将次声传感器纳入当前的龙卷风预警系统将需要更多的资金,用于实现技术自动化和在全国最脆弱地区的关键地点安装许多传感器阵列。除了改进龙卷风通道中的龙卷风警报外,该方法还可以为科学家提供丰富的关于龙卷风形成和移动的大规模数据集,从而使追逐龙卷风的危险飞行器过时。

“龙卷风永远都是可怕的,”Waxler告诉Freethink。“有了坚实的资金,我们就可以有一个可操作的示范系统,我认为可以覆盖整个地区。”

次声监测有朝一日也可以帮助改善针对其他极端天气现象(包括飓风)的预警系统。

“飓风起作用了——它不那么直接,不具有追踪性——但这将产生巨大的影响,”瓦克斯勒告诉Freethink。

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