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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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每年遍布美国龙卷风巷的1,000龙卷风难以察觉。

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。

密西西比州大学物流学院学院的科学家团队已经花了几年的研究,研究了原理传感器如何通过Infrasound“听到”龙卷风。该技术最初开发用于检测核爆炸,可以提高龙卷风预警系统的速度和准确性,帮助挽救生命,并将科学家们提供新的洞察力,以产生极端现象的条件。

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。

“我们仍在努力收集足够的数据来提高对导致声音产生的原因的理解以及如何确保我们听到的是由龙卷风引起的,而不仅仅是与雷暴相关的现象,”Garth Fradier是一名高级研究NCPA的科学家告诉密西西比大学新闻。“但是,我们相信我们一直检测到的声音并不迅雷。”

另一个开放的问题是传感器在触摸地面之前是否在龙卷风巷中检测龙卷风。

“我们所做的一些证据,但我们需要更多的数据,”Waxler告诉Freethink。“如果当涡旋形式时出现了信号 - 我们可以接收,如果它实际上有不同的特征,那么它实际上击中地面 - 这将是理想的。”

更快、更准确的龙卷风预警系统

探测龙卷风的能力之前他们击中地面将为附近的人提供关键的警告时间。国家天气服务目前提供约9分钟的平均龙卷风警告时间。考虑到龙卷风可以以高达60英里/小时的速度旅行,每次额外的分钟都可以挽救生命。

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。

这是成本:人们可能会开始忽略龙卷风警告。虽然这一点对这种所谓的假警报效果进行了研究,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的基础驱动传感器从未产生过误报。但目前,传感器不会用于实时监测龙卷风;该团队在各种站点留下它们的阵列,并以稍后使用所收集的数据来检索它们以进行回顾性分析。

将Infrasound传感器融入当前的Tornado警告系统将需要更多的资金,用于自动化技术,并将许多传感器阵列放在全国最脆弱的部分中的主要网站中。除了改善龙卷风的警告之外,该方法还可以为科学家提供丰富的大型数据集,就如何形成了龙卷风的形式和移动,这可能会使龙卷风追逐的危险工艺。

“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。”

Infrasound监控还可以有一天可以帮助改进其他极端天气现象的警告系统,包括飓风。

“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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