「傾聽」果然是個好辦法:除了溝通感情,還可以用來預測龍捲風

2020-12-01 騰訊網

人類的進化史堪稱一部與自然界的鬥爭史。大自然中的各種極端天氣事件對人類生產生活產生了極大影響，而且通常弊大於利。

很遺憾，直到近代人類才建立了部分預測手段，如天氣預報、水文觀測等。但是，對於一些極端自然現象，例如地震、龍捲風等，目前還沒有完善的預警機制。

美國是全球受龍捲風災害最嚴重的國家之一。據統計，每年大約有1000個龍捲風襲擊美國，造成數十億美元的損失，平均約60人死亡。在美國中部平原還存在著一條被稱作「龍捲風走廊」的地帶。

雖然現代天氣預報可以通過高頻率觀測對龍捲風進行預警，但對預報經驗有較高要求。此外一些地區也對龍捲風進行人工觀測和數據收集，即「風暴追蹤(storm spotting)」項目，這種方式的效率不盡如人意。

當然，也可以用更高級的雷達來監測，但是作為一種視覺測量方式，其在丘陵和山地地區的應用受到很大限制。

由於龍捲風造成的大量生命和財產損失，對其的準確觀測就顯得尤為重要。

來自俄克拉荷馬州立大學的機械工程師布萊恩·埃爾賓(Brian Elbing)表示，預測龍捲風的方法之一其實是「傾聽」。

當然，不是用人耳聽。早在20世紀60年代，研究人員就報告了龍捲風發出特徵聲音的證據，其頻率超出了人類的聽覺範圍。人耳的聽覺頻率範圍通常在20Hz～20000Hz之間，但龍捲風發出的聲音可能在1Hz~10Hz之間。

在美國物理學會流體動力學分會第73屆年會上，一名研究人員報告了其對龍捲風次聲信號的研究成果。

該研究人員稱，這些次聲信號是一個研究方向，基於聲學的方法已經退居二線幾十年了。

2017年，研究小組記錄了在俄克拉荷馬州珀金斯附近產生小型龍捲風的次聲爆發。分析數據時，團隊發現振動在龍捲風形成之前就開始了。

關於這種次聲產生的原因，有一種理論認為，龍捲風核心的徑向振蕩會產生這種聲音，這一點得到了以往觀測結果的支持，即基本頻率與龍捲風的直徑成正比。

雖然這一結論還沒有被普遍認可，但是知不知道原因對報警系統來說並不重要，只要有效即可。

研究人員表示，聲音是一種很好的預警方式。比如，身後的玻璃杯摔碎了，不用轉身就能判斷出發生了什麼。而且，聲音的傳播速度很快，且可通過不同介質長距離傳播。研究人員就此表示「可在100英裡外探測到龍捲風。」

基於這一理論，研究人員製作了通過聲學檢測龍捲風的傳感器陣列。這一陣列在實驗中得到了較好驗證。

2019年龍捲風季之前，部署在俄克拉荷馬州帕金斯市的陣列在龍捲風形成前8分鐘就接收到信號。這比研究人員認為的提前4分鐘快了一倍。

次聲龍捲風預警研究得到了美國國家海洋和大氣管理局的資助。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://phys.org/news/2019-11-low-frequency-tornado-formation.html#

https://phys.org/news/2020-11-physics-extreme-events.html

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