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新研究利用次声波来监测龙卷风
发布时间:2018-05-16 07:05:43    来源:《美国声学学会期刊》    编辑:chenjing

2018年4月,美国俄克拉何马州立大学的科学家在《美国声学学会期刊》上发表研究称,通过监测龙卷风发出的次声波,我们可以提前一两个小时对龙卷风进行预报,并且更加深入地了解龙卷风生成的物理机制。

在二十世纪九十年代末和二十一世纪初,研究人员发现龙卷风和其他地球物理事件等也会发出声波,频率在0.5至20赫兹的“近次声波”范围内。龙卷风产生的风暴系统在其发生前2小时会发出次声波(人耳无法听到)。次声波不容易衰减,在传递数百英里后仍可被探测到。因此,如果次声波与流场特性具有关联,那么就可以通过监测次声波来对龙卷风生成的机制和特性等进行长期研究。“通过监测数百英里之外龙卷风发出的次声波,我们能够减少误报率,甚至提前进行预报预警。”该研究主要作者之一布赖恩·埃尔宾(Brian Elbing)说道。

为了监测大气中的次声波,研究人员在俄克拉荷马州立大学设立了三个次声波传声器,排列成三角形,两两间隔约200英尺。“这种传声器与我们平常看到的有两个主要区别。首先,对于探测低频声波而言这种传声器灵敏度更高;其次,我们需要排除风的噪声干扰。我们将传声器密封在一个带有四个开口的容器内,然后将浸水软管(就像花园中使用的浇水管子)连接到每个开口并从相反的方向伸出。” 埃尔宾说道。

随后,研究者需要从风的噪声中解析出龙卷风发出的次声波。风的噪声是不连续的,而龙卷风发出的次声波是连续的。确定造成龙卷风次声波的流体机制可以彻底改变气象学家监测和预测的方式,并且最终挽救生命。埃尔宾表示,“对于美国南部易遭受龙卷风侵袭的迪克西地区而言更是如此,这里并非最强龙卷风爆发的地区,但通常造成的死亡率最高。复杂的地形、纵横交错的道路格局和发生在夜间的龙卷风使得预报员难以观测到这些龙卷风,因此对龙卷风的长期监测可以为研究其生成过程和生命周期提供宝贵的信息”。

现在,通过监测龙卷风发出的次声波,我们可以提前一两个小时对龙卷风进行预报,研究人员可以在龙卷风生成之前派出无人机,让其前往指定地点去收集关键数据。“当前75%的龙卷风警报均是误报,由于次声波是一个独立的数据源,将其与现有的方法结合应该有助于减少误报。此外,这将彻底更新我们对龙卷风生成的物理过程的理解,目前我们研究的主要目标是开发带有大气监测传感器的无人机。” 埃尔宾说道。

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