“倾听”果然是个好办法：除了沟通感情，还可以用来预测龙卷风

人类的进化史堪称一部与自然界的斗争史。大自然中的各种极端天气事件对人类生产生活产生了极大影响，而且通常弊大于利。

很遗憾，直到近代人类才建立了部分预测手段，如天气预报、水文观测等。但是，对于一些极端自然现象，例如地震、龙卷风等，目前还没有完善的预警机制。

美国是全球受龙卷风灾害最严重的国家之一。据统计，每年大约有1000个龙卷风袭击美国，造成数十亿美元的损失，平均约60人死亡。在美国中部平原还存在着一条被称作“龙卷风走廊”的地带。

虽然现代天气预报可以通过高频率观测对龙卷风进行预警，但对预报经验有较高要求。此外一些地区也对龙卷风进行人工观测和数据收集，即“风暴追踪(storm spotting)”项目，这种方式的效率不尽如人意。

当然，也可以用更高级的雷达来监测，但是作为一种视觉测量方式，其在丘陵和山地地区的应用受到很大限制。

由于龙卷风造成的大量生命和财产损失，对其的准确观测就显得尤为重要。

来自俄克拉荷马州立大学的机械工程师布莱恩·埃尔宾(Brian Elbing)表示，预测龙卷风的方法之一其实是“倾听”。

当然，不是用人耳听。早在20世纪60年代，研究人员就报告了龙卷风发出特征声音的证据，其频率超出了人类的听觉范围。人耳的听觉频率范围通常在20Hz～20000Hz之间，但龙卷风发出的声音可能在1Hz~10Hz之间。

在美国物理学会流体动力学分会第73届年会上，一名研究人员报告了其对龙卷风次声信号的研究成果。

该研究人员称，这些次声信号是一个研究方向，基于声学的方法已经退居二线几十年了。

2017年，研究小组记录了在俄克拉荷马州珀金斯附近产生小型龙卷风的次声爆发。分析数据时，团队发现振动在龙卷风形成之前就开始了。

关于这种次声产生的原因，有一种理论认为，龙卷风核心的径向振荡会产生这种声音，这一点得到了以往观测结果的支持，即基本频率与龙卷风的直径成正比。

虽然这一结论还没有被普遍认可，但是知不知道原因对报警系统来说并不重要，只要有效即可。

研究人员表示，声音是一种很好的预警方式。比如，身后的玻璃杯摔碎了，不用转身就能判断出发生了什么。而且，声音的传播速度很快，且可通过不同介质长距离传播。研究人员就此表示“可在100英里外探测到龙卷风。”

基于这一理论，研究人员制作了通过声学检测龙卷风的传感器阵列。这一阵列在实验中得到了较好验证。

2019年龙卷风季之前，部署在俄克拉荷马州帕金斯市的阵列在龙卷风形成前8分钟就接收到信号。这比研究人员认为的提前4分钟快了一倍。

次声龙卷风预警研究得到了美国国家海洋和大气管理局的资助。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

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

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