Âm thanh bí mật của một cơn lốc xoáy có thể tiết lộ nơi nó sẽ tấn công

Cùng với tiếng gầm của một con gấu grizzly và tiếng sét đánh, âm thanh của một cơn lốc xoáy là một trong những âm thanh tự nhiên đáng sợ nhất trên Trái Đất. Tùy thuộc vào cơn lốc và nơi bạn đứng, nó có thể nghe như tiếng sì, tiếng vòng, tiếng ầm ầm, hoặc thậm chí là tiếng tàu hàng. Đó là biểu hiện âm thanh của rắc rối.

Nhưng có vẻ như cơn lốc xoáy cũng phát ra sóng âm có tần số thấp gọi là âm thanh hạ tần mà tai người không thể nghe được. Hơn nữa, cơn bão có thể phát ra âm thanh hạ tần đặc trưng có lẽ khoảng một giờ trước khi chúng phát triển thành cơn lốc xoáy. Thật tuyệt vời nếu các nhà khoa học có thể phát hiện ra những âm thanh này, xác định kích thước và vị trí của một cơn lốc xoáy sắp xảy ra và cảnh báo cộng đồng một cách tốt hơn.

Các nhà nghiên cứu đang theo đuổi điều đó. Hôm nay tại Hội nghị Hội Âm thanh Học xã hội Mỹ, kỹ sư Brian Elbing của Đại học Oklahoma đang cho thấy làm thế nào ông và đội ngũ của mình đã sử dụng micro để phát hiện tín hiệu của một cơn lốc xoáy 10 phút trước khi cơn lốc hình thành cách đó 12 dặm. Không chỉ vậy, sau đó họ có thể ước lượng cơn lốc xoáy có đường kính 150 feet, và thực sự báo cáo chính thức về đường hủy diệt xác nhận điều đó.

Vậy hệ thống phát hiện lốc xoáy bằng âm thanh hạ tần hoạt động như thế nào? Giả thuyết là âm thanh hạ tần được tạo ra bởi biến động áp suất ở giữa cơn lốc xoáy. “Bạn có thể nghĩ về nó giống như một loa, nơi bạn đang nén và mở rộng không khí,” Elbing nói. “Càng thấp áp suất, biến động đó sẽ càng lớn và âm thanh sẽ càng to.” Từ tần số của âm thanh hạ tần này, đội ngũ đã có thể ước lượng kích thước của cơn lốc xoáy.

Vâng, một cơn lốc xoáy là một chiếc loa to lớn đang xé toang qua nông thôn, phát ra những âm thanh tai người có thể nghe và không thể nghe được. Nhưng bộ ba micro của Elbing, cách nhau 200 feet, có thể xác định hướng của cơn lốc xoáy bằng cách tính sự khác biệt nhỏ về thời gian mà âm thanh đến một thiết bị so với thiết bị khác (micro thứ ba để đảm bảo). Nó hoạt động giống như tai của bạn, để nói cho bạn biết hướng âm thanh đến từ đâu.

Elbing đóng kín mỗi micro trong một khuôn nhỏ, và mỗi cái được kết nối với bốn dây ống phun nước (vâng, những cái bạn thường thấy trong vườn), bài trí chúng theo mô hình lá ba. Bông micro này, nếu bạn muốn gọi như vậy, cũng thu được tiếng ồn của gió địa phương. Điều đó không tốt, vì tiếng ồn đó cũng chuyển thành tiếng ồn dữ liệu kết hợp với âm thanh hạ tần mà các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm.

Đó là lý do tại sao các ống được sắp xếp như vậy. “Tiếng ồn từ gió trên, ví dụ, ống điều hướng về bên phải và ống điều hướng về bên trái, những sóng áp suất đó sẽ hủy bỏ nhau trung bình vì chúng không liên tục, chúng là ngẫu nhiên,” Elbing nói.

Những điều không phải là ngẫu nhiên là âm thanh hạ tần đến từ một tá xa, khoảng mười hai dặm. “Một nguồn geophysical lớn như một cơn lốc xoáy sẽ có một sóng áp suất đồng đều hơn nhiều,” Elbing thêm. “Những sóng đi vào ống và vào micro, những sóng đó sẽ cộng lại thay vì hủy bỏ lẫn nhau.”

Hệ thống vẫn còn ở giai đoạn đầu, và sẽ cần rất nhiều dữ liệu quan sát hơn để tối ưu hóa việc phát hiện sớm và xác định vị trí của cơn lốc xoáy. (Để thực sự xác định vị trí, bạn cần nhiều mảng micro hơn.) Nhưng khi hệ thống phát triển, các nhà khoa học có thể biến nó thành một công cụ thu thập dữ liệu nếu họ có thể dự đoán nơi cơn lốc xoáy sẽ đổ bộ. “Có thể lên đến một giờ trước, bạn có thể bắt đầu triển khai drone đến vị trí đó và thu thập dữ liệu,” Elbing nói.

Và ôi, các nhà nghiên cứu cần thêm dữ liệu. “Tôi thường nói với mọi người rằng bầu khí quyển là bẩn,” nói Kevin Knupp, một nhà khoa học khí tượng tại Đại học Alabama ở Huntsville, không liên quan đến công việc của Elbing. “Nó không sạch sẽ, nó có nhiều biến động. Và điều tương tự có thể nói với những cơn bão tạo ra cơn lốc xoáy, không có hai cái nào giống nhau.”

Các nhà nghiên cứu chỉ mới bắt đầu hiểu cách cơn lốc xoáy tạo ra âm thanh hạ tần và làm thế nào điều kiện khí quyển khác nhau ảnh hưởng đến truyền âm thanh từ cơn bão đến micro. Nhưng đó có thể là một phương tiện mạnh mẽ vào hệ thống cảnh báo tốt hơn. “Người ta có thể suy đoán rằng nếu âm thanh hạ tần đáng tin cậy, thì bạn có thể thực sự có các bộ dò trong nhà, vì vậy nó sẽ giống như một báo khói,” Knupp nói.

Một phương pháp phát hiện âm thanh hạ tần chính xác hơn sẽ chắc chắn được chào đón: Hãy c考虑到，官员们发出龙卷风警告的四分之三时间里，并没有形成龙卷风。 “因此，在像俄克拉何马这样的地方，龙卷风警报是一件很普遍的事情，人们直接忽视它们，” Elbing 说。 “当我从密歇根州搬到这里时，我感到震惊。 警报响起，我就像，我得回家，我得把妻儿接回来，确保他们安全，而那里的人们正在割草。”

Vậy có lẽ để hiểu rõ hơn về cơn lốc xoáy, con người chỉ cần phải là những người nghe tốt hơn. Với sự giúp đỡ của ống vòi vườn, tất nhiên.

Nhiều hơn về khoa học khí quyển

• Các hệ thống máy tính như Deep Thunder đang giúp nhà dự báo thời tiết có được dự báo cực kỳ cục bộ.

• Gặp gỡ cặp đôi ý tưởng về thời gian lãng mạn là đuổi theo cơn lốc xoáy.

• Cơn lốc xoáy không phải là tin tức tốt, rất xấu. Có thể tồi tệ hơn, tuy nhiên: Trên mặt trời, cơn lốc xoáy mặt trời có kích thước lớn gấp năm lần trái đất.