电影《龙卷风》:两位龙卷风科学家带我们进入追逐风暴的真实世界

TheConversation

https://theconversation.com/twisters-movie-two-tornado-scientists-take-us-inside-the-real-world-of-storm-chasing-233534

追逐科学风暴既令人兴奋又充满压力—— 我们知道, , 因为 我们做到了. 。这对于加深今天对龙卷风如何形成及其行为的理解也至关重要。

1996年, 电影《龙卷风》”与海伦·亨特一起将追逐风暴的科学家带入了 公众想象力 并激励了一代大气科学家。

随着 新的“龙卷风”电影上映后,我们一直收到有关“风暴追逐”或“风暴拦截”的问题。

以下是一些关于进行此类实地考察的科学家在暴风雨过后逃跑时真正要做的事情的一些答案。

A tornado near Duke, Oklahoma, with a wheat field blowing in the foreground.
2024 年 5 月 24 日,国家强风暴实验室的科学家使用移动雷达和其他仪器“拦截”了这场龙卷风并收集数据。 国家强风暴实验室

追逐风暴的一天到底是什么样子的?

追逐日的早晨从一顿丰盛的早餐开始,因为当天晚些时候可能就没有机会吃一顿美餐了。团队会根据天气情况、 国家气象局计算机预报模型美国国家海洋和大气管理局风暴预报中心的展望 来确定目标。

我们的目标是弄清楚 最有可能发生龙卷风的地方 那天。温度、湿度和风,以及它们如何随离地高度的变化,都提供了线索。

风暴追逐日有一种“快点等待”的节奏。我们希望快速就位,但往往会等待风暴发展。

A radar image shows a storm cell with a hook at the back suggesting a tornado could form.
雷达上的“钩形回波”,通常是风暴单元后面的卷曲,是龙卷风可能形成的一个迹象。钩形反映了围绕上升气流背面的降水。 国家强风暴实验室

经常有暴风雨 在能够产生龙卷风之前需要时间来发展. 。因此,我们会在雷达上仔细观察这场风暴,如果可能的话,我们会用眼睛观察风暴,直到它成熟为止。通常,我们会观察多场风暴,并寻找其中一场风暴更有可能引发龙卷风的迹象。

一旦任务科学家宣布部署,每个人都争先恐后地就位。

我们使用许多不同的仪器来跟踪和测量龙卷风,确定何时部署它们是一门艺术。太早了,龙卷风可能不会在仪器所在的地方形成。太晚了,我们已经错过了。 各乐器 需要位于相对于龙卷风的特定位置。有些需要在风暴到来之前就部署好,然后保持静止。其他则安装在汽车上,在暴风雨中来回行驶。

A row of seven minivans, SUVS and jeeps with racks on top holding the sorts of instruments one might see in a weather station.
车载设备可以充当移动气象站,称为介网。这些被用于 VORTEX2 研究项目。包括作者在内的数十名科学家在 2009 年 VORTEX2 期间成功记录了超级细胞龙卷风的整个生命周期。 伊维特·理查森

如果一切顺利,团队成员将专注于传入的数据。有些会是 发射气象气球 距离龙卷风不同距​​离,而其他人则将放置“包含气象仪器的“吊舱” 直接在龙卷风的路径上。

整个 观测站网络 将在风暴中设置雷达,从多个角度收集数据,摄影师从多个角度捕捉风暴,仪表车辆横穿风暴的关键区域。

我们并非所有的工作都集中在龙卷风本身。我们经常瞄准龙卷风周围或风暴其他部分的区域来了解 旋转是如何形成的. 。理论表明这种旋转可以 由温度变化产生 在风暴的降水区域内,可能距离龙卷风形成的地方有数英里。

An illustration shows a thunderstorm cloud with an updraft with a smaller downdraft behind it. Both are spinning. A spinning football indicates the type of spin.
龙卷风的形成:风速和风向随高度的变化(称为风切变)与水平旋转相关,类似于足球的水平旋转。当旋转的空气被吸入风暴的上升气流时,上升气流就会旋转。一股单独的气流通过降水驱动的下沉气流下降,并由于气流沿线的温差而获得水平旋转。这种旋转的空气可以垂直倾斜并被超级单体的上升气流向上吸,将地面附近的旋转收缩成龙卷风。 保罗·马科夫斯基/宾夕法尼亚州立大学

在这一切过程中,团队使用短信和软件保持联系,使我们能够看到每个人相对于最新雷达图像的位置。我们还会观看第二天的天气预报,这样我们就可以计划下一步去哪里,找到酒店房间,并希望能吃到晚晚餐。

所有这些仪器告诉你关于风暴的什么信息?

追踪风暴最重要的工具之一是天气雷达。它捕捉地面上降水和风的情况。

我们用 几种类型的雷达, ,通常附在卡车上,这样我们就可以快速移动。有些传输波长更长,可以帮助我们看得更远,但代价是光束宽度更宽,导致图像更模糊。它们非常适合收集整个风暴的数据。

较小波长的雷达无法穿透降水那么远,但它们确实可以 提供高分辨率视图 捕捉龙卷风等小规模现象所必需的。我们将这些雷达放置在距离正在发展的龙卷风更近的地方。

深入了解科学家在追踪风暴时使用的一些移动系统和工具,包括团队成员如何实时监测风暴。

我们还监测地面的风、气压、温度和湿度 使用各种仪器 连接到移动的车辆上,或者在风暴来临之前临时部署这些仪器的固定阵列。其中一些是注定要被龙卷风袭击的。

气象气球 也提供关键数据。有些设计用于上升穿过大气层并捕捉风暴之外的情况。其他人则穿过风暴本身,测量风暴下方被雨水冷却的空气中的重要温度变化。科学家们现在在风暴的部分地区以同样的方式使用无人机。

符号显示了作者团队向超级单体雷暴发射的 70 多个气球探测器的路径。这些由风携带的探测器绘制了风暴下沉气流区域的温度图,该区域可能是龙卷风旋转的关键来源。卢克·勒贝尔/宾夕法尼亚州立大学
作者之一伊薇特·理查森 (Yvette Richardson) 发射了一个气象气球并探测雷暴。 肖恩·默泽克和布兰登·卡托纳/宾夕法尼亚州立大学

所有这些使科学家能够深入了解龙卷风发展之前和期间以及整个龙卷风生命周期中发生的整个风暴的过程。

追逐龙卷风时如何保持安全?

风暴可能非常危险且不可预测,因此始终保持在雷达顶部并观察风暴非常重要。

风暴可以循环,在前一场龙卷风的下游形成新的龙卷风。龙卷风可以改变方向,特别是当它们濒临死亡或具有具有多个漏斗的复杂结构时。风暴追逐者知道要关注整个风暴,而不仅仅是龙卷风,并对可能悄悄袭来的其他风暴保持警惕。基于风暴预期运动和道路网络的逃生计划至关重要。

1947年,雷暴计划是美国第一个大规模的对雷暴进行科学研究并首先使用雷达和飞机。随后出现了其他标志性项目,其中包括部署可托龙卷风观测站(Toto)的项目,这为电影《龙卷风》中的“Dorothy”乐器提供了灵感。

科学家们在追逐风暴时会承担经过计算的风险——足以收集关键数据,但永远不会让他们的团队陷入太大的危险。

事实证明 开车其实是最危险的部分 追逐风暴,特别是当道路潮湿且能见度较差时——一天结束时经常出现这种情况。在追逐过程中,其他风暴追逐者的不稳定驾驶和风暴周围的交通堵塞可能会加剧驾驶危险。

您在追逐风暴时收集的所有数据会怎样?

如果能立即灵光一现就好了,但结果需要时间。

收集数据后,我们会花费数年时间对其进行分析。结合所有仪器的数据来全面了解风暴及其演变过程需要时间和耐心。但是,从许多不同角度和仪器获得有关风、温度、相对湿度和压力的数据使我们能够检验有关龙卷风如何形成的理论。

尽管分析过程很慢,但发现的结果往往和龙卷风本身一样令人兴奋。

已获得许可: CC-BY-SA
CAPTCHA

发现网站:siteUrl

^