2009年1月22日星期四

在海底“听”飓风

日前,麻省理工大学海下遥感实验室开发出一种简单易行的飓风侦测技术。从事这项研究的海洋学家尼古拉斯?马克里斯表示,与现行的飓风侦测手段相比,不论是风险系数、成本,还是信息的准确度,这套利用水下声波传感器的风暴监听技术都具备了绝对优势。

更经济更安全
  当飓风来临时,是否疏散公众是一个重要的临危决定,不必要的撤离将造成巨大的疏散成本。但面对高强度飓风,错误的滞留无疑将带来大规模的人员伤亡及经济损失。因此,获取风暴的破坏力信息在预警系统中显得至关重要。
  迄今为止,科学家们已经完善了一套飓风和暴风的追踪系统。先是利用气象卫星从不同的环地轨道上拍下风暴的照片,从而分析出飓风的路径。风暴途经地区公众是否应该疏散,将视飞机收集的飓风破坏力信息而定。特别定制的科研飞机直接驶入飓风风眼,在计算出各种必要数据后方能离开。这种名为“飓风猎手”的风暴探测飞机,每一架制造成本高达10 亿美元,每一次探测飞行耗费5 万美元。高昂的成本依然不能保证飞机和侦测人员的绝对安全。
  “与现行的侦测手段相比,我们正在研究的预警系统每年将至少为美国减少25 亿美元的支出,改进后的技术将节约更多成本。”尼古拉斯?马克里斯说。由于许多受风暴影响的国家无法承担“飓风猎手”的高昂成本,这项廉价的预警措施一旦在全球范围内应用,将挽救更多的生命和财产。


地震专家的启发
  在与地震专家凯利?伊曼纽尔讨论了水下声波传感器对飓风的感应后,马克里斯针对这项技术开始了多年的可能性理论分析。
  近日,马克里斯和前研究生助教乔苏华?威尔森检索到一份1999 年由深水传感器采集的数据。为了监测地震的活动,地震研究者们在大西洋中部海脊安置了这些深水传感器。飓风哥特(Gert)经过了这些传感器的覆盖区域,它带来的声音数据被记录了下来。经过马克里斯的验证,深水传感器得到的风速和之后由“飓风猎手”采集到的风速几乎完全一致。这个结果验证了马克里斯之前的猜想。
  “这将是一个安全系数更高,更为经济适用的侦测方法。”马克里斯说道,“风的能量和它所产生的噪音之间有着紧密地相关性。根据我们的测算和验证,由水下声波传感器得到的结果误差小于5%,这个误差值和使用‘飓风猎手’一样。但是,从成本上看,却要经济得多。”
  对于其中的原理,马克里斯解释道:当飓风经过海面时,风力将使海水产生急流并充盈气泡,急流和气泡爆裂的声音直接指示出风暴的破坏力,所以,完全可以“听”出飓风的威胁。在飓风来临前,首先利用气象卫星估算出其路径。随后在依然安全的条件下,由小型飞机在估算出的路线上投放水下声波传感器。当风暴经过时,这些传感器便能记录更为详尽的信息,从而为影响区域采取何种应对措施提供科学依据。据统计,这些侦测活动的经费总和甚至不超过一架“飓风猎手”的单次飞行费用。
  目前,马克里斯已经与墨西哥海军启动了合作计划,在墨西哥西海岸的索科特拉岛安置一系列由水下声波传感器构筑而成的声纳侦测系统。索科特拉岛是世界上飓风最为多发的地区,每年平均有三个风暴途径该岛。这个声纳侦测系统将提供足够的数据支持,推动这项技术的完善。


边际效应显著
  对于那些风暴频发的地区,譬如印度和孟加拉国间的孟加拉海,这些传感器将被永久安置,以便于长期监测。也有人提出疑问,这些长久设置的系统是否会影响对声音敏感的海洋生物?对此,华盛顿大学的水下声学专家杰弗里?西蒙(Jeffrey Simmen)解释,传感技术是“绝对被动”的,利用飓风产生的声音来收集数据,不会对这些生物造成惊扰
  。除了收集飓风的相关信息之外,马克里斯表示,这些传感器也将用作其他用途。例如,它可以通过对声音的监测,计算进入空气中的海盐总量,由于分布在空气中的海盐微粒能够散射阳光,从而调节云块的形成。因此,这个数据与全球气候变化紧密相关,它能够帮助气象学家们建立一个更为科学的计算模型,估算气候的变化。

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