Forskere bruger seismiske bølger til at måle tornadointensitet

Seismiske bølger genereret af tornadoer, når de rører ned, kan bruges til at måle en twisters intensitet, ifølge en ny undersøgelse.

Den nye forskning undersøgte en katastrofal tornado, der ramte Joplin, Missouri i maj 2011 og afslørede størrelsen af ​​seismiske bølger produceret af tornadoen på jorden korreleret med dens styrke.

Resultaterne tyder på, at forskere kan estimere en stor tornados styrke ved at måle de seismiske bølger, den skaber, et fund, der kunne åbne døren for at udtænke mere præcise metoder til at studere tornadoer fra jorden, ifølge forfatterne til den nye undersøgelse offentliggjort i Geofysiske forskningsbreve , et tidsskrift for American Geophysical Union.

Vejrmyndighederne forudsiger i øjeblikket placeringen af ​​tornadoer ved hjælp af overfladevejrstationer og Doppler -radar. Men de er stadig afhængige af stormjagere og spottere for at finde ud af, hvornår en tornado rammer. Der er heller ingen måde at direkte måle en tornados vindhastighed, så myndighederne stoler på skaderapporter for indirekte at bedømme dens intensitet.

"Vores resultater har anvendelser til at udvikle et mere kvantitativt mål for en tornados styrke, "sagde Anne Valovcin, en kandidatstuderende i Earth science -afdelingen ved University of California i Santa Barbara og hovedforfatter af det nye studie. "Også, vi ser kun de seismiske signaler, når det rører jorden, så det kunne give en ny måde til direkte at bestemme, hvornår en tornado har ramt. "

En ny måde at overvåge twisters på

Seismiske bølger er vibrationer på jorden, der skabes, når jorden ryster, normalt mærkes under jordskælv, vulkanudbrud eller store eksplosioner. Tornadoer genererer også små seismiske bølger, når de rejser over jorden, men forskere ved lidt om, hvordan disse bølger varierer med stormstyrke.

I den nye undersøgelse, Valovcin og hendes kolleger analyserede seismiske bølger genereret den 22. maj, 2011 Joplin -tornado for at karakterisere forholdet mellem størrelsen på disse bølger og tornadoens styrke. Joplin twister klokket ind som en kraftfuld EF5 på den forbedrede Fujita -skala, en skala, der vurderer intensiteten af ​​tornadoer med, hvor meget skade de forårsager. Det dræbte 158 mennesker og resulterede i skader på 2,8 milliarder dollar, hvilket gør den til den dyreste enkelt tornado i amerikansk historie.

Undersøgelsens forfattere antog, at hvis tornadoen rørte jorden tæt nok på en seismisk station, instrumenterne kunne opfange disse signaler. "Vi ville se, om vi kunne registrere disse jordsignaler, arbejd derefter baglæns og skab en model for de seismiske bølger, der genereres af tornadoen langs hele dens vej, "Sagde Valovcin.

Forskerne indsamlede data fra et netværk af stationer bygget til at opdage små jordskælv og kortlægge Jordens indre under Nordamerika. Disse stationer er udstyret med seismometre og barometre, der måler seismiske signaler og ændringer i lufttryk. Målingerne for den nye undersøgelse kom fra en station tæt nok på Joplin -tornadoen til at detektere dens seismiske signaler.

Forfatterne opdelte tornados vej på land i hundredvis af individuelle punkter og beregnede størrelsen af ​​den seismiske bølge, der blev genereret på hvert punkt. De korrelerede derefter størrelsen af ​​de seismiske bølger på hvert trin i tornadoens levetid med tornadoens intensitet på det tidspunkt.

Resultaterne viser størrelsen af ​​de seismiske bølger korreleret godt med tornadoens EF -rating. EF -karakterer spænder fra EF0 til EF5, med EF5 som den mest destruktive kategori. Joplin-tornadoen gik fra en EF1-2 til en EF4-5 på mindre end 10 minutter, og blev ved denne intensitet i cirka 15 minutter, før han begyndte at miste sin styrke. Da twisteren blev stærkere og derefter svagere, størrelsen af ​​de seismiske bølger, den genererede, steg og faldt i overensstemmelse hermed.

Måling af en tornados seismiske signaler kan give forskere en bedre måde at måle en tornados styrke på og kunne hjælpe med at bestemme præcis, hvornår en twister berører, ifølge undersøgelsens forfattere. Men de advarede om, at den nye metode stort set er foreløbig og har flere begrænsninger.

For eksempel, teknikken kræver måling af lufttrykket på tornadotiden for at eliminere seismisk interferens fra den turbulente luft, der omgiver twisteren. Seismiske stationer skal derfor placeres ved siden af ​​fungerende barometre for at levere brugbare data.

Derudover seismiske bølger genereret af tornadoer er meget små, og kan ikke mærkes af en person uden udstyr. De formerer sig ikke langt fra deres kilde, i modsætning til seismiske bølger genereret af jordskælv, som ofte er større og kan rejse lange afstande. Opdagelse af tornadoer i realtid med denne metode ville kræve at bygge et meget tættere netværk af seismiske stationer og barometre, end der i øjeblikket findes, Sagde Valovcin.

Denne historie er genudgivet med tilladelse til AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et samfund af jord- og rumforskningsblogs, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.