Seismiska vågor som genereras av tornados när de landar kan användas för att mäta en twisters intensitet, enligt en ny studie.

Den nya forskningen undersökte en katastrofal tornado som slog Joplin, Missouri i maj 2011 och avslöjade storleken på seismiska vågor som produceras av tornadon på marken korrelerade med dess styrka.

Resultaten tyder på att forskare kan uppskatta en stor tornados styrka genom att mäta de seismiska vågorna den skapar, ett fynd som kan öppna dörren till att utarbeta mer exakta metoder för att studera tornados från marken, enligt författarna till den nya studien publicerad i Geofysiska forskningsbrev , en tidskrift från American Geophysical Union.

Vädermyndigheter förutspår för närvarande var tromborna finns med hjälp av ytväderstationer och dopplerradar. Men de litar fortfarande på stormjagare och spotters för att ta reda på när en tornado landar. Det finns heller inget sätt att direkt mäta en tornados vindhastighet, så myndigheter förlitar sig på skaderapporter för att indirekt bedöma dess intensitet.

"Våra resultat har tillämpningar för att utveckla ett mer kvantitativt mått på en tornados styrka, sa Anne Valovcin, en doktorand vid geovetenskapsavdelningen vid University of California i Santa Barbara och huvudförfattare till den nya studien. "Också, vi ser bara de seismiska signalerna när den nuddar marken, så det kan ge ett nytt sätt att direkt avgöra när en tornado har landat."

Ett nytt sätt att övervaka twisters

Seismiska vågor är vibrationer i jorden som skapas när marken skakar, brukar kännas under jordbävningar, vulkanutbrott eller stora explosioner. Tornado genererar också små seismiska vågor när de färdas över marken, men forskarna vet lite om hur dessa vågor varierar med stormstyrkan.

I den nya studien, Valovcin och hennes kollegor analyserade seismiska vågor som genererades av den 22 maj, 2011 Joplin tornado för att karakterisera förhållandet mellan storleken på dessa vågor och trombens styrka. Joplin twister klockade in som en kraftfull EF5 på Enhanced Fujita Scale, en skala som värderar intensiteten hos tornados efter hur mycket skada de orsakar. Det dödade 158 människor och resulterade i skador på 2,8 miljarder dollar, vilket gör den till den dyraste enskilda tornadon i USA:s historia.

Studiens författare antog att om tromben vidrör marken tillräckligt nära en seismisk station, instrumenten kan fånga upp dessa signaler. "Vi ville se om vi kunde upptäcka dessa marksignaler, arbeta sedan bakåt och skapa en modell för de seismiska vågorna som genereras av tornadon längs hela dess väg, sa Valovcin.

Forskarna samlade in data från ett nätverk av stationer byggda för att upptäcka små jordbävningar och kartlägga jordens inre under Nordamerika. Dessa stationer är utrustade med seismometrar och barometrar som mäter seismiska signaler och förändringar i lufttrycket. Mätningarna för den nya studien kom från en station nära nog Joplin-tornadon för att upptäcka dess seismiska signaler.

Författarna delade upp tornadons väg på land i hundratals individuella punkter och beräknade storleken på den seismiska våg som genererades vid varje punkt. De korrelerade sedan storleken på de seismiska vågorna i varje skede av trombens livstid med tornadons intensitet vid den tiden.

Resultaten visar att storleken på de seismiska vågorna korrelerar väl med trombens EF-värde. EF-betyg sträcker sig från EF0 till EF5, med EF5 som den mest destruktiva kategorin. Joplin-tornadon gick från en EF1-2 till en EF4-5 på mindre än 10 minuter, och stannade vid den intensiteten i ungefär 15 minuter innan den började tappa sin styrka. När vridaren blev starkare och sedan svagare, storleken på de seismiska vågorna den genererade ökade och minskade i enlighet med detta.

Att mäta en tornados seismiska signaler kan ge ett bättre sätt för forskare att mäta en tornados styrka och kan hjälpa till att avgöra exakt när en twister landar, enligt studiens författare. Men de varnade för att den nya metoden till stor del är preliminär och har flera begränsningar.

Till exempel, tekniken kräver att man mäter lufttrycket vid tidpunkten för tornadon för att eliminera seismisk interferens från den turbulenta luften som omger vridaren. Seismiska stationer behöver därför placeras bredvid fungerande barometrar för att ge användbar data.

Dessutom, seismiska vågor som genereras av tornados är mycket små, och kan inte kännas av en person utan utrustning. De sprider sig inte långt från sin källa, till skillnad från seismiska vågor som genereras av jordbävningar, som ofta är större och kan resa långa sträckor. Att upptäcka tornados i realtid med den här metoden skulle kräva att man byggde ett mycket tätare nätverk av seismiska stationer och barometrar än vad som finns för närvarande, sa Valovcin.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.