Infraljudsvågor svänger vid frekvenser som människor inte kan höra, men de är extremt användbara för att övervaka kärnkraftssprängningar eftersom infraljudet sönderfaller så långsamt i vår atmosfär att det kan svepa runt jorden flera gånger. I slutet av 1990-talet och början av 2000-talet forskare upptäckte att tornados och andra geofysiska händelser också producerar ljud inom området "nära-infraljud" på 0,5 till 20 Hz.

Tornadoproducerande stormar kan avge infraljud mer än en timme före "tornadogenes, " eller tornadobildning. Detta inspirerade en grupp forskare att utveckla en lång räckvidd, passivt sätt att lyssna på stormar.

Under det 175:e mötet i Acoustical Society of America, hålls 7-11 maj, 2018, i Minneapolis, Minnesota, Brian Elbing, biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid Oklahoma State University, kommer att presentera sin grupps arbete. Elbing och hans team har samlat in infraljudsmätningar från tornados för att avkoda information som finns i vågor om bildningsprocesser och livscykel innan potentiellt förödande stormar slår till.

"Genom att övervaka tornados från hundratals kilometer bort, vi kommer att kunna minska antalet falska larm och möjligen till och med öka varningstiderna, " sa Elbing. "Det betyder också att stormjagare inte behöver komma så nära."

För att lyssna på infraljud i atmosfären, forskarna använder tre infraljudsmikrofoner vid Oklahoma State University arrangerade i en triangel, var och en med cirka 200 fots mellanrum.

Två viktiga skillnader skiljer dessa mikrofoner från den typ vi är vana vid att se. "Först, dessa är större för större känslighet för lägre frekvenser, " sa Elbing. "För det andra, vi måste bli av med vindbrus. ... Vi försluter mikrofonen inuti en behållare med fyra öppningar. En soaker-slang - precis som de som används i trädgårdar - är fäst vid var och en av dessa öppningar och sträcks ut i motsatta riktningar."

Elbing och hans team analyserar sedan tornadoinfraljudet från vindbruset. "Vindbruset är osammanhängande, så om du ger ett medelvärde över ett stort utrymme kommer det att summeras till noll, " sa han. "Omvänt, tornado infraljud är koherent – ​​vilket betyder att vågor ser likadana ut – över stora avstånd, så tryckvågorna adderas och innehåller information."

Att bestämma vätskemekanismen som är ansvarig för tornados infraljud kan revolutionera hur meteorologer övervakar och förutsäger – vilket i slutändan kan rädda liv. "Detta gäller särskilt för Dixie Alley, som inte är känd för de största tornados men ofta har flest dödsfall, " sa Elbing. "Komplex terräng, oregelbundna vägmönster, och nattliga tornados förhindrar stormjagare från att observera dessa tornados, så lång räckvidd, passiv övervakning av tornados kommer att ge ovärderlig information om deras bildningsprocesser och livscykel."

"Eftersom infraljud är en oberoende datakälla, att kombinera det med befintliga metoder bör bidra till att minska falsklarm, sade Elbing. I dag, 75 % av tornadovarningarna är falska larm och tenderar att ignoreras."

Nu, potentiellt långa ledtider – så mycket som en timme – som tillhandahålls av infraljud kan ge forskare tid att skicka drönare till specifika platser för att samla in kritisk data innan en tornado bildas. "Detta skulle revolutionera vår förståelse av de fysiska processer som producerar tornados, " sa Elbing. "Vår nuvarande forskning stöds som en del av ett National Science Foundation-samarbete mellan flera universitet som leds av Oklahoma State University (http://www.cloud-map.org), med målet att utveckla och implementera drönare med sensorer för atmosfärisk övervakning."