Kylan som piskar över ett Alabama -fält på denna vintermorgon slår bort värmen, långsamt tvingar fingrar och tår domningar.

Under en tråkig, mulen himmel, Forskare vid University of Mississippi vandrar över en fuktig hage strax norr om Huntsville, trotsar frysningen och kontrollerar en rad 12 sensorer som forskare vid UM National Center for Physical Acoustics använder i sin forskning om upptäckt och spårning av tornado.

Varje sensor består av ett 12-volts marinbatteri, solpanel, kupolformad vindruta, nödvändig kabeldragning och en UM-designad enhet som registrerar infrasoniska signaler, eller infraljud - akustiska signaler vid frekvenser under vad människor kan höra. Det har varit känt sedan en tid tillbaka att tornado genererar dessa lågfrekventa ljud, även om den exakta mekanismen för denna produktion inte förstås.

Men UM -forskare hoppas att genom att "höra" tornado genom infraljud, de kan utveckla teknik för att revolutionera upptäckten och spårningen av tornados, och avsevärt förbättra tornadovarningsmetoder.

"Radar upptäcker inte tornado, "sa Roger Waxler, en huvudvetare vid National Center for Physical Acoustics, eller NCPA, och forskningsassistent i fysik och astronomi vid UM. "Våglängderna är för långa, och de ser uppåt. Tornado upptäcks för närvarande av syn. Vädertjänsterna använder spotters (människor). Radaren visar storskalig rotation i stormar som kan orsaka tornados men inte alltid gör det.

"Dessa speciella matriser distribueras specifikt för forskning om tornado -upptäckt och spårning. Arrangemas geometri är inställd på de signaler som avges av tornados."

Även med utvecklingen inom meteorologisk teknik, att upptäcka och spåra tornados är en nästan omöjlig uppgift. Men medan tornader oförutsägbart svävar från mörkare moln, de våldsamma stormarna lämnar ett tydligt märke och bestående skador när de rör sig över ett landskap.

Rikstäckande, mer än 24, 400 tornados har rapporterats sedan 2000, enligt de nationella centren för miljöinformation. De här tornadoerna har dödat nästan 1, 500 personer och resulterade i miljarder dollar i skada.

Påsksöndagen (12 april) och fram till måndagens tidiga morgon, en serie ondskefulla tornados som återigen störtade delar av landet, döda cirka 20 personer i söder, inklusive minst 11 i Mississippi, och förstör otaliga hem och byggnader.

Mississippi har spridits av mer än 2, 700 tornado sedan 1 januari, 1950, enligt Storm Events Database, som upprätthålls av National Oceanic and Atmospheric Administration, eller NOAA. Dessa tornados, i genomsnitt nästan 39 per år, har resulterat i cirka 500 dödsfall, mer än 6, 750 skador och cirka 2,8 miljarder dollar i egendomsskador.

"Tornado -infraljudsforskning som sker på NCPA har potential för en betydande inverkan i vår region och i hela landet, "sa Josh Gladden, UM rektor för forskning och sponsrade program. "Viktigast, det har potential att förstärka och förbättra system för tidig varning i våra samhällen, som kan rädda liv.

"Ytterligare en betydande inverkan, dock, är potentialen att få mycket mer spårningsdata för tornados än vad forskare för närvarande har. Detta bör leda till en förbättrad förståelse för vilka förhållanden som specifikt utlöser tornados och vilka vägar de följer. "

Infraljud på marken

Infraljudsgruppen vid NCPA, ledd av Waxler, började först undersöka användningen av infraljud, som vanligtvis genereras av tornados, orkaner, atmosfär-havsinteraktioner och explosioner, för två decennier sedan som ett sätt att upptäcka hemliga kärnvapenprov.

Sedan dess, arbetet har expanderat till andra områden, inklusive övervakning av intensiteten av orkaner längs Atlanten, kriminalteknik för explosiva händelser, sonderande vindar i övre atmosfären och tornado -forskning, som startade 2011 med arrays utplacerade i Oklahoma.

Den aktuella forskningen om upptäckt och spårning av tornado, med titeln "Infrasound Detection of Tornadoes, "startade 2017 och finansieras av NOAA genom utmärkelsen NA17OAR4590168 och NA18OAR4590305.

Går med Waxler i projektet är Garth Frazier, en senior forskare vid NCPA och UM research docent i elektroteknik, och Carrick Talmadge, också en senior forskare vid NCPA och docent i kommunikationsvetenskap och störningar.

"Under de senaste två till tre åren har vi har konsekvent kunnat visa förmågan att upptäcka och noggrant spåra tornados som har inträffat i norra Alabama med sensorarrayer som är så långt borta som (62 miles), "Sa Frazier.

"Vi försöker fortfarande samla in tillräckligt med data för att öka förståelsen för vad som orsakar att ljudet genereras och hur vi kan se till att det vi hör hörs av en tornado och inte bara av ett fenomen relaterat till åskväder. Men Vi är övertygade om att det ljud vi har upptäckt och spårar inte är åska. "

Trion stöds i denna forskning av flera Ole Miss -personal, eftersom arbetet med att utforska hur man upptäcker och spårar tornados är mycket mer än att bara plocka en array i ett fält och vänta på att samla in data. Hårt arbete är inblandat, tillsammans med mycket körning.

Det är därför en frysande fredag ​​i februari, Hank Buchanan och Brian Carpenter, två forsknings- och utvecklingsingenjörer på NCPA, buntas mot en skärande vind när de går över en betesmark vid Alabama A&M Universitys Winifred Thomas Agricultural Research Station.

De 12 sensorerna i denna matris, planterad bredvid en droning, upptagen motorväg på en bit av stationens 972 tunnland i Hazel Green, är bara en grupp av sju som har använts den här säsongen i en linje som grovt skurit från norra Louisiana till norra Alabama.

Rent generellt, åtta till tio matriser distribueras varje säsong, med platser som ibland sträcker sig till det nordvästra hörnet av Georgien eller är närmare hemmet, som vid UM Field Station, nordost om Ole Miss campus i Lafayette County. Varje grupp består vanligtvis av cirka åtta sensorer.

Att välja en exakt matrisplats är svårt, Sa Buchanan. Oönskade platser inkluderar områden som kan översvämma - vatten plus elektronik är lika med döda sensorer. Ganska öppna områden ger det nödvändiga solljuset för att driva sensorerna, men ibland nyfikna insekter, som fältmöss, tugga igenom ledningarna. Stöld av utrustning är ganska sällsynt, och det är oftast bara ett batteri.

Ibland handlar en arrayplats helt enkelt om var forskarna kan få tillstånd att installera den, vilket kan vara ett hinder när det gäller privat mark. Matriserna är diskreta men behöver underhållas, så det betyder god åtkomst och ibland flyttande arrays från främsta jaktplatser.

"Från år till år, vi kan använda samma platser om markägaren är villig och det inte finns några problem med en viss webbplats, "Buchanan sa." Den allmänna idén är att placera matriserna på ett sätt som maximerar våra chanser att minst en grupp är tillräckligt nära för att fånga akustiska data från en tornado om det skulle inträffa någonstans i regionen.

"Det är också fördelaktigt att ha mer än en grupp få data om samma händelse. Den standarden, tillsammans med den allmänna tendensen att stormar rör sig i väst-östlig riktning i vår region, lämnade oss en linje som sträckte sig från väst till öst över norra Alabama som vårt föredragna område för att distribuera matriserna. "

Samlar in data

Data från matriserna samlas in var sjätte till åttonde vecka, vilket också ger en tid för nödvändiga reparationer. Vanligtvis, det betyder Buchanan och en annan NCPA -anställd eller forskare som kör genom fälten och lövskogarna i Tennessee River Valley. Den första fredagen, Snickare följer Buchanan.

Paret parkerar akustikcentrets Ford F-250 på en grusväg utanför US 431 och börjar jobba på jordbruksforskningsstationen. På deras checklista laddas ner data från två senaste tornadiska händelser i området, och de 12 sensorerna behöver kontrolleras.

Från ett av de första batterihuset, Snickare skakar fram en mus som hade grävt i lådan för att avvärja kylan. Några av sensorerna har tomma batterier, så handskar lossnar och det invecklade arbetet med att koppla bort och återansluta ledningar är klar innan fingrarna blir stela från den kalla luften.

Efter en och en halv timme i elementen, arbetet är klart. En snabb mexikansk lunch intas - Buchanan och Carpenter tror att en av fördelarna med detta arbete och de långa bilarna äter på olika restauranger under deras resor.

Ungefär 60 mil tillbaka mot Mississippi och hemmets värme, paret kontrollerar en annan grupp mellan Hillsboro och Moulton på en knut av en knöl nerför en lerig, röd lerväg nära Old Time Gospel Fellowship -kyrkan.

Dessa matriser är problematiska under sommaren eftersom de vanligtvis är övervuxna med kudzu, men vintern har brunat kudzu och stoppat dess tillväxt. På våren och sommaren, vegetation som släpper ut innebär tätare kontroller.

"Det som en gång var ett område med rikligt solsken kan vara helt täckt av skugga på några dagar den tiden på året, "Snickare sa." Batterierna vi använder räcker högst cirka 10 dagar utan att solljus når solpanelerna.

"När du fungerar korrekt och får perfekt sex timmar med gott solljus om dagen, kraftsystemet kommer att fungera på obestämd tid om det är ostört. "

Medan inga djur tuggar genom ledningar på denna ensamma Alabama -kulle, kupolerna som skyddar sensorerna från de hårdaste elementen ger också bekväma och något torra områden för brandmyror. En sensor är nedsänkt i en eldmyrsäng, men de stickande skadedjuren har övergivit denna hög för en okänd, förmodligen varmare, fläck.

Ladda ner data från de enskilda sensorerna innebär att hitta Wi-Fi, även i mitten av till synes ingenstans. De special skapade sensorerna är utformade för att exakt registrera infrasoniska signaler och logga dem vid 1, 000 prover per sekund. En exakt tidsreferens tillhandahålls av GPS.

Sensornas rådata är inget annat än en krånglig linje, men den raden är rik på information.

"När data överförs till en dator, det kan bearbetas med hjälp av anpassade algoritmer som upptäcker när och var tornadoerna finns, "Sade Frazier." I framtiden, om tekniken skulle visa sig vara livskraftig, denna process kan vara helt automatiserad för att ge information i realtid. "

Varje batteri på denna kulle behöver bytas ut, men dagen har värmts; arbetet går snabbt, och snart är duon på väg västerut på sin 160 mil långa väg tillbaka till Oxford.

Vad kommer härnäst

Tornadodetekterings- och spårningsarbetet från Ole Miss -forskarna har lett till papper i sådana publikationer som The Journal of the Acoustical Society of America, och flera talande framträdanden, inklusive tidigare i år vid det 100:e mötet i American Meteorological Society i Boston.

Arbetet har också dykt upp på nationella nyheter, som Washington Post. Och forskarna har gjort framträdanden på WeatherBrains podcast och The Weather Channel för att prata om studien.

Mer arbete måste göras, fastän. Mer utredande. Mer data. Men de första resultaten är lovande.

"Vi har visat att det är möjligt att upptäcka och spåra tornado med hjälp av deras infraljud. "Waxler sa." Vi undersöker för närvarande den fysiska mekanism genom vilken infraljudet avges från en tornado, och vi analyserar data från icke -tornadiska stormar för att se om det finns några infraljudssignaler som kan ge falska positiva.

"Jag tror att med fortsatt finansiering, denna forskning skulle resultera i operativa varningssystem inom cirka fem år. "

Under tiden, dussintals sensorer från UM -forskare sitter under vita kupoler. På fält i Louisiana eller på sluttningar i Alabama, matriserna samlar tyst data som kan rädda liv i framtiden.