Cerca de 1, 000 tornados atingem os Estados Unidos a cada ano, causando bilhões de dólares em danos e matando cerca de 60 pessoas em média. Os dados de rastreamento mostram que eles estão se tornando cada vez mais comuns no sudeste, e menos frequente no "Beco do Tornado, "que se estende pelas Grandes Planícies. Os cientistas não têm uma compreensão clara de como os tornados se formam, mas um desafio mais urgente é desenvolver sistemas de previsão e alerta mais precisos. Requer um equilíbrio preciso:sem avisos, as pessoas não podem abrigar, mas se eles experimentarem muitos alarmes falsos, eles se acostumarão.

Uma maneira de melhorar as ferramentas de previsão de tornado pode ser ouvir melhor, de acordo com o engenheiro mecânico Brian Elbing da Oklahoma State University em Stillwater, no coração do Tornado Alley. Ele não quer dizer nenhum som audível aos ouvidos humanos, no entanto. Já na década de 1960, os pesquisadores relataram evidências de que os tornados emitem sons característicos em frequências que estão fora do alcance da audição humana. As pessoas podem ouvir até cerca de 20 Hertz - o que soa como um estrondo baixo - mas a música de um tornado provavelmente fica entre 1 e 10 Hertz.

Brandon White, um estudante de graduação no laboratório de Elbing, discutiram suas análises recentes da assinatura do infra-som de tornados na 73ª Reunião Anual da Divisão de Dinâmica de Fluidos da American Physical Society.

Elbing disse que essas assinaturas de infra-sons pareciam um caminho promissor de pesquisa, pelo menos até o radar emergir como uma tecnologia vanguardista para sistemas de alerta. As abordagens baseadas em acústica ficaram em segundo plano por décadas. "Agora, fizemos muitos avanços com sistemas de radar e monitoramento, mas ainda existem limitações. O radar requer medições de linha de visão. "Mas a linha de visão pode ser complicada em locais montanhosos como o sudeste, onde ocorre a maioria das mortes por tornado.

Talvez seja hora de revisitar essas abordagens acústicas, disse Elbing. Em 2017, seu grupo de pesquisa registrou rajadas de infra-som de uma supercélula que produziu um pequeno tornado perto de Perkins, Oklahoma. Quando eles analisaram os dados, eles descobriram que as vibrações começaram antes do tornado se formar.

Os pesquisadores ainda sabem pouco sobre a dinâmica dos fluidos dos tornados. "Até o momento, houve oito medições confiáveis ​​de pressão dentro de um tornado, e nenhuma teoria clássica os prevê, "disse Elbing. Ele não sabe como o som é produzido, qualquer, mas saber a causa não é necessário para um sistema de alarme. A ideia de um sistema baseado em acústica é direta.

"Se eu deixasse cair um copo atrás de você e ele se espatifasse, você não precisa se virar para saber o que aconteceu, "disse Elbing." Esse som dá-lhe uma boa noção do seu ambiente imediato. "As vibrações do infra-som podem viajar por longas distâncias rapidamente, e através de diferentes meios de comunicação. "Podemos detectar tornados a 160 quilômetros de distância."

Membros do grupo de pesquisa de Elbing também descreveram um conjunto de sensores para detectar tornados por meio da acústica e apresentaram descobertas de estudos sobre como as vibrações infra-sonoras viajam pela atmosfera. O trabalho em assinaturas de tornado infra-som foi apoiado por uma doação da NOAA.

Outras sessões durante a reunião da Divisão de Dinâmica de Fluidos abordaram maneiras semelhantes de estudar e prever eventos extremos. Durante uma sessão sobre dinâmica não linear, O engenheiro do MIT, Qiqi Wang revisitou o efeito borboleta, um fenômeno conhecido na dinâmica dos fluidos que pergunta se o bater de asas de uma borboleta no Brasil poderia desencadear um tornado no Texas.

O que não está claro é se as asas das borboletas podem levar a mudanças nas estatísticas do clima de longa data. Ao investigar a questão computacionalmente em pequenos sistemas caóticos, ele descobriu que pequenas perturbações podem, na verdade, efeito de mudanças de longo prazo, uma descoberta que sugere que mesmo pequenos esforços podem levar a mudanças duradouras no clima de um sistema.

Durante a mesma sessão, engenheiro mecânico Antoine Blanchard, um pesquisador de pós-doutorado no MIT, introduziu um algoritmo de amostragem inteligente projetado para ajudar a quantificar e prever eventos extremos, como tempestades ou ciclones extremos, por exemplo. Eventos extremos ocorrem com baixa probabilidade, ele disse, e, portanto, exigem grandes quantidades de dados, que pode ser caro de gerar, computacionalmente ou experimentalmente. Blanchard, cuja formação é em dinâmica de fluidos, queria encontrar uma maneira de identificar valores discrepantes de forma mais econômica. "Estamos tentando identificar esses estados perigosos usando o mínimo de simulações possível."

O algoritmo que ele projetou é uma espécie de caixa preta:qualquer estado dinâmico pode ser alimentado como uma entrada, e o algoritmo retornará uma medida da periculosidade desse estado.

"Estamos tentando encontrar as portas para o perigo. Se você abrir essa porta em particular, o sistema permanecerá quiescente, ou vai enlouquecer? "perguntou Blanchard." Quais são os estados e as condições - como as condições meteorológicas, por exemplo, que se você evoluí-los ao longo do tempo poderia causar um ciclone ou tempestade? "

Blanchard disse que ainda está refinando o algoritmo, mas espera começar a aplicá-lo a dados reais e experimentos em grande escala em breve. Ele também disse que pode ter implicações além do clima, em qualquer sistema que produz eventos extremos. "É um algoritmo muito geral."