당신은 그것을 들을 수 없지만 이 소리는 토네이도가 다가오고 있음을 드러낼 수 있습니다.

토네이도는 수 마일 떨어진 곳에서, 때로는 토네이도가 발생하기 전에도 포착할 수 있는 저주파 초저주파를 생성합니다.

 

 

토네이도의 무섭고 파괴적인 힘은 폭력적인 만큼 갑작스럽습니다. 이제 과학자들은 새로운 조기 경보 시스템을 개발하고 경고 피로에 맞서 싸우기 위해 트위스터를 도청하고 있습니다.

나뭇잎이 바스락거리는 소리, 경첩이 삐걱거리는 불길한 소리, 근처 나무가 삐걱거리는 소리로 시작됩니다. 그런 다음 다가오는 화물 열차처럼 귀청이 터질 듯한 웅웅거리는 소리가 들립니다. 나무판에서 못이 찢어지는 무서운 삐걱거리는 소리, 날아다니는 잔해에서 예측할 수 없는 쿵하는 소리가 들립니다. 토네이도 생존자들이 폭풍에서 탈출한 이야기를 자주 설명하는 소리입니다 .

경고를 많이 받는 경우는 거의 없지만 생명을 구하는 데는 충분할 때가 많습니다.

그러나 토네이도와 함께 우리가 들을 수 없는 또 다른 소리가 있습니다. 이는 주파수가 너무 낮아서 인간의 청각 영역을 벗어나지만 이러한 파괴적인 폭풍에 대해 더 빠르고 정확한 경고를 제공할 수 있는 방법을 제공할 수 있습니다.

최대 483km/h(300mph)에 달하는 바람과 함께 토네이도를 생성하는 폭풍은 수백 마일까지 이동할 수 있는 저주파 음파 또는 초저주파를 생성합니다.

이러한 초저주파 신호를 도청하는 것은 토네이도가 마을을 무너뜨리고 자동차를 장난감처럼 공중으로 던지는 것을 막을 수는 없지만 생명을 구할 수 있는 새로운 유형의 조기 경보 시스템으로 이어질 수 있습니다.

흔들리는 예측

미국에서는 매년 약 1,200개의 토네이도가 파괴의 흔적을 남기며 , 대부분은 미국 중부의 대평원에서 발생합니다. ( 토네이도 골목이 어떻게 변화하고 있는지 읽어보세요 .) 이로 인해 매년 수백만 달러, 몇 년 동안 수십억 달러 상당의 피해가 발생 하고 1951년 이후 매년 평균 87명의 목숨을 앗아갑니다 (사망자 수는 해마다 크게 다르지만). ). 미국 국립해양대기청(Noaa)에 따르면 2023년 미국에서는 현재까지 약 1400건의 토네이도로 인해 76명이 사망했다 . 비정상적으로 오래 지속되는 토네이도가 59마일(94km) 경로를 따라 2,000 채 이상의 가옥을 손상시켰을 때 미시시피에서는 최소 26명이 사망했습니다 . 2023년 12월, 몇 차례의 강력한 토네이도가 테네시 전역을 휩쓸 면서 두 사람(어머니와 두 살 된 아들)이 사망했습니다 . 토네이도 보고를 포함한 강력한 폭풍이 3월 14일 인디애나 동부와 오하이오 서부를 휩쓸어 최소 3명이 사망했습니다.

그러나 트위스터는 왜 형성되고 형성되지 않는지에 대한 명확한 그림이 아직 없기 때문에 예측하기가 매우 어렵습니다. 그것이 형성되더라도 격렬한 공기 기둥은 불규칙하게 움직입니다.


수십 년 동안 기상학자들은 어떤 폭풍이 토네이도를 생성하고 어떤 폭풍이 발생하지 않을지 식별하기 위해 노력해 왔습니다. 텍사스 A&M 대학교 대기과학과 부교수인 Chris Nowotarski는 전문가들이 최대 며칠 전에 토네이도를 생성할 수 있는 대규모 조건을 예측하는 데는 "상당히 능숙하지만" 특정 토네이도가 언제 어디서 형성될지 예측하는 것은 "상당히 능숙"하다고 말합니다. 더 어렵다. "토네이도를 생성할 수 있는 것처럼 보이는 여러 폭풍이 동일한 유리한 환경에 존재할 수 있지만 실제로 토네이도를 생성하는 것은 한두 개뿐입니다."라고 그는 말합니다.

대부분의 파괴적인 토네이도는 "슈퍼셀"에서 생성됩니다. 이러한 격렬한 뇌우는 높은 모루 모양의 구름을 생성 하고 폭우, 강풍 및 큰 우박을 포함한 악천후를 가져오는 메조사이클론으로 알려진 지속적인 회전 상승 기류에서 형성됩니다. 조건이 좋을 때, 슈퍼셀 폭풍 내의 하강 기류는 회전하는 공기를 대기의 낮은 수준으로 집중시킵니다 . 결국 회전하는 공기는 좁은 기둥으로 집중되어 땅에 도달하면 토네이도가 됩니다. 그러나 폭풍 외부 공기의 온도 차이와 같이 이것이 발생하는 원인에 대한 많은 이론이 있지만 토네이도를 형성하는 정확한 조건은 완전히 이해되지 않았습니다 .

바람 자체도 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 토네이도의 소용돌이 내에서 깔때기 모양의 구름으로 응축되는 수증기가 공기압이 더 낮기 때문에 눈에 보일 수 있으며, 먼지와 파편도 눈에 보이도록 도와줍니다.

초저주파 감지 마이크 어레이는 100km(60마일) 이상 떨어진 곳에서 토네이도로 인해 발생하는 소음을 포착하는 것으로 나타났습니다.
도플러 레이더는 폭풍에 의해 운반되는 물이 레이더 신호를 반사할 때 형성되는 메조사이클론을 발견할 수 있는 방법을 제공 할 수 있지만, 기상학자는 이 기술을 사용하여 실제 토네이도를 거의 발견할 수 없습니다. 이는 또한 레이더를 사용하여 감지된 슈퍼셀 뇌우가 토네이도를 생성하지 않기 때문에 이 방법에 의존하는 토네이도 경고가 종종 잘못된 경보로 판명될 수 있음을 의미할 수 있다고 Nowotarski는 말합니다. 종종 토네이도가 형성되었는지 확인하기 위해 지상의 폭풍 감시자가 필요합니다.

Nowotarski는 "토네이도를 생성할 준비가 되어 있는 것처럼 보이는 많은 폭풍은 결코 그렇게 하지 않습니다."라고 말합니다. "허위 경보는 문제가 됩니다. 왜냐하면 토네이도 경고는 특별 행사, 업무 및 일상 생활에 지장을 줄 수 있기 때문입니다. 토네이도만큼 지장을 주지는 않지만 너무 많은 '늑대를 울린 소년' 사건은 대중이 앞으로 조치를 취하지 않도록 부추길 것입니다. 경고를 하고 실제로 토네이도가 일어날 때 대비하지 마십시오."

또한 예보관은 경고를 발령할 때 주의를 기울이지 않는 경향이 있습니다. 대피하지 않으면 치명적일 수 있으므로 이해할 수 있습니다. 그러나 허위 경보는 피로를 유발하고 토네이도가 상륙하는 허리케인이나 돌발 홍수와 함께 발생하는 다중 위험 시나리오에서 특히 문제가 될 수 있다고 Nowotarski는 말합니다.

이로 인해 예측자들은 토네이도가 진행 중인지 여부를 예측할 수 있는 다른 방법을 찾고 있습니다.

 

토네이도는 그 여파로 수십억 달러 상당의 피해를 입힐 수 있지만 예측하기가 매우 어렵습니다.

 

토네이도 도청

과학자들은 1970년대부터 토네이도를 듣고 토네이도가 독특한 소리를 내는지 알아내려고 노력해 왔습니다. 실험적 증거에 따르면 1~10Hz의 주파수 범위를 갖는 저주파 초 저주파는 토네이도가 형태를 갖추는 동안 그리고 그 수명 전반에 걸쳐 생성됩니다. 2020년 5월 캔자스주 라킨 근처 토네이도에서 발생한 최근 측정 결과에 따르면 트위스터가 10Hz에서 15Hz 사이에서 뚜렷하고 높은 신호를 생성한 것으로 나타났습니다 . 어떤 경우에는 초저주파 감지 마이크 배열이 100km(60마일) 이상 떨어진 곳에서 토네이도에 의해 생성된 소음을 포착하는 것으로 나타났으며 토네이도 발생이 시작되기 전에 초저주파가 생성된다는 사실도 나타냈습니다 .

연구자들은 이러한 소음을 도청함으로써 토네이도가 다가오는 것을 들을 수 있을 뿐만 아니라 토네이도가 형성되기 최대 2시간 전에 예측할 수도 있을 것으로 기대하고 있습니다 . 

2020년부터 오클라호마 주립대학교 팀은 토네이도 추적 차량에 설치된 장비를 사용하여 초저주파의 예측 능력을 테스트해 왔습니다. 그들의 휴대용 키트인 Ground-based Local Infrasound Data Acquisition 또는 "Glinda" 시스템은 The Wizard of Oz의 캐릭터를 참조합니다. 그들은 장비가 폭풍 추적자들이 토네이도의 진행 상황을 실시간으로 더 잘 모니터링하는 데 도움이 되기를 바라지만 장비를 적시에 적절한 장소에 배치해야 합니다.

그러나 일부 연구자들은 토네이도를 영구적으로 모니터링하도록 남겨둘 수 있는 시스템을 연구하고 있습니다. 미시시피 대학 산하 국립 물리 ​​음향 센터(NCPA)의 수석 과학자인 Roger Waxler가 이끄는 한 그룹은 초 저주파 신호를 감지하기 위해 미시시피 남부에 4개의 영구 첨단 센서 어레이를 배치할 계획입니다. 그들은 시스템이 토네이도를 지속적으로 모니터링하고 감지하는 방법을 제공할 수 있기를 바랍니다.  

토네이도의 위치를 ​​축구장 절반 크기로 국한할 수 있다는 것은 무리가 아닙니다 – 로저 왁스러
Waxler는 "토네이도 시즌 동안 수집된 수년간의 데이터를 분석한 결과 토네이도가 일련의 초저주파 센서에서 감지하고 먼 거리에서 추적할 수 있는 초저주파 신호를 방출한다는 사실에 거의 의심의 여지가 없었습니다."라고 말했습니다. "이를 통해 우리는 여러 어레이의 동시 초저주파 탐지를 통해 토네이도의 경로를 결정할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다."

그와 그의 팀이 배포하는 어레이는 최소 3번의 토네이도 시즌 동안 활성 상태를 유지해야 하며, 이를 통해 초저주파 데이터를 실시간으로 분석할 수 있기를 바랍니다.

Waxler 팀은 원래 비밀스러운 핵무기 실험을 탐지하도록 설계된 센서를 사용하여 초저주파 이론을 뒷받침하는 증거를 수집했습니다 . "이들은 극도로 큰 폭발로부터 신호를 탐지하는 최첨단 기술로 간주됩니다"라고 그는 말합니다.

2011년 토네이도가 오클라호마를 강타한 후 그의 팀은 수집한 데이터를 조사한 후 161km(100마일) 동안 EF4 폭풍 에서 특정 토네이도를 추적할 수 있었습니다 . "이 경우 토네이도가 충분히 가까워져서 신호가 매우 커졌습니다"라고 그는 말합니다. 그들은 처음에 토네이도를 추적하고 센서를 가능한 한 가까이 떨어뜨리기 시작했습니다. 그는 이것이 "끔찍한 생각"이었다고 인정했고 그의 팀은 대신 고정식 토네이도 탐지 어레이를 개발하게 되었습니다.

보다 최근인 2020년에 연구원들은 앨라배마 북부의 센서 어레이를 사용하여 이 지역을 통과한 거의 모든 토네이도를 감지했습니다 .

잠재적인 초저주파 조기 경보 시스템에 대한 우려 중 하나는 토네이도 신호와 폭풍의 일반적인 소음을 구별할 수 있는지 여부입니다. 그러나 연구자들은 분명한 신호를 볼 수 있다고 말합니다. Waxler는 "신호의 특성이 변경된 사례가 하나 있었는데 토네이도가 공중에 있다는 것을 알 수 있었습니다"라고 말했습니다. "사람이 지상에 있을 때와 공중에 있을 때를 구별할 수 있다면 유리할 것입니다."

극복해야 할 과제가 더 많습니다. 바람 소리는 초저주파 측정을 방해할 수 있으며 초저주파가 폭풍 유형 간의 차이를 확실하게 구분할 수 있는지 여부는 불확실합니다. Nowotarski는 "최근 한 연구에서는 토네이도 폭풍과 비토네이도 폭풍이 매우 유사한 초저주파 신호를 생성할 수 있으므로 초저주파를 사용하여 잠재적인 토네이도를 파악하는 가능성이 제한될 수 있음을 시사합니다."라고 말합니다.


Waxler는 천둥과 같은 폭풍 속에서 발생하는 초저주파의 일부 소스를 쉽게 구별할 수 있다고 말합니다. "천둥은 펄스 간격, 진폭 및 파장과 같은 다양한 스펙트럼 특성을 가지고 있습니다. 이는 토네이도가 아니라는 것을 쉽게 알 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 그러나 그는 토네이도와 토네이도를 생성하지 않는 슈퍼셀의 차이를 구별하는 것이 어렵다는 점을 인정합니다. 그 중 일부는 일부 슈퍼셀이 토네이도를 생성하지만 초저주파 신호를 확증하는 데 도움이 되는 방식으로 목격자에 의해 발견되지 않기 때문일 수 있습니다. "우리는 더 많은 데이터가 필요합니다"라고 Waxler는 말합니다.

공정한 경고 제공

그러나 Waxler와 그의 팀은 10년에 걸친 실험이 특히 도플러 레이더와 같은 다른 소스와 결합될 때 토네이도에 대한 효과적인 조기 경보 시스템으로 이어질 수 있기를 바라고 있습니다.

Waxler는 "토네이도를 축구장 절반 크기로 국한시킬 수 있다는 것은 무리한 일이 아닙니다"라고 덧붙였습니다. "나는 사우스 라마(예: 애비뉴)에 토네이도가 다가오고 있음을 보여주는 점이 있는 지도를 앱에서 보는 것을 상상합니다."

최근 수십 년 동안 경고가 개선되었습니다. 2003년부터 2017년까지 치명적인 토네이도의 87%는 사전 경고가 있었지만 여전히 사람들이 대피소를 찾는 데 평균 10~15분 밖에 걸리지 않았습니다.

두 번의 치명적인 토네이도 생존자 23명과의 인터뷰를 기반으로 한 연구에 따르면 사람들은 상황이 발전함에 따라 토네이도의 위험을 평가하고 대응하려고 노력했지만 일부는 쉽게 대피할 장소가 없었습니다. 전문가들은 허위 경보와 몇 시간 동안 방송되는 폭풍우 방송으로 인해 발생하는 "경고 피로"로 인해 토네이도 경고가 너무 자주 무시된다고 생각합니다. 한 연구에 따르면 설문 조사에 참여한 사람들 중 37%가 토네이도 경고 중에 예방 조치를 취해야 할 필요성을 이해하지 못하는 것으로 나타났습니다.

Waxler는 보다 정확한 조기 경보 시스템이 폭풍우가 다가오고 있다는 소식을 들었을 때 사람들이 대응하는 방식을 바꿀 수 있기를 바라고 있습니다. "욕조나 지하실에 숨는 것보다 토네이도가 어디에 있는지 안다면 차를 타고 운전하는 것이 더 나은 생각일 수 있습니다. "목표는 생명을 구하는 것입니다."