El frío azotando un campo de Alabama en esta mañana de invierno apaga el calor, forzando lentamente los dedos de las manos y los pies a adormecerse.

Bajo un aburrido cielo nublado, Investigadores de la Universidad de Mississippi caminan por un pastizal húmedo al norte de Huntsville, desafiando la congelación y comprobando una serie de 12 sensores que los científicos del Centro Nacional de Acústica Física de la UM están utilizando en su investigación sobre detección y seguimiento de tornados.

Cada sensor consta de una batería marina de 12 voltios, panel solar, parabrisas abovedado, cableado necesario y un dispositivo diseñado por UM que registra señales infrasónicas, o infrasonido:señales acústicas en frecuencias inferiores a las que los humanos pueden oír. Se sabe desde hace algún tiempo que los tornados generan estos sonidos de baja frecuencia, aunque no se comprende el mecanismo exacto de esta producción.

Pero los investigadores de la UM esperan que al "escuchar" tornados a través del infrasonido, podrían desarrollar tecnología para revolucionar la detección y seguimiento de tornados, y mejorar en gran medida los métodos de alerta de tornados.

"El radar no detecta tornados, "dijo Roger Waxler, científico principal del Centro Nacional de Acústica Física, o NCPA, y profesor asociado de investigación de física y astronomía en la UM. "Las longitudes de onda son demasiado largas, y miran hacia arriba. Actualmente, los tornados se detectan a simple vista. Los servicios meteorológicos utilizan observadores (personas). El radar muestra la rotación a gran escala en las tormentas que pueden generar tornados, pero no siempre lo hacen.

"Estas matrices en particular se están implementando específicamente para la investigación de detección y seguimiento de tornados. La geometría de las matrices está sintonizada con las señales emitidas por los tornados".

Incluso con la evolución de la tecnología meteorológica, detectar y rastrear tornados es una tarea casi imposible. Pero mientras los tornados surgen impredeciblemente de las nubes oscuras, las violentas tormentas dejan una marca distintiva y un daño duradero a medida que atraviesan el paisaje.

A escala nacional, más de 24, Se han reportado 400 tornados desde 2000, según los Centros Nacionales de Información Ambiental. Esos tornados han matado a casi 1, 500 personas y resultó en miles de millones de dólares en daños.

El domingo de Pascua (12 de abril) y hasta la madrugada del lunes, una serie de viciosos tornados azotaron una vez más partes del país, matando a unas 20 personas en el sur, incluyendo al menos 11 en Mississippi, y destruyendo innumerables casas y edificios.

Mississippi ha sido destruida por más de 2, 700 tornados desde el 1 de enero 1950, según la base de datos de eventos de tormentas, que es mantenido por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, o NOAA. Estos tornados una media de casi 39 al año, han provocado unas 500 muertes, más de 6, 750 heridos y unos $ 2.8 mil millones en daños a la propiedad.

"La investigación de infrasonidos de tornados que se lleva a cabo en NCPA tiene el potencial de tener un impacto significativo en nuestra región y en todo el país, "dijo Josh Gladden, Vicerrector de investigación y programas patrocinados de la UM. "Más importante, tiene el potencial de aumentar y mejorar los sistemas de alerta temprana en nuestras comunidades, que podría salvar vidas.

"Otro impacto significativo, sin embargo, es el potencial para obtener muchos más datos de seguimiento de tornados que los que tienen los científicos actualmente. Esto debería conducir a una mejor comprensión de qué condiciones desencadenan específicamente los tornados y qué caminos siguen ".

Infrasonido en el suelo

El grupo de infrasonidos en NCPA, dirigido por Waxler, primero comenzó a examinar el uso de infrasonidos, que suele ser generado por tornados, huracanes interacciones y explosiones atmósfera-océano, hace dos décadas como medio para detectar ensayos clandestinos de armas nucleares.

Desde entonces, el trabajo se ha expandido a otros reinos, incluido el seguimiento de la intensidad de los huracanes a lo largo de la costa atlántica, análisis forense de eventos explosivos, sondear los vientos en la atmósfera superior y la investigación de tornados, que comenzó en 2011 con arreglos desplegados en Oklahoma.

La investigación actual de detección y seguimiento de tornados, titulado "Detección infrasónica de tornados, "comenzó en 2017 y está financiado por NOAA a través de los premios N. ° NA17OAR4590168 y NA18OAR4590305.

Junto a Waxler en el proyecto está Garth Frazier, un científico investigador senior en NCPA y profesor asociado de investigación de la UM de ingeniería eléctrica, y Carrick Talmadge, también es investigador científico senior en NCPA y profesor asociado de investigación de ciencias y trastornos de la comunicación.

"Durante los últimos dos o tres años, hemos podido demostrar consistentemente la capacidad de detectar y rastrear con precisión tornados que han ocurrido en el norte de Alabama con matrices de sensores que están a una distancia de (62 millas), "Dijo Frazier.

"Todavía estamos tratando de recopilar datos suficientes para comprender mejor qué causa la generación del sonido y cómo asegurarnos de que lo que estamos escuchando sea causado por un tornado y no solo por un fenómeno relacionado con tormentas eléctricas. Sin embargo, estamos seguros de que el sonido que hemos estado detectando y rastreando no es un trueno ".

El trío es apoyado en esta investigación por varios miembros del personal de Ole Miss, ya que el trabajo de explorar cómo detectar y rastrear tornados es mucho más que simplemente colocar una matriz en un campo y esperar para recolectar datos. Se trata de trabajo duro, junto con mucha conducción.

Por eso, en un helado viernes de febrero, Hank Buchanan y Brian Carpenter, dos ingenieros de investigación y desarrollo en NCPA, están agrupados contra un viento cortante mientras caminan por un prado en la Estación de Investigación Agrícola Winifred Thomas de la Universidad A&M de Alabama.

Los 12 sensores de esta matriz, plantado junto a un zumbido, autopista muy transitada en una porción de 972 acres de la estación en Hazel Green, son solo una serie de siete que se han desplegado esta temporada en una línea que se extiende aproximadamente desde el norte de Louisiana hasta el norte de Alabama.

Generalmente, se implementan de ocho a 10 matrices cada temporada, con ubicaciones que a veces se extienden hasta la esquina noroeste de Georgia o están más cerca de casa, como en la estación de campo UM, al noreste del campus de Ole Miss en el condado de Lafayette. Cada matriz suele constar de unos ocho sensores.

Elegir una ubicación de matriz exacta es complicado, Dijo Buchanan. Las ubicaciones indeseables incluyen áreas que pueden inundarse:el agua más los componentes electrónicos equivalen a sensores muertos. Las áreas bastante abiertas proporcionan la luz solar necesaria para alimentar los sensores, pero a veces criaturas curiosas, como los ratones de campo, masticar el cableado. El robo de equipo es bastante raro, y suele ser solo una batería.

A veces, la ubicación de una matriz se trata simplemente de dónde los investigadores pueden obtener permiso para instalarla, lo que puede ser un obstáculo cuando se trata de terrenos privados. Las matrices son discretas pero necesitan mantenimiento, de modo que eso significa un buen acceso y, a veces, trasladar las matrices desde los principales lugares de búsqueda.

"De año en año, podemos usar los mismos sitios si el propietario está dispuesto y no hay problemas con un sitio en particular, ", Dijo Buchanan." La idea general es colocar las matrices de una manera que maximice nuestras posibilidades de que al menos una matriz esté lo suficientemente cerca como para capturar datos acústicos de un tornado si se produce uno en algún lugar de la región.

"También es beneficioso que más de una matriz obtenga datos sobre el mismo evento. Ese estándar, junto con la tendencia general de las tormentas a moverse de oeste a este en nuestra región, nos dejó con una línea que se extiende de oeste a este a través del norte de Alabama como nuestra zona preferida para desplegar las matrices ".

Recolectando los datos

Los datos de las matrices se recopilan aproximadamente cada seis a ocho semanas, que también proporciona un tiempo para las reparaciones necesarias. Generalmente, eso significa Buchanan y otro miembro del personal o investigador de la NCPA conduciendo por los campos y bosques de frondosas del valle del río Tennessee. En este primer viernes, Carpenter acompaña a Buchanan.

La pareja estaciona la Ford F-250 del centro de acústica en un camino de tierra junto a la U.S. 431 y se pone a trabajar en la estación de investigación agrícola. En su lista de verificación está la descarga de datos de dos eventos tornádicos recientes en el área, y los 12 sensores necesitan ser revisados.

De una de las primeras carcasas de batería, Carpenter sacude un ratón que se había escondido en la caja para defenderse del frío. Algunos de los sensores tienen baterías agotadas, así que se quitan los guantes y se completa el intrincado trabajo de desconectar y volver a conectar los cables antes de que los dedos se pongan rígidos por el aire helado.

Después de una hora y media en los elementos, el trabajo está terminado. Se consume un almuerzo mexicano rápido:Buchanan y Carpenter creen que una de las ventajas de este trabajo y los largos viajes es comer en diferentes restaurantes durante sus viajes.

Aproximadamente 60 millas de regreso hacia Mississippi y el calor del hogar, la pareja revisa otra matriz entre Hillsboro y Moulton en un nudo de una loma en un fangoso, Camino de arcilla roja cerca de la iglesia Old Time Gospel Fellowship.

Estos arreglos son problemáticos durante el verano porque generalmente están cubiertos de kudzu, pero el invierno ha tostado el kudzu y ha detenido su crecimiento. En primavera y verano la vegetación con hojas significa controles más frecuentes.

"Lo que alguna vez fue un área con abundante sol puede cubrirse completamente de sombra en unos pocos días en esa época del año, "Dijo Carpenter." Las baterías que usamos durarán unos 10 días como máximo sin que la luz solar llegue a los paneles solares.

"Cuando funciona correctamente y recibe un ideal de seis horas de buena luz solar al día, el sistema de energía funcionará indefinidamente si no se perturba ".

Si bien ningún animal está masticando a través del cableado en esta solitaria colina de Alabama, las cúpulas que protegen los sensores de los elementos más duros también proporcionan áreas convenientes y algo secas para las hormigas de fuego. Un sensor está sumergido en un lecho de hormigas bravas, pero las plagas que pican han abandonado este montículo por un desconocido, presumiblemente más cálido, lugar.

Descargar los datos de los sensores individuales significa encontrar Wi-Fi, incluso en medio de aparentemente ninguna parte. Los sensores especialmente creados están diseñados para registrar con precisión señales infrasónicas y registrarlas en 1, 000 muestras por segundo. El GPS proporciona una referencia de tiempo precisa.

Los datos brutos de los sensores no son más que una línea ondulada, pero esa línea es rica en información.

"Una vez que los datos se transfieren a una computadora, se puede procesar utilizando algoritmos personalizados que detectan cuándo y dónde se encuentran los tornados, ", Dijo Frazier." En el futuro, si la tecnología resulta viable, este proceso se puede automatizar por completo para proporcionar información en tiempo real ".

Cada batería en esta colina necesita ser reemplazada, pero el día se ha calentado; el trabajo va rápido, y pronto el dúo se dirige al oeste en su camino de 160 millas de regreso a Oxford.

Que viene despues

El trabajo de detección y seguimiento de tornados de los investigadores de Ole Miss ha dado lugar a artículos en publicaciones como The Journal of the Acoustical Society of America, y varias apariciones de discursos, incluso a principios de este año en la 100ª reunión de la Sociedad Meteorológica Estadounidense en Boston.

El trabajo también ha aparecido en medios de comunicación nacionales, como The Washington Post. Y los investigadores han hecho apariciones en el podcast WeatherBrains y The Weather Channel para hablar sobre el estudio.

Se necesita hacer más trabajo, aunque. Más investigando. Más datos. Pero los resultados iniciales son prometedores.

"Hemos demostrado que la detección y el seguimiento de tornados utilizando sus emisiones infrasónicas es factible, ", Dijo Waxler." Actualmente estamos investigando el mecanismo físico a través del cual se emite el infrasonido de un tornado, y estamos analizando datos de tormentas no tornádicas para ver si hay señales infrasónicas que puedan producir falsos positivos.

"Creo que con la financiación continua, esta investigación daría lugar a sistemas operativos de alerta en unos cinco años ".

Mientras tanto, las docenas de sensores establecidos por los investigadores de la UM se encuentran debajo de cúpulas blancas. En los campos de Louisiana o en las laderas de Alabama, las matrices recopilan silenciosamente datos que podrían salvar vidas en el futuro.