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The tornado problem

2023/5/3
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Unexplainable

AI Deep Dive AI Chapters Transcript
People
无特定发言人
Topics
Moe Oduwani:龙卷风预警时间过短且经常为虚警,给人们应对龙卷风带来了极大的困难和危险。有效的预警系统对于减少龙卷风造成的损失至关重要。 Noam Hassenfeld & Brian Resnick:龙卷风难以预测是其未解之谜,这导致龙卷风灾害频发,造成重大人员伤亡和财产损失。 Robin Tanamachi:龙卷风形成于美国等特定地区,主要来自超级单体雷暴,但其具体形成机制尚不清楚。目前气象学家能够预测超级单体雷暴的形成,但无法准确预测其是否会产生龙卷风,以及龙卷风的具体路径和强度。 Jeff Weber:风暴追逐是收集龙卷风数据的重要手段,通过收集龙卷风发生时各个高度的大气数据,可以帮助科学家更好地理解龙卷风的形成机制,从而提高龙卷风的预测能力。目前龙卷风预测的困难在于龙卷风持续时间短,且地点难以预测,这使得数据收集非常困难。但随着技术的进步,例如无人机的使用,数据收集的效率将会提高。 虽然我们对大气和物理定律有很好的理解,但我们仍然缺乏足够精细的数据来解释龙卷风是如何在如此小的尺度上形成的。我们需要更多的数据来揭示龙卷风形成的细节,从而提高预测的准确性。

Deep Dive

Chapters
Tornadoes are unpredictable and deadly, with short warning times and frequent false alarms. The unpredictability stems from the complexity of thunderstorms and the limitations of current radar technology.

Shownotes Transcript

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似乎每个新闻周期都充斥着人们挑战法律界限的故事。为了帮助阐明塑造我们国家的复杂法律问题,CAFE 汇集了一支法律专家团队,推出了一个名为“The”的新播客。

您将听到前美国检察官乔伊斯·凡斯和芭芭拉·麦克奎德、法律学者雷切尔·巴尔科、前联邦调查局特别探员阿舍尔·曼加帕,当然还有我,伊莱·霍尼格,前检察官和 CNN 高级法律分析师的评论。通过订阅您最喜爱的播客应用程序,每周两次收听来自委员会的评论。那是委员会,C-O-U-N-S-E-L。

2023年是有记录以来最暴风雨的年份之一。今年前三个月,美国遭受了400多次龙卷风袭击,这前所未有。而且这些都是相当严重的暴风雨。今年已有近70人死于龙卷风,这已经是2022年全年的三倍。

龙卷风持续造成这种影响的主要原因是,科学家们就是不知道如何预测它们何时何地实际登陆。我们之前在一期节目中讨论过这个问题,因为我们仍然处于龙卷风季节,所以我们想再次与您分享。这完全是关于龙卷风是如何形成的,为什么我们仍然难以预测它们,以及为什么改进这一点的最佳方法之一

可能是去追逐风暴。龙卷风,它们就像金属一样。就像它们一样,它们很响亮。它们具有破坏性。你无法移动龙卷风。这是你必须应对的力量。

你知道,就像你在音乐会上,声音太大了。这就是我对龙卷风的印象。它们就像,它们在那里给你重重一击,然后跑掉。我想我们应该快速介绍一下自己。我是诺姆·哈森费尔德。你是布莱恩·雷斯尼克。这是无法解释的。是的。你一直在报道龙卷风。

龙卷风最大的未解之谜是什么?我们就是不知道它们什么时候会出现。龙卷风,如果你能从远处观看它们,它们是很棒的。当它们向你袭来时,那是可怕的,而且非常致命。而且它们不会发出很多警告。所以最近我和这个人谈过话。他住在田纳西州纳什维尔东区。他的名字叫莫·奥杜瓦尼。那是3月3日。实际上是我妈妈的生日。我不总是记得它。

午夜时分,他醒来。前一天晚上,我们没有听说过像真正强烈的恶劣天气,只是田纳西州典型的正常天气。他的手机疯狂地响个不停。当我醒来时,我吓坏了。我想,那是什么?但声音大到足以让我醒来。他低头一看,上面写着:哦,有龙卷风警报。你应该寻求庇护。所以我向窗外看去,什么也没看到。

莫以前也收到过这些警报,但它们并不总是预示着龙卷风。每个人都认为,“哦,可能没什么。”所以我当时想,“你知道吗?让我们安全起见。我就去车库吧。”那里还有其他几名居民,起初似乎很安静,他们并不认为会发生什么事情。然后它来了。你可以感觉到风的变化。你知道,他们在车库里,所以他们看不到,但他们能听到。整个建筑物开始摇晃。

听起来像一辆货运列车。这是他一生中听到的最响亮的声音之一,他非常害怕。我抓住车库里的自行车扶手,我们只是祈祷和喊叫,害怕死亡。我们只是想,就是这样。你知道,这就是我的死法。

第二天,他来到他的社区,看到情况有多糟糕。破坏太严重了,就像纳什维尔东区发生爆炸一样。在那些风暴中,有25人丧生,他记得当时只是在想。通常警报器会响起,但我们根本没有听到任何警报器的声音。他只是想知道,哇,如果我没有在我的手机上收到这个警报,我会处于更大的危险中吗?

但即使是手机警报,他说它也只是在龙卷风实际袭击前七到十分钟之间发出的。他想知道,哦,哇,如果我的手机不在我身边,你知道,如果它在另一个房间里呢?会发生什么?

就是这样吗?我的意思是,在午夜只有七分钟的时间来确保安全?那是正常的吗?可悲的是,是的。这不是一个例外或罕见的故事。预报员在这方面真的很糟糕。当这些警告发出时,它们往往不会预示着龙卷风。70%到80%的警告实际上并没有在龙卷风之前发出。它们是误报。

什么?所以你是说人们通常只有大约七分钟的时间来确保安全,然后即使我们确实收到了警告,四分之三的时间也没有龙卷风?是的,这就是我们的现状。怎么可能?我们为什么不能更好地理解这一点?其核心实际上很简单。好的。龙卷风来自雷暴。

但是气象学家,他们可以观察两个雷暴。这些雷暴看起来一模一样,但一个会产生龙卷风,另一个不会。他们真的不知道是什么造成了区别。那么科学家们对龙卷风的形成了解多少呢?是的,我也想知道。我和罗宾·塔纳马奇谈过话。她是印第安纳州普渡大学的气象学家,她对龙卷风了如指掌。

我主要教授大气科学、雷达气象学和强风暴气象学。她一生都对它们着迷。她告诉我这样一个故事,当她还是个小女孩的时候,新闻上有一架新闻直升机捕捉到一个龙卷风。当时我们距离实际登陆点大约四分之三英里。这真的很壮观。我在屏幕上看到了什么?但这是一个华丽的螺旋状龙卷风。

而且是现场直播。我必须离开这个区域。碎片正在飘向我这里。请这样做,马克斯。我相信此时直升机飞行员意识到,哇,我们手上有一个活生生的龙卷风。所以他们正在绕着它机动,试图与它保持安全距离。现在龙卷风位于一个树木繁茂的地区,它正在将整棵松树卷到空中,数千英尺高。她记得当时只是在想……

我对此感到不够。她无法移开视线。我的想法只是,是什么导致了这种情况?

是什么环境因素导致了这种现象的存在?是什么让它如此强大?我真的很想得到这些问题的答案。我知道你会在这里问我一些问题。不幸的是,我一直都在看龙卷风,而不是我在去哪里。是的,很多问题。罗宾到目前为止学到了什么?好吧,显然,她还没有达到能够预测和了解单个龙卷风形成的所有知识的圣杯。但是……

从更大的角度来看,她确实知道它们来自哪里。好的。主要来自这里。它们来自美国。世界各地肯定有热点地区,但美国无疑是龙卷风最多的地方。为什么美国有这么多龙卷风?就像我说的,龙卷风来自雷暴。你可以把雷暴想象成一种吞噬和吸收温暖潮湿空气的生物。温暖潮湿的空气?我们有很多。

它来自墨西哥湾。它从墨西哥湾向北移动。这股潮湿的空气不断地从墨西哥湾向北涌向南部各州。然后它撞击两股干流。所以,第一,我们从落基山脉获得了干燥的空气。第二,我们从墨西哥高原获得了干燥的空气。所以来自墨西哥湾的温暖潮湿的空气,它

它与其他两股气流相遇,并被吸入其中。但这两股气流的方向不同,所以所有这些空气开始旋转和凝结,形成云层。它会自发地开始旋转。空气会扭曲和旋转。

在我的脑海里,我设想着,你知道,就像乐一通动画片中三个卡通人物都冲进一场大打斗,然后像螺旋一样卷入一个循环。是的,类似这样的东西。我设想的是更像一个巫师召唤这些气流,它们汇聚成一个大锅,创造出这些漩涡。但我们的大脑不同。罗宾是如何看待的呢?就像中间有一个大理发杆,空气正在上升,但它在上升时也在旋转。这是超级单体的心脏。

超级单体?是的。超级单体是这些产生龙卷风的巨型雷暴。它们会旋转,所以它们有点像这些小型飓风。而最大的问题是,你如何将天空中的这种大型笨重的旋转从这些超级单体中取出,以及这种旋转是如何集中到这个漩涡中的,这个漩涡实际上从云层一直延伸到地面?

好的,我们知道美国有所有这些超级单体,这些大型旋转的雷暴,它们似乎会产生龙卷风。那么科学家们在这里有什么正确的想法吗?例如,是什么启动了这个过程?好吧,甚至在他们到达那里之前,更像是他们没有看到是什么启动了它。这个过程可能发生在短短几秒钟或更短的时间内。所有这些都发生得如此之快。发生了什么?

天气雷达,就像我们观察风暴的首要工具一样,它根本看不到它。为什么雷达看不到龙卷风?好吧,问题的一部分是它基本上探测的是水分、雨水,你可以从雨水中推断出一些东西,比如风速,比如你确定雨水的移动速度,但这只是对风暴的不完整图像。雷达的另一个问题是它

从物理上讲,雷达是一个旋转的碟子。因此,每次它旋转时,它都会对它正在观察的事物(例如风暴)进行一次观察。但这需要几分钟才能旋转。在一个扫描中,你可能会有一个很大的懒惰漩涡,而当雷达再次旋转时,你已经有了龙卷风。这种效果有点像你在频闪灯下观看舞者。

舞者是风暴,频闪灯是雷达,它只能在某些时刻捕捉到它。所以舞者开始跳舞,她正在旋转,你得到了一部分。然后碟子旋转一点,它看到一点,然后它错过一点,然后它看到一点,然后它错过一点。我们扫描得太慢,无法看到正在发生的这个非常快速的过程。无论是什么导致龙卷风产生,它通常发生在舞者处于黑暗之中时。

你是说,无论发生什么事情来启动这个龙卷风,它都可能发生得如此之快,以至于它可能发生在频闪灯的黑暗中,就像雷达碟子背对着它的时候?是的。研究人员对此一无所知,他们并不总是确定龙卷风是从风暴云向下形成,还是从地球表面向上形成,或者两者是否同时发生,然后以爆炸性的方式连接起来。它只是,它只是,它只是,它只是,它只是,它只是,它只是,它只是,

这里的基本思想是,我们看不到的东西,我们就无法预测。很多时候,这个过程要么是不可见的,要么是不透明的。这就像魔术师的障眼法。再次,想象一下两个看起来一模一样的雷暴,其中一个产生了龙卷风。好吧,产生龙卷风的那个就像在表演一个我们看不到的把戏。这就是为什么龙卷风警报只在看似探测到龙卷风时发出。好的。

我们目前对龙卷风预警的模式被称为“探测预警”,这意味着它是由雷达指示的,或者现场有人打电话报告了它。所以龙卷风已被探测到,你发出警告。

等等,但我认为你说过有很多误报。就像大多数时候发出警报时,都是误报。那么,如果他们探测到龙卷风然后提醒人们,怎么会是误报呢?哦,这是因为雷达经常指示龙卷风时,它并不是真正的龙卷风。所以这是一个错误的探测。由于我所说的雷达并不那么好,所以这是一个错误的探测。它只是……

无法看到正在发生的一切。这些误报,这不仅仅是一个气象学问题。这也是一个心理学问题。你知道,就像狼来了的故事。如果你发布太多龙卷风警告,人们就会开始不太信任它们。我们需要降低这种误报率,这样当我们确实发布龙卷风警告时,我们非常有信心人们实际上会采取行动。

所以如果科学家们已经在努力预测龙卷风,然后他们正在训练人们以完全错误的方式对龙卷风警报做出反应,就像狼来了的故事……

我的意思是,你如何解决龙卷风问题?首先,罗宾真的在推动开发更好、更快的雷达,它可以更快地扫描区域。也许然后它可以捕捉到更多线索,更好地看到这些风暴中正在发生的事情,并看到龙卷风形成的那一刻。就像一个更快的频闪灯。是的,一个更快的频闪灯。但气象学家真正想要的是更好的预测,更好的能够……

查看风暴并将其建模到计算机中,然后快进并查看将会发生什么的 AI。如果他们能够做到这一点,那么他们就可以根据预测发出警告,并说从现在起 30 分钟后,我们已经运行了计算机模型,这场风暴将产生龙卷风,你应该离开。是的,如果人们能给我们 30 分钟到一个小时的时间,我们会很高兴。我的意思是,这就是你做出完全不同的一系列决定的地方。

而且我认为要获得更好的 AI 系统,你只需要输入全国各地大量的龙卷风数据,对吧?是的。这里的一个重大挑战是龙卷风变化多端。它们有各种形状和大小。从只有几百英尺宽的非常细小的漏斗到,

据信,最宽的龙卷风记录是 2.5 英里宽。它们似乎对当地环境条件非常敏感。因此,在一个地区形成龙卷风的东西可能不会在另一个地区形成龙卷风。也许只是树木的存在改变了方程式。而且龙卷风在美国不同地区的表现也不同。这种巨大的范围使研究龙卷风变得非常酷,但也使研究它们变得非常困难。

是的,如果你需要获得更多龙卷风来输入到新系统中,以找出如何预测龙卷风,那么如果你不知道如何预测龙卷风,你如何找到这些龙卷风呢?是的,是的。这是一个有趣的难题。就像,我们需要来自龙卷风本身的更多数据,但我们不知道它们什么时候会出现。我们需要准备好当它们出现时出现,因为为了获得这些数据,我们以最厉害的方式解决这个问题。我们必须去追逐风暴。追逐风暴?追逐风暴。追逐风暴。

休息后回来。

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无法解释。我们回来了。嘿,布莱恩。嘿。所以你一直在谈论龙卷风。

科学家们仍然无法真正预测它们何时会发生。在休息之前,你说最终我们只需要更多的数据,对吧?就像更多科学家研究更多龙卷风一样。是的。你知道,当警报响起时,普通民众会下到地下室,而科学家们会跑到屋顶上。所以这是杰夫·韦伯。他是一位大气科学家。他站在过几个屋顶上。他追逐过几次风暴。

他最近实际上和 12 岁的儿子一起追逐过一次。我承认,是我种下了这颗种子,但他真的对此很感兴趣。在上周看到他的第一个龙卷风后,他无法满足。他想继续这样做。哦,我的上帝,那天发生了什么事?好吧,我们在家里。那天没有预测龙卷风会在我们附近形成。但是我的手机上发出了龙卷风警报。

作为一名大气专家,我有大约五个天气应用程序,我的手机开始发出龙卷风警报。我想,龙卷风警报?这似乎不对劲。所以我告诉我的儿子跑到后院看看他是否能看到它。

我们确实拍了一些视频,五秒钟后,我听到他大声尖叫。我看到了!我看到了!我也看到了!所以我们都跑出去,从后院拍照,我说,嘿,伙计,你知道,这很酷。他说,我们得走了。我们得追它。走吧。

所以我们跑到卡车上,当我们开车越过山顶时,我们可以看到风暴的整个布局。我们可以从云层顶部一直看到地面上的龙卷风。我们可以看到冰雹轴。我们可以看到大雨。我们可以看到龙卷风上方旋转的棚云。哦,我的上帝。当我们靠近它时,它非常壮观。我们可以看到旋转。我们可以看到从地面挖出的泥土。这是一个令人难以置信的事件。仅仅听到这个我的心跳就加速了。

令人敬畏。真是太棒了。当我盯着这个旋转的东西时,我的嘴巴张开了。太神奇了。太不真实了。与你的儿子分享这种感觉是什么样的?这是我生命中的一个亮点。追逐龙卷风,看到我的儿子如此兴奋,我认为我将来会有一位大气科学家。

所以简单地说,为什么追逐龙卷风如此重要?为什么我们不能更远程地研究它们?好吧,龙卷风形成最重要的因素是温度、湿度、风向和风速。但我们需要它们在地表,我们需要它们在高层大气中,我们需要它们在整个大气中的各个层次。因此,要获得围绕龙卷风的所有不同层次的完整数据集非常困难。

为什么我们现在没有这个?这只是我们典型的天气雷达没有获取所有这些信息吗?

很难获得这个完整的数据集,因为龙卷风不会长时间停留在地面上,而且我们事先不知道它们会在哪里出现。例如,如果你要与飓风进行对比,它们需要几天甚至几周才能穿越大西洋。我们有时间将飞机飞过飓风的中心眼墙,并用龙卷风进行测量。

我们没有那种时间上的奢侈。它们可能在地面上停留的时间只有几分钟。因此,能够调动所有这些仪器和飞机或传感器非常困难。所以如果我们确实拥有所有合适的设备,并且在正确的时间和地点捕捉到一个完美的龙卷风,这足够吗?当然不是。我们需要几十个,甚至数百个。它们就像雪花一样。没有两个龙卷风完全相同。例如,在 100 个龙卷风中,

你会得到 98 个顺时针旋转的龙卷风,但你会得到几个逆时针旋转的龙卷风。什么?我们不知道为什么。我认为随着我们获得更好的技术,特别是无人机技术,无论是在地面还是在空中,它都将使我们能够收集这些数据集,而不会将人类置于危险之中。嗯哼。

所以我希望在未来十年或二十年内,我们将拥有更完整的数据集,这样我们不仅可以查看龙卷风的一个数据集,以及它为什么形成,还可以查看细微差别和差异,以及为什么一个龙卷风与另一个龙卷风的形成方式不同。这就是我们解开谜团的地方。你为什么有信心这只是一个数据量的问题?也可能是这些风暴只是……

如此混乱,对地理位置或地点或条件的细微变化如此敏感,以至于很难预测,我们可能永远无法在这方面取得更大的进步。是的,我很欣赏这种观点。但我坚信,如果科学拥有适当的数据集来分析它,科学可以解决许多这些问题。

我们知道我们在处理什么。如果我们可以说“关闭”龙卷风周围的盒子,我们应该能够解释正在发生的事情。我们对热力学和不稳定性有很好的理解,但我们只是不知道它们如何在龙卷风运行的这些有限尺度上相互作用。

你是说我们的气氛是可以知道的,就像我们可以测量的东西一样。我们只需要更精细的分辨率。没错。龙卷风并没有带来新的物理学。大气是众所周知的。物理定律是众所周知的。我们只需要在这些较小的尺度上观察它们如何相互作用以产生龙卷风。我喜欢这其中的很多都归结为,好吧……

为了更好地理解龙卷风,我们需要继续追逐它们,对吧?这就是我在这里听到的吗?绝对如此。公众拍摄的照片可能非常有用,因为我们仍然处于照片可以深入了解龙卷风结构的阶段。

我不知道我们是否应该在播客上告诉人们拍摄龙卷风的照片。只有当他们经过训练并且知道你在做什么时。它们非常危险,但如果你从后面接近它们,那就是明智的做法。我想它们应该远离你。你应该追逐龙卷风,而不是让龙卷风追逐你。本集由布莱恩·雷斯尼克、诺姆·哈森费尔德和我梅雷迪思·霍德诺克制作和编辑,并得到了伯德·平克顿的额外帮助。

曼迪·阮核实了事实,克里斯蒂安·纳亚拉设计了龙卷风的声音,诺姆在 3000 条河流的帮助下为本集配乐。并将您对节目的任何想法发送电子邮件至 [email protected]。无法解释是 Vox Media 播客网络的一部分,我们下周三再见。