这个大型室内飓风模拟器可以拯救你的生命

大约两年前，迈阿密大学应用海洋物理系主任布莱恩·豪斯正在研究台湾海岸附近的西太平洋风暴。他和他的团队追逐飓风。有时，飓风会完全错过放置在其路径上用于跟踪威力和速度的传感器浮标。有时则不会。

这次，研究人员很幸运。不是一场，而是两场超强台风同时袭击了他们的设备。更幸运的是，他们的大部分设备都没有破碎。他和他的团队等待风暴平息后才离开港口取回他们的记录设备。但在他们收回浮标之前，一场名为查巴的风暴违背了预测。它不但没有减弱，反而全力朝他们袭来。豪斯和他的研究员同事们发现自己忍受了九天“最不舒服的”30 英尺高的海浪。

今年夏天，迈阿密大学动工建造了耗资 4500 万美元的海洋技术与生命科学海水综合设施，该设施将配备一种工具，使豪斯和其他研究风暴的科学家能够更稳定、可预测和可控地获取他们工作中的重要资源——飓风本身。

这款飓风模拟工具名为 SUSTAIN（浪涌-结构-大气相互作用的缩写），就像是小房子大小的茶壶里的风暴。完成后，它将能够在实验室内创造 5 级飓风，在以每分钟 1,000 加仑的速度泵入建筑物的真实海水形成的 3D 波浪场中，这是独一无二的。

有了它，科学家将能够更好地了解飓风由温水推动的过程。

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我们知道，飓风经过深层温暖水域时威力会增强，经过较冷地区时威力会减弱。但我们对这种能量在分子水平上转移的实际过程知之甚少。通过使用盐水，模拟器可以更准确地产生海浪和泡沫，据信这些会影响海水蒸发到大气中。目前，直接转移的热量有多少，蒸发转移的热量有多少，我们完全不知道。通过模拟不同类型的波浪和风况（有些有较多的浪花，有些有较少的浪花），科学家可以使用热敏电阻测量空气和水温的变化，以模拟浪花量不同时的热转移增量。

了解这一过程如何助长飓风，科学家和气象学家就能建立更智能的飓风模型，从而更准确地预测飓风。在现场进行这些观测既不可能，也不容易，也不安全。他说：“在海上，你必须应对真正的猛兽，但在实验室里，我们有机会在需要的时间和方式下创造飓风。”

飓风模拟器和 SUSTAIN 由 Cambridge Seven 设计，这家跨职能建筑和工程公司 50 年前在新英格兰水族馆的竞标中脱颖而出，成为唯一一家在方案中提到鱼类的公司。Cambridge Seven 副校长 Peter Sollogub 表示，飓风模拟器由三个主要部分组成：

第一台是一台 1400 马力的风扇，最初适用于通风矿井等用途。为了产生 150 英里/小时的风速，它将从校园的应急发电机系统获取能量，该系统通常在暴风雨导致的停电期间使用。风扇位于敏感仪器旁边，必须隔离其振动。“这就像你的右手在飓风中，而你的左手正在进行视网膜手术，”索洛古布说。风速通过激光和声波风速计（也称为风速计）感测。

第二部分是波浪发生器，它使用 12 个不同的桨叶推动海水。这些桨叶以不同的速度和速率移动，可以产生不同大小、角度和频率的波浪，从平静、有序的海浪到波涛汹涌的大海，无所不有。为了减少波浪折射，游泳池的末端有一个穿孔的抛物线形海滩，以消散波浪能量。

第三个方面是储罐本身，其宽 6 米，长 20 米，高 2 米。它由三英寸厚的透明丙烯酸制成，因此可以从各个侧面观察内部情况。他们必须为空气创建管道，以产生“良好的高速流动”，这样测试才能准确。

美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 大西洋海洋和气象实验室主任鲍勃·阿特拉斯 (Bob Atlas) 对 SUSTAIN 抱有希望，相信它将对我们预测风暴威力的能力产生影响。阿特拉斯说，当卡特里娜飓风登陆时，NOAA 和整个国家意识到“我们在轨迹预测方面取得了巨大进展，但在预测飓风强度方面还没有取得任何实质性进展。”

鲍勃·阿特拉斯的职业生涯一直在预报恶劣天气，最早在美国空军服役，当时他的预报准确率超过 95%。随后，他的职业生涯转向研究和建模，先是在美国国家航空航天局 (NASA)，现在在美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 任职。该机构的飓风预报改进项目在 2005 年至 2011 年间将路径预测提高了 26%，强度预测提高了 14%。阿特拉斯将此归功于更好的模型，这些模型还结合了飓风侦察机的多普勒雷达——迈阿密大学的飓风模拟器也将有助于改进这两项功能。SUSTAIN 设计有一个巨大的头顶空间，遥感专家计划将摄像机向下瞄准，模仿气象卫星的视角。摄像机的远程测量值将与水箱中激光的实际测量值进行比较，以微调我们从远处测量风暴和海浪的能力。

但是，阿特拉斯补充说，SUSTAIN 设施还有更实际的一面，它不仅能告诉我们风暴，还能告诉我们我们生活的世界将如何应对恶劣天气。SUSTAIN 的所有攻击都可以针对人造和自然结构模型——建筑物、滩头、海堤——这样建筑师和工程师就可以测试风暴潮和浪花将如何影响城市和海岸。（是的，他们计划摧毁摩天大楼的微型模型。）

阿特拉斯说：“NOAA 必须能够预测风暴。但最终，公众需要知道的是他们的街道和房屋是否会被洪水淹没，以及当飓风登陆时他们的房屋能否幸存下来。为此，我相信这个设施可以提供帮助。”

本文版本最初于八月份发表在PopSci.com上。