飓风马修监测器飞入风暴中心

在过去的 36 年里，Frank Marks 积累了数千小时探测飓风的中心和本质，从飓风的诞生到消亡，对其了如指掌。现在，飓风马修，11 年来第一个袭击美国本土的主要气旋，正给予他更多与这个“怪物”相处的时间。Marks 是一位气象学家，也是飓风研究

部门的主任，该部门隶属于美国国家海洋和大气管理局的大西洋海洋和气象实验室——在过去的几天几夜里，他一直与其他约 18 位科学家、飞行员、导航员和工程师一起飞入风暴中心。他们每 12 小时乘坐 NOAA 的 P-3 “猎户座”飞机飞行 6 到 8 个小时，这架飞机最近进行了翻新，换上了新的机翼和发动机。

他们使用这架四引擎涡轮螺旋桨飞机作为巨大的听诊器，来监测马修的生命体征。在这些飞机上，就像在更大的 NASA 飓风探测机（如用于研究风暴成因的 DC-8）上一样，每位研究人员都坐在控制台、电脑屏幕或笔记本电脑前，这些设备安装在过去曾是乘客座椅的金属架上。屏幕显示飞行剖面以及风暴的实时动态。其他显示器则显示成排变化的数字，反映了连接到飞机外部机身的高科技仪器的活动：多普勒雷达、微波传感器、激光雷达、投掷式探空仪、水蒸气和气溶胶光谱仪，以及一套用于采样空气、盐和尘埃颗粒、冰晶和水滴的管道。

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与此同时，驾驶舱则专注于自己的工作。像贾斯汀·基比指挥官这样拥有良好心理素质和钢铁般神经的飞行员，必须在风眼中穿梭，不断穿过星系状风暴典型的平静和湍流模式。现在，基比和他的同事们对于持续不断的紧急灯光和电脑信息已经习以为常——这些信息中的任何一条都可能导致任何商业航班改道飞往最近的机场。

“我们去那里是为了掌握态势感知：了解现在正在发生什么，”Marks 告诉《大众科学》。 “我们的工作是尽可能多地收集观测数据，发送给迈阿密的国家飓风中心和华盛顿特区的 NOAA 数值模型中心。” 随着风暴的推进，这些模型必须不断地输入新的数据。“每六个小时，我们都会将新鲜数据输入到每个模型运行中，以便模型以尽可能最佳的方式启动，”Marks 解释道。

Marks 补充说，这就是为什么实际进入飓风内部如此关键。NOAA 的风暴行为模型可以使用卫星数据，但这有很多局限性，因为云层会遮挡海面。风暴追踪飞机的新型散射计——一种微波雷达传感器，用于测量扫描地球表面时产生的反射（或散射效应）——可以高分辨率地看到风暴内部，这有点类似于磁共振成像 (MRI) 扫描。本季度的新设备还有机载多普勒雷达，它可以提供“风的三维快照，向飓风专家展示飓风结构随高度的变化情况，这告诉我们一些关于飓风如何与垂直风切变相互作用的信息。”

本周末的任务对 Marks 来说尤其有趣，因为他将在强风暴中首次部署一种新型翼式投掷式探空仪。它被称为“郊狼”，是一种小型电动无人机，发射时机翼折叠，通过机身的一个开口发射出去。它可以飞行大约一个半小时，根据 Marks 的说法，它是新一代仪器的一部分，这些仪器由 P-3 飞机上的飞行员通过笔记本电脑控制。2014 年，它曾作为演示部署到飓风“爱德华”中。“但这是我们第一次在大型风暴中部署它，”Marks 说。

飓风马修受到了广泛关注。在任何给定时间，当“郊狼”探索其内部结构时，一架“全球鹰”无人机正在其头部上方 20,000 到 30,000 英尺的高度飞行。一架 NOAA 的湾流 IV 飞机正在风暴周围盘旋，而小型 P-3 飞机则深陷风暴的“裙摆”之中；与此同时，一架空军 C-130 飞机正在执行自己的侦察任务，为了从太空完成这场“盛宴”，Aqua 和 Terra 卫星的仪器也在发送它们自己的数据流。

对于 Marks 来说，每场风暴都是不同的，都是一个独立的微型世界。“飓风内部携带了许多有趣的东西，从沙粒到尘埃颗粒、微型植物、细菌和污染物，但最丰富的是盐颗粒，”他说。“盐是凝结核的良好来源。它比尘埃和污染物更好。我记得在 90 年代我们做实验时，我们飞到海面以上 300 英尺的高度收集数据，结果我们身上结了太多的盐，以至于发动机都熄火了。”

撇开所有这些不谈，现在科学家们面临的最大难题和主要挑战是预测风暴的强度。最近的进展使 NOAA 的强度预报准确率提高了 20%，但是影响飓风发展的变量太多了——从它们从海洋中汲取的能量到它们与周围环境的相互作用以及它们动态的内核——以至于像马修这样的风暴让许多专家感到困惑。

“大型飓风的快速增强是预报员们非常头疼的问题，”哥伦比亚大学大气科学家、关于飓风桑迪的书籍《风暴潮》的作者亚当·索贝尔说。“模型无法很好地预测它。这就是当前科学的现状。马修确实迅速增强。在到达海地之前，它在一天多一点的时间里从热带风暴升级为 5 级飓风。这可能是大西洋风暴有记录以来最大的一次快速增强。”

去年太平洋的热带气旋帕特里夏也发生了类似的情况。索贝尔认为，这表明快速增强也在热带气旋气候学中发挥作用，正如他在 2015 年 5 月发表在《自然》杂志上的一篇论文中提到的那样。换句话说，马修的姓氏不妨就叫“全球变暖”。