本周末，龙卷风横扫了美国中西部和南部大部分地区。已造成十多人死亡，破坏痕迹从德克萨斯州一直延伸到马里兰州。
龙卷风危险不仅在于其巨大的威力：它们也极难预测。平均而言，天气监测员只给我们13分钟的预警时间来躲避。但俄克拉荷马州立大学的机械工程师Jamey Jacob希望将预警时间延长到一小时或更长。他和他的团队正在开发坚固耐用的无人机，这些无人机可以收集这些猛烈风暴的数据。
飓风和暴风雪我们可以从几英里外看到，而龙卷风形成速度极快，规模也较小。预测它们需要对大气过程有非常详细的理解，而传统的天气雷达无法达到这种分辨率。
未来，Jacob设想气象学家将无人机群飞入极端天气中，在风暴的特定点测量温度、压力和风速。将这些信息输入计算机模型，可以指示雷暴是否可能变成龙卷风。而追风者可以从安全距离收集所有这些数据。
目前的追风者使用一些传感器设备，可以从风暴内部收集数据，但这些工具是有限的。气象气球和TOTO传感器被投放到风暴路径上，依赖于运气来收集有用数据。Jacob说：“一旦被丢下，它们就无法移动，因此会受到风暴不可预测性的影响。”而无人驾驶飞行器（UAV）则可以操控，并能提供对风暴更全面的视野。
但如果无人机无法在风暴中生存，它们对改善预报毫无帮助。Jacob的团队正在开发加固型无人驾驶飞行器，能够承受雨、冰雹和高达每小时120英里的风速。这些载有传感器和摄像头的飞机由轻质而坚固的复合材料制成，类似于凯夫拉防弹背心。
其中一个名为MARIA（中气旋分析与调查飞机）的系统甚至可以释放探空气球——一种带降落伞的小型传感器，在下落过程中收集风暴垂直剖面的数据。其他无人机则成群飞行，一次收集多个数据点。
要实现更长期的龙卷风预测，我们还需要更好的龙卷风模型——因为龙卷风的形成过程仍然是一个神秘的过程。某些温度和气流模式在某些情况下会导致龙卷风，但并非总是如此。
“各种各样的天气模式都可能导致龙卷风，”美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的风暴预测中心指出，“而且，很多时候，类似的模式可能根本不会产生任何恶劣天气。”
防风暴的无人驾驶飞行器可以为气象预报员提供对发展中的风暴的新视角，以更精细的尺度追踪更多变量，从而提供有价值的信息，解释为什么有些系统会变成龙卷风，而有些则不会。这些改进后的模型反过来会将无人机收集的数据转化为更准确的龙卷风警报。
目前，Jacob和他的团队仍在努力克服技术难题。他们的无人机通常无法立即投入风暴的侦测——需要大约四小时的准备时间——但团队偶尔在野外作业时会遇到风暴，并利用这些机会测试他们的设备。其他时候，他们会遇到电脑崩溃、传感器校准错误或无人机飞行限制，这些都会限制他们的数据收集。
Jacob说：“最终我们希望达到这样一个阶段：你在看天气频道，” Jacob说，“他们正在报告来自无人机的数据，而没人关心——这些只是进来的数据。但我们离那还很远。”
