台风也会“发声”——人耳听不见的次声波

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引言

根据公开气象信息，今年第9号台风“巴威”已于7月11日夜间至12日凌晨在浙江沿海登陆，并在登陆后继续向内陆移动。登录期间，强风、暴雨和风暴潮给沿海多地都带来了影响，后续仍可能给江淮、华北、东北等地带来强降雨。需要注意的是，台风带来的危险并不只发生在登陆点附近，强降雨、内涝、山洪、滑坡和大风倒伏等极端天气都可能在登陆沿途甚至较远区域出现。

台风“巴威”实时路径（图源：中国台风网）

从声学角度看，台风的到来常伴随着呼啸的风声、密集的雨声、拍岸的浪声，以及门窗、广告牌、树木和楼体在强风中发出的振动声，它除了是一个“很吵”的天气系统，还是一个能持续产生低频压力扰动的巨大自然声源。在其产生的声学信号中，有一部分低于人耳正常听觉下限，属于“次声波”，这部分听不见的信号昭示着在大气和海洋中还进行着更大尺度的“发声”。

今天就让我们一起来研究研究为什么会台风会产生次声波？看看科学家如何检测它？以及身处台风影响中，如何防灾避险与自救？期望通过这篇科普文，帮助大家在风雨中保持冷静，守护自己和身边人的安全！

一、台风的声音不只是“呼呼的风声”

台风天气中，人耳能听到的主要是三类声音：

第一类是强风绕过建筑边角、门窗缝隙、树木枝叶时形成的气动噪声；
第二类是雨滴撞击屋顶、地面和水面形成的冲击声；
第三类是海浪拍岸、设施晃动和建筑结构共振产生的低中频声音。

这些声源共同构成了我们熟悉的“台风夜”。但在更低频段，台风还会产生大尺度的压力起伏。不过由于它们变化慢、周期长，因此不能像听语音那样被人耳直接分辨，但有专门的低频压力传感器可以将它们记录下来。

台风可听声与次声波示意（图源：睿辉声学）

在日常生活中，人们常把“声音”理解为耳朵能听见的东西，例如说话声、汽车鸣笛声、风吹树叶的沙沙声。可从物理学上说，声音本质上是介质中的机械波，既可以表现为可听声，也可以表现为超出听觉范围的低频或高频波动。通常，20Hz到20 kHz被视为人耳的大致可听频率范围；低于20 Hz的部分，便常被称为次声波，表现为“有波动，但人耳通常听不见”。

次声波的特点是频率低、波长长、衰减相对慢。它有时可以绕过地形和建筑障碍，在大气中传播很远，因此火山喷发、爆炸、海浪、强对流天气和热带气旋都可能被次声监测系统捕捉。通过对台风所产生的次声波进行研究，可以帮助我们理解风暴系统与海洋、大气之间的能量交换。

二、台风如何产生次声波？

台风产生次声波，并不是因为风暴中心里有一个“巨大喇叭”，而是因为强风、海浪、湍流和海气相互作用，在大范围内不断制造低频压力扰动。我们可以把这一过程理解为四个环节：

第一，强风持续驱动海面。台风近海面风速高、覆盖范围广，风把能量不断输入海洋表层，使海浪快速生成并增大。
第二，海浪之间会相互叠加、碰撞和调制。当不同方向、不同周期的波浪相遇时，海面压力场会出现比单个浪头更缓慢、更大尺度的变化。
第三，这些压力扰动的一部分会耦合到大气中，形成低频压力波；另一部分则在海水中传播，或进一步转化为海底微震等信号。
第四，碎浪、气泡、海雾和近海面湍流又会增强局部扰动，使某些低频成分更加明显。

因此台风次声波并不只来自“台风眼”，外围雨带、强风海区、巨浪区以及海岸拍浪带等都可能成为低频信号的重要来源。其强弱与台风强度有关，也与海面状态、海岸地形、大气分层和传播路径有关。这也是为什么声学监测需要与气象资料、海浪资料和地理信息结合起来理解。

强风、海浪与低频压力扰动的形成过程（图源：睿辉声学）

三、科学家如何“听见”台风？

人耳听不见台风次声波，科学家却可以用仪器“听见”。最常见的做法是在海岸、岛礁或较开阔区域布设次声传感器，连续记录极微小的气压波动。单个传感器能发现低频异常，多台传感器组成阵列后，还可以利用信号到达时间差判断传播方向和可能的声源区域。

次声监测数据、低频能量与A计权范围（图源：睿辉声学）

监测数据通常不会只看一条简单曲线，而会转化为波形、频谱和时频图。其中，波形显示压力随时间如何起伏；频谱显示能量主要集中在哪些频率；时频图则能观察台风靠近、登陆、减弱和远离过程中，低频能量是否发生系统性变化。通过这些图像，研究人员可以尽量区分台风相关信号与交通、设备振动、局地阵风等干扰。

不过，需要说明的是，次声监测并不替代卫星云图、天气雷达或常规气象站。它的价值在于提供一种“从声学角度观察台风”的补充手段。当天气系统、海浪系统和大气传播条件共同作用时，这时声学信号可以成为理解台风能量交换和远距离传播现象的一个窗口。

四、为什么不能只用dB(A) 理解台风？

前几期我们介绍了dB(A)，它是对人耳听觉敏感性进行修正后的噪声评价量，适合描述办公室、道路、学校和工业等环境“人觉得吵不吵”，但如果用dB(A)直接理解台风次声波就会出现偏差。这是因为A计权会明显削弱低频成分，而台风次声波的主要能量恰恰集中在低频和极低频范围。换句话说，dB(A)可以回答“人耳听起来是否吵闹”，却不一定能反映“台风低频能量是否强”。台风夜里让人感到压迫、沉闷的因素，可能来自可听风雨声，也可能与低频振动和大尺度压力起伏有关，但这些并不会被一个A计权声级完整表达。因此，研究台风低频压力扰动，应综合查看原始压力波形、全频频谱和低频能量分布等指标。

五、台风来袭：防灾避险与自救提示

次声波、频谱和监测设备固然有趣，但对台风的科普最终都要回归一个最切实的问题——如何确保安全？最重要的是听从官方预警、减少不必要外出、避开危险区域，并提前做好家庭和个人准备。与此同时，台风中心过境或风雨短暂减弱的时候，仍不能贸然出门，因为这可能只是“间歇”，后续仍会面临强风雨。

睿辉声学总结了一些有关台风天避险的行动方案，供大家参考。不过具体行动仍应以当地气象、应急、消防、社区和防汛部门发布的信息为准！

提前准备防患未然	关注气象和应急部门预警；检查门窗、排水口和阳台物品；准备饮用水、食品、手电、充电宝、常用药品和重要证件；低洼、危旧房、工棚、山洪沟口等危险区域人员按要求及时转移。
台风影响时尽量不外出	留在坚固建筑内，远离迎风窗、玻璃幕墙和临时搭建物；不在广告牌、树木、电线杆、塔吊、老旧围墙附近避风避雨；不要到海边、江河、水库、堤坝和桥下观潮、拍浪。
遇到暴雨积水先避险再通行	不强行涉水穿越下穿隧道、桥洞、涵洞和低洼路段；远离裸露电线、配电箱和井盖；车辆被困深水时尽快弃车转移到高处，不要贪恋财物。
警惕次生灾害听从转移安排	山区和丘陵地带要防山洪、滑坡、泥石流；沿海地区注意风暴潮和巨浪；台风眼或中心附近可能出现短暂风雨减弱，切勿误以为台风已经过去。
遇险求助保持冷静	发现被困、触电、火灾、坍塌等险情，拨打119、110、120或当地应急电话；说明位置、人数、伤情和周边标志物；手机省电，优先短信求助。台风后确认道路、供电、燃气和房屋安全后再返回。