約2年前、マイアミ大学応用海洋物理学科長のブライアン・ハウス氏は、台湾沖の西太平洋で発生する嵐を研究していました。彼と彼のチームはハリケーンを追跡しています。ハリケーンは、その進路上に設置された、勢力と速度を追跡するためのセンサーが満載のブイを完全に見逃してしまうこともありますが、そうでないこともあります。
今回は、研究者たちは幸運に恵まれました。1つではなく、2つの超大型台風が同時に彼らの機器を直撃したのです。さらに幸運なことに、機器のほとんどは壊れずに済みました。ハウス氏とチームは嵐が収まるのを待ってから港を出て記録装置を回収しました。しかし、ブイを回収する前に、「チャバ」と名付けられた嵐が予報を覆しました。勢力が弱まるどころか、猛烈な勢いで彼らに向かってきたのです。ハウス氏と研究仲間たちは、9日間にわたり「極めて不快」な30フィート（約9メートル）のうねりに耐え忍ぶことになりました。
マイアミ大学は今夏、4,500万ドルをかけて海洋技術・生命科学海水複合施設を建設し始めた。この複合施設には、ハウス氏や他の嵐を研究する科学者たちが、研究にとって重要なリソースであるハリケーンそのものに、より安定的かつ予測可能で制御可能なアクセスを提供するツールが設置される予定だ。
SUSTAIN（SUrge-STructure-Atmosphere Interactionの略）と名付けられたハリケーンシミュレーションツールは、小さな家ほどの大きさのティーポットの中にある嵐のようなものです。完成すれば、毎分1,000ガロンの速度で建物内に送り込まれる本物の海水で作られた3D波動場を通して、実験室内でカテゴリー5レベルのハリケーンを再現できるという、他に類を見ない能力を持つことになります。
これにより、科学者はハリケーンが温水によって発生する過程をより深く理解できるようになる。
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ハリケーンは深い暖かい海域を通過すると勢力を増し、冷たい海域を通過すると勢力を弱めることが知られています。しかし、このエネルギー伝達が分子レベルでどのように行われているのか、その実際のプロセスについては、まだよく分かっていません。シミュレーターは海水を使用することで、海水の飛沫と泡をより正確に作り出すことができ、これが大気中への蒸発に影響を与えると考えられています。そして現時点では、どれだけの熱が直接伝達され、どれだけの熱が蒸発によって伝達されるのかは全く分かっていません。科学者たちは、飛沫の量が多い波や風の条件と少ない波の条件をシミュレートすることで、サーミスターを用いて気温と水温の変化を測定し、飛沫の量による熱伝達の差をモデル化することができます。
このプロセスがハリケーンの発生にどのように寄与するかを解明することで、科学者や気象学者はより高度なハリケーンモデルを構築し、より正確な予報が可能になります。しかし、現場でこれらの観測を行うことは不可能であり、容易でもなく、安全でもありません。彼はこう言います。「海上では本物のハリケーンと対峙しなければなりませんが、研究室では、望む時に望む方法でハリケーンを作り出すことができるのです。」
ハリケーンシミュレーターとSUSTAINは、多角的な建築・エンジニアリング会社であるケンブリッジ・セブン社によって設計されています。同社は50年前、ニューイングランド水族館の建設入札において、唯一魚類に言及した企業として落札したことからスタートしました。ケンブリッジ・セブン社の副社長であるピーター・ソログブ氏によると、ハリケーンシミュレーターは3つの主要コンポーネントで構成されています。
一つ目は1400馬力のファンで、元々は鉱山の坑道換気などに使われていました。時速150マイル（約240キロ）の風を生み出すために、キャンパスの非常用発電システムから電力を供給します。このシステムは通常、嵐による停電時に使用されます。精密機器の隣に設置されるこのファンは、振動を遮断する必要があります。「まるで右手がハリケーンの中にいるのに、左手で網膜手術をしているようなものです」とソログブ氏は言います。風速はレーザー式と音波式の風速計（風速計とも呼ばれます）で検知されます。
2つ目の部分は、12個の異なるパドルを使って海水を押し出す造波装置です。これらのパドルは、異なるペースと速度で動くようにタイミングが調整されており、様々な大きさ、角度、周波数の波を作り出すことができます。穏やかで整然としたうねりから、波が荒々しく混沌とした海まで、あらゆる波を作り出すことができます。波の屈折を抑えるため、プールの端には放物線状の穴が開いたビーチが設置され、波のエネルギーを分散させます。
タンクの3つ目の特徴は、幅6メートル、長さ20メートル、高さ2メートルのタンク自体です。タンクは厚さ7.6センチの透明アクリル製で、内部の状態をあらゆる角度から観察できます。正確な試験を行うためには、「安定した高速流」を生み出す空気用のダクトを設置する必要があります。
アメリカ海洋大気庁（NOAA）大西洋海洋気象研究所のボブ・アトラス所長は、SUSTAINに期待を寄せており、ハリケーンの強さを予測する能力に変化をもたらすと考えています。アトラス所長によると、ハリケーン・カトリーナが上陸した際、NOAA、そしてアメリカ国民は「進路予測は飛躍的に進歩したが、ハリケーンの強度予測にはまだ大きな進歩が見られなかった」ことに気づいたそうです。
ボブ・アトラス氏は、米国空軍に入隊し、95%以上の予測精度を維持していた頃から、悪天候の予報に携わってきました。その後、研究とモデリングに携わり、最初はNASA、現在はNOAAに在籍しています。NOAAのハリケーン予報改善プロジェクトでは、2005年から2011年の間に進路予測が26%、強度予報が14%向上しました。アトラス氏は、ハリケーン観測機のドップラーレーダーも取り入れた、より優れたモデルを高く評価しており、マイアミ大学のハリケーンシミュレーターは、この2つの機能の改善にも貢献するでしょう。SUSTAINは、頭上の広い空間を備え、リモートセンシングの専門家が気象衛星の視点を模倣して下向きにカメラを向ける予定です。カメラの遠隔計測値は、タンク内のレーザーによる実際の計測値と比較され、遠くから嵐や波を測定する能力を微調整します。
しかし、アトラス氏は、SUSTAIN施設にはより実用的な側面があり、嵐についてだけでなく、私たちが住む世界が激しい気象にどう反応するかについても教えてくれると付け加えた。SUSTAINの威力はすべて、建物、海岸堡、防波堤といった人工構造物や自然構造物の模型に向けられ、建築家やエンジニアは高潮や波しぶきが都市や海岸にどのような影響を与えるかをテストすることができる。（そう、彼らは超高層ビルのミニチュア模型を破壊しようとしているのだ。）
アトラス氏は、「NOAAは嵐を予測できなければなりません。しかし、最終的に人々が知りたいのは、道路や家が浸水するかどうか、そしてハリケーンが上陸する際に家が耐えられるかどうかです。そして、この施設はまさにその助けになると信じています」と述べています。
この記事のバージョンはもともと8月にPopSci.comに掲載されました。
