以下文章經許可轉載自 The Conversation，這是一個報道最新研究的線上出版物。
在邁阿密的一個飛機庫中，工程師們正在重現一些有史以來襲擊陸地的最強颶風。這些五級颶風可以在眨眼間摧毀一座測試建築物。
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然而，它們還不夠強大，無法跟上大自然的步伐。
當工程師們 10 年前在佛羅里達國際大學建造 “風牆” 測試設施時，其靈感來自 安德魯颶風，這是一場 1992 年襲擊南佛羅里達州的怪獸級風暴。
該設施旨在測試建築物承受高達每小時 160 英里（每小時 257 公里）風速的能力。現在，我們看到了像 多里安颶風 這樣的風暴，它在 2019 年以每小時 184 英里（296 公里/小時）的風速摧毀了巴哈馬群島的社群，以及 帕特里夏颶風，它在 2015 年在墨西哥海岸附近被測得風速為每小時 215 英里（346 公里/小時）。
研究表明，隨著氣候變化以及海洋和空氣溫度升高，熱帶風暴的強度正在 不斷增強。設計能夠承受未來像多里安颶風這樣風暴的房屋和基礎設施，將需要新的測試設施，這些設施要遠遠超出今天的能力——我們認為應該稱之為六級風暴。
風牆
目前，美國大學中只有一個能夠產生五級風（目前是最強颶風級別）的真人尺寸測試設施。那就是 “風牆”。
在該設施的一端是 一堵由 12 個巨型風扇組成的弧形牆，每個風扇都和普通人一樣高。它們協同工作，可以模擬每小時 160 英里的颶風。噴水器模擬風驅動的雨水。另一端，建築物通向一片大場地，工程師可以在那裡觀察結構的破壞方式和位置以及碎片飛散的情況。
我們在這裡製造的強大風暴使我們和其他工程師能夠探測建築和設計中的弱點，跟蹤貫穿建築物的連鎖破壞，並在接近真實世界風暴的條件下測試創新解決方案。攝像頭和感測器捕捉建築物、屋頂材料和其他物品崩塌——或者，同樣重要的是，不崩塌——的每一毫秒。
在這裡進行的十年研究幫助建築商和設計師 降低了損壞風險。當預報員警告說，就像他們對 2022 年所做的那樣，颶風季將會繁忙，並且會有 多次大型颶風 時，這會很有幫助。
來自颶風測試的經驗教訓
我們在 破壞性測試中發現，結構通常會在不到一秒鐘的時間內被撕裂。只需要風穿透最薄弱的點。
當多里安颶風襲擊巴哈馬群島時，許多建造質量較差的 房屋變成了彈片，造成了另一個問題。一旦建築物倒塌，即使附近建造的能夠承受更高風力的房屋也會因為飛散的碎片而陷入困境。 我們的測試表明，來自一座建築物的碎片，在持續風速為每小時 130-140 英里或更高的情況下，可能會摧毀下一座建築物，然後那座建築物又會摧毀下一座建築物。
屋頂通常是最薄弱的環節。屋頂在風暴期間 受到抬升力的作用，因此撞擊建築物表面的風需要能夠逸出。當風遇到路徑中的物體時，可能會造成損壞。
新的設計正在改進建築物抵禦極端風力的方式。例如，風暴會產生強大的渦流——風在建築物的邊緣像螺旋鑽一樣盤旋——這會剝落屋頂材料，最終抬起屋頂本身。一項創新技術是在屋頂邊緣使用水平 風力渦輪機 來擴散風力，同時產生電力，一舉兩得。
建築物的形狀也會產生弱點或有助於偏轉風力。您會注意到，大多數現代高層建築都避免尖角。測試表明，更梯形 或圓形的邊緣可以減少建築物上的風壓。
而且更好的安全性不必花費高昂的代價。一項實驗表明，僅 250 美元 的升級就足以讓一座小型棚屋大小的建築物能夠抵禦三級風暴——或者不能。 颶風帶 將屋頂桁架連線到房屋的周邊。 環形釘，其釘杆周圍有螺紋以抓住木材，比光滑的釘子更能抵抗風力。 颶風百葉窗 還可以阻擋風力可以穿透並引發災難性破壞的入口點。
安裝也很重要，這有助於解釋為什麼看起來符合建築規範要求的屋頂仍然會在颶風中失效並被吹飛。
我們進行的實驗 表明，即使邊緣系統——牆壁和屋頂之間的金屬元件——安裝得過高或過低半英寸，也可能在低風速下過早失效，即使該系統旨在承受五級颶風。屋頂工人在密封邊緣時可能需要超越當前規範來鋪設瀝青瓦和屋頂瓦片，以 防止它們在風暴中失效。
擴大測試範圍：每小時 200 英里風速 + 風暴潮
雖然工程師們一直在透過測試獲得知識，但隨著地球變暖，風暴的性質正在發生變化。
由人類活動增加的 溫室氣體排放 導致的溫度升高，使空氣能夠容納更多水分，而溫暖的海洋為 助長颶風 提供了更多能量。研究表明，更大更強烈的風暴 和 含水量更多 且移動速度更慢的風暴將以更大的風力、風暴潮、洪水和碎片襲擊它們所襲擊的地區。
一項研究估計，如果 2008 年襲擊德克薩斯州加爾維斯頓的艾克颶風在 21 世紀後期預期的溫暖氣候中襲擊，其風力將增強 13%，移動速度將減慢 17%，含水量將增加 34%。
正是因為這些風暴，我們正在與其他八所大學合作 設計一個新的設施，以測試建築在每小時 200 英里（322 公里/小時）風速下的效能，並配備一個水池來測試高達 20 英尺（6 米）的風暴潮和海浪的影響。
計算機可以模擬結果，但它們的模型仍然需要透過物理實驗來驗證。透過結合風力、風暴潮和海浪作用，我們將能夠看到整個颶風以及所有這些組成部分如何相互作用以影響人類和建築環境。
災難測試正在尋找使房屋更安全的方法，但這取決於房主確保他們瞭解自己房屋結構的弱點。畢竟，對於大多數人來說，他們的房屋是他們最寶貴的資產。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。