Tornadoer er notorisk vanskelige at forudsige, med ofte dødbringende resultater: I 2011 dræbte tornadoer i USA mere end 550 mennesker, hvilket er en højere dødstal end i de sidste 10 år tilsammen.
Nu tilbyder en ny undersøgelse af kortsigtede klimatendenser en ny tilgang til tornado-prognoser, der kan give folk i tornado-udsatte regioner så meget som en måned med advarsel om, at twister snart kan falde.
Tornadoer som denne over Kansas er notorisk vanskelige at forudsige på grund af deres ustabile karakter og korte varighed. Billedkredit: Sean Waugh NOAA / NSSL
Tornadoer fødes, når varm, fugtig luft kolliderer med kold, tør luft, hvilket skaber en hvirvel, når de to masser bevæger sig omkring hinanden. I Midtvesten, hvor kold luft, der blæser øst fra Rockies, rammer varm luft, der blæser nord fra Mexicogolfen, kan hundreder af snor muligvis røre ved hvert år, der tjener regionen navnet Tornado Alley.
Der er i øjeblikket ingen generelle udsigter for regionale eller sæsonbestemte tornadotendenser, ligesom NOAA-emner for atlantiske orkaner hver maj, siger Michael Tippett, klimaforsker ved Columbia University og hovedforfatter af den nye undersøgelse i Geophysical Research Letters. ”Det er hvad vi prøver på at gøre for tornadoer.”
Ved at sortere gennem gennemsnitlige atmosfæriske forhold i tornado-udsatte regioner i USA i løbet af de sidste 30 år, begyndte Tippett og kolleger at definere et sæt parametre, der syntes tæt forbundet med øget tornado-aktivitet. "De to vigtigste ingredienser til fremstilling af tornadoer er vindskær - vinde, der går i forskellige retninger på forskellige niveauer - og regn forbundet med stærke opdateringer."
Ved at tilslutte vindskær og opdaterede data fra de sidste 30 år testede teamet først deres model for at se, om det kunne forudsige tornadoaktivitet for hele USA i individuelle måneder. ”Vi fandt, at modellen var ret god til det,” siger Tippett.
Satellitbilleder viser et tordenvejr kun få minutter før det gød en stor tornado over Joplin, Missouri, der dræbte 161 mennesker og ødelagde store dele af byen i maj 2011. Billedkredit: NOAA
Derefter tilsluttede de deres parametre til NOAAs klimaprognosesystem for at prøve at se, om værdier fra den foregående måned kunne bruges til at forudsige tornado-aktivitet i den følgende måned. Modellen korrelerede godt med det observerede antal tornadoer i løbet af foråret og sommeren, især i juni måned, men var mindre pålidelig i september og oktober. Historisk set er maj den travleste tornadomåned, efterfulgt af juni.
”Dette er en interessant tilgang,” siger Ashton Robinson Cook, en meteorolog ved NOAAs Storm Prediction Center med base i Norman, Okla., Der ikke var involveret i den nye undersøgelse. "Som med de fleste modeller er det ikke perfekt, men de har gjort et dejligt stykke arbejde med at afbalancere ufuldkommenhederne i modellen og tage dem i betragtning."
Med hensyn til hvorfor modellerne fungerer bedst i juni måned og værst i september og oktober, er Tippetts team usikker. ”Tornadoernes karakter ændres afhængigt af årstiden, men vi ved ikke rigtig, hvordan eller hvorfor.”
Forskellen kan have noget at gøre med ændringerne i sæsoner, der medfører forskellige atmosfæriske forhold, såsom forskellige fugtighedsniveauer. ”Om foråret og sommeren lever tordenvejr af fugt og fugtighed i de lave niveauer af atmosfæren, og om vinteren er tornadoudbrud ofte mere afhængige af systemer i større skala,” siger Cook.
Til sidst håber teamet at forfine modellen så den kan bruges til at beregne tornado-trusler for bestemte områder i landet. "Det meste af valideringen, vi har gjort indtil videre, har været for hele USA, så det er en del af det næste trin: Hvor nøjagtigt er indekset, hvis vi ser på specifikke regioner?"
Den amerikanske flåde hjalp med oprydning i Joplin, MisSatellite-billeder viser et tordenvejr kun få minutter før det gød et stort tornado over Joplin, Missouri, der dræbte 161 mennesker og ødelagde store dele af byen i maj 2011. Iamge Kredit: NOAAsouri efter et tornado i maj 2011. Billedkredit: U.S. Navy-billede af lt. J.g. Ryan Sullivan / Udgivet
I øjeblikket presser Tippetts team på, at modellen bruges i sommer til at forudsige, om dette vil være en aktiv stormsæson, som sidste års. ”Baseret på hvad vi har gjort indtil videre, er argumentet for at bruge modellen i mindst juni ganske godt,” siger han.
Hvis du har en måneds varsel om, at tornadoaktiviteten kan være høj i en bestemt region, ville det hjælpe nødhjælpsbureauer såvel som enkeltpersoner og samfund med at forberede sig.
"Efter sidste års dødbringende tornadosæson," siger Tippett, "vi vil tage ethvert glimt ind i fremtiden, som vi kan få."
Problemet med tornado sporing
Tornadoer og orkaner kan have en hvirvlende ødelæggelse til fælles, men når det kommer til forudsigelser, kunne stormerne ikke være mere forskellige. På grund af deres store størrelse og levetid kan orkaner spores i uger i forvejen. Tornadoer er på den anden side relativt små og kortvarige. Selv med dagens avancerede sporingsteknologi får samfund i en twister-vej ofte kun et par minutters advarsel.
Problemet med sporing af tornadoer ligger ikke nødvendigvis i stormdetektering. Dopplerradar og satellitter er meget forbedret siden de dage, hvor tornadovarsler stod på øjenvidnens beretninger. Men udfordringer opstår ved at skabe og køre computerprogrammer til at modellere, hvordan storme kan danne sig og udvikle sig over tid.
På NOAAs National Severe Storms Lab (NSSL) i Norman, Okla., Der fokuserer på tornadoer, hagl og høj vind, opdeles beregningsproblemerne i problemer med størrelse, skala og hastighed.
At studere storme, der giver anledning til tornadoer, kræver ekstreme observationsdata med høj opløsning, som derefter er tilsluttet vejrmodeller, der ofte ikke helt kan forstå den underlige fysik i meget flygtige stormsystemer, siger Ashton Robinson Cook, en meteorolog ved NOAAs Storm Prediction Center, også baseret i Norman, Okla.
Ved de fine skalaer, der er nødvendige for nøjagtig vejrforudsigelse, kan disse modeller kun køres på de hurtigste supercomputere. Men det tager stadig tid. Mens alt det computing foregår, kan en storm hurtigt udvikle sig til noget farligt; med eksisterende teknologi er den gennemsnitlige tid til at registrere, spore og frigive advarsler om et udviklende stormsystem eller tornado 14 minutter.
Forskere ved NSSL håber at øge den føringstid op til en time, siger Cook, ved at se ud over supercomputere til systemer baseret på grafiske behandlingsenheder, hvilket i høj grad ville øge effektiviteten og computerkraften.
Andre mål, siger Cook, inkluderer at øge antallet og opløsningen af vejrradarstationer rundt om i landet (lige nu har 70 procent af USA utilstrækkelig radardækning) og fortsætter med at forbedre videnskabernes viden om fysikken i, hvordan storme danner og udvikler sig til dødbringende og destruktive tornadoer.
Af: Mary Caperton Morton