实验性预测项目龙卷风季

关于这种破坏性极端天气事件的季节性预测可能最早在2016年发布

本不该发生 2011年的龙卷风季,在技术先进且风暴预警发达的现代更不应该。这些预警曾使死亡人数稳步下降,因为人们接收到了比过去更准确的信息和更早的预警。但是,2011年的1691场龙卷风——是自1950年代以来第二多的季节——包括了造成数百人死亡的爆发,这是自1970年代以来未曾见过的。

奥巴马总统面对那场历史性龙卷风季所造成的破坏,想知道可以做些什么来更好地为国家做好准备,以预测和应对如此致命的活动。特别是,他询问为什么没有像飓风那样的龙卷风季节性展望。虽然飓风展望并没有说明风暴何时何地袭击,但它们确实为飓风季节可能有多活跃提供了一个框架。

哥伦比亚大学的气候研究员和统计学家迈克尔·蒂佩特说:“当总统提出问题时,事情就会发生。”


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快进近四年,一个实验性预测团队已经制定了美国首个龙卷风季节性展望。该预测表明,最有可能出现的是一个平均水平的龙卷风季。美国每年大约发生1000场龙卷风,尽管这些数字每年可能有很大差异。例如,在2011年轰动性的季节之后,是几个平静的年份。

在2011年季节之后,国家海洋和大气管理局开始举办一系列研讨会,以鼓励对龙卷风预测的研究。蒂佩特和他在哥伦比亚大学的同事约翰·艾伦亚当·索贝尔参与了这项研究,并将研究重点放在被称为厄尔尼诺和拉尼娜的周期性气候模式如何影响更大的大气环境,而这种环境为龙卷风活动奠定了基础。

一项新的研究中,他们在《自然-地球科学》杂志上详细说明,虽然前者倾向于抑制龙卷风活动,但后者可以促进龙卷风活动。他们的想法是,随着他们改进工作,他们将能够根据冬季厄尔尼诺-南方涛动(整个周期被称为南方涛动)的状态,来说明龙卷风走廊主要地区的春季龙卷风活动。这将为政府和应急人员提供一些关于龙卷风季节可能有多糟糕的预先提示。

龙卷风环境
在宏大的大气体系中,龙卷风是小规模、瞬态的特征,这使得它们非常难以预测,即使在几个小时内也是如此,并且难以在更大的气候背景下进行研究。

正如几位研究人员试图做的那样,在龙卷风记录中寻找模式以揭示任何气候联系是充满风险的,因为报告方法随着时间的推移而改进(随着人口增加和技术进步,今天更有可能检测到龙卷风)。

为了解决将龙卷风与气候联系起来的这些问题,哥伦比亚大学的团队将重点从龙卷风本身转移到对龙卷风形成至关重要的大气因素上,这些因素本身会受到ENSO模式的改变。这些因素包括风暴的存在、风暴的强度以及它们是否旋转——这是龙卷风的关键前兆。

在之前的工作中,艾伦和其他人已经表明,这两个因素可以合理地反映给定月份的龙卷风活动是高于还是低于正常水平。下一步是了解这些因素如何受到ENSO的影响;虽然厄尔尼诺和拉尼娜是由热带太平洋海域比正常温度高或低多少来定义的,但它们会引发大气中的一系列反应,从而改变全球的天气模式。

艾伦说:“众所周知,厄尔尼诺和拉尼娜实际上改变了美国上空的急流。”

该团队专注于中等和强烈的两种气候状态,发现厄尔尼诺倾向于抑制俄克拉荷马州、德克萨斯州、堪萨斯州和美国南部其他一些地区的龙卷风活动,而拉尼娜倾向于促进龙卷风活动。两者都倾向于改变龙卷风的主要发生地。

厄尔尼诺倾向于抑制龙卷风,因为它将急流进一步向南移动到美国上空,从而阻止了来自墨西哥湾的湿气向北流动。水分是滋生不稳定、暴风雨般的大气环境的关键要素之一,而龙卷风在这种环境中茁壮成长。

拉尼娜的作用方式相反,它将急流推向北方,让水分进一步渗透到该国腹地。历史上一些最大的爆发——包括1974年的超级爆发,以及破坏性的2011年季节——都发生在拉尼娜年。

但它的影响不如厄尔尼诺那么强烈。

艾伦说:“拉尼娜有点像是增强剂,但它不是最明显的增强剂。你往往会遇到要么是大日子,要么什么也没有的情况。”

本季
这种关系非常强烈,该团队认为冬季ENSO的状态可以用来指示来年春季的龙卷风季节会是什么样子。

当然,还有许多其他因素,从局部尺度到更大的气候,也会影响龙卷风活动。

艾伦说:“我认为并非每年ENSO都会给我们答案。”

美国预报员本月早些时候最终宣布的厄尔尼诺现象非常微弱,只有通常大气信号的微弱迹象出现。

因此,哥伦比亚大学的团队对其能说些什么受到了限制。艾伦说:“这是一个微弱的厄尔尼诺现象,所以我们不希望它有最强烈的信号。”

他们给出60%的几率龙卷风季节将出现正常水平的活动,30%的几率低于正常水平(到目前为止一直是这样,这要归功于美国中部和东部普遍存在的寒冷天气),以及10%的几率高于正常水平。

詹姆斯·埃尔斯纳是佛罗里达州立大学的大气科学家,他研究了气候与龙卷风和飓风的联系,他说他认为这种季节性预测是可行的,ENSO是一个很好的预测指标。

他说:“我赞赏他们为推动这一领域所做的努力。还需要做更多的工作。” 埃尔斯纳没有参与这项研究。

蒂佩特和艾伦都强调,他们的预测不能说明龙卷风何时何地袭击,也不能说明不会发生可能造成严重破坏的重大爆发。正如飓风预报员警告的那样,即使在一个原本平静的季节里,一场风暴也可能造成严重的破坏。

艾伦说:“你不会希望人们认为,‘哦,我现在不用担心了’。”

该团队仍然需要改进他们的预测,其他研究人员也在寻找其他气候信号,这些信号可以说明龙卷风活动。最终,该团队希望将他们的工作与其他人的工作结合起来,形成一个实验性的季节性预测,供NOAA明年首次发布。

蒂佩特说,就目前而言,令人欣慰的是,社区从“甚至不知道[季节性龙卷风预测]是否可行”发展到讨论如何将其组合在一起的细节。

本文经气候中心许可转载。这篇文章于首次发表于2015年3月16日。

Andrea Thompson is an associate editor covering the environment, energy and earth sciences. She has been covering these issues for 16 years. Prior to joining 大众科学, she was a senior writer covering climate science at Climate Central and a reporter and editor at Live Science, where she primarily covered earth science and the environment. She has moderated panels, including as part of the United Nations Sustainable Development Media Zone, and appeared in radio and television interviews on major networks. She holds a graduate degree in science, health and environmental reporting from New York University, as well as a B.S. and an M.S. in atmospheric chemistry from the Georgia Institute of Technology. Follow Thompson on Bluesky @andreatweather.bsky.social

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