2023年3月24日，一场致命的龙卷风向密西西比州的罗林弗克袭来，天气预报员看到风暴正在形成在雷达上发出了罕见的“龙卷风紧急情况”警告。美国国家海洋和大气管理局的天气预报和风暴预测几天来，气象中心一直在警告该地区可能出现恶劣天气。但是，虽然预报员可以提前看到潜在龙卷风的迹象，但预测龙卷风将在何时何地形成仍然是极其困难的。

我们问克里斯Nowotarski他是一名大气科学家，从事强雷暴计算机建模工作，他解释了预测技术为什么以及如何改进。

为什么龙卷风仍然如此难以预测?

气象学家在预测龙卷风发生的可能性方面已经做得更好了。但是准确预测哪些雷暴会产生龙卷风，什么时候会产生龙卷风比较困难，这就是今天许多恶劣天气研究的重点。

通常情况下，你会在一个看起来有利于龙卷风的环境中遇到一连串雷暴，一个风暴可能会产生龙卷风，而其他风暴则不会。

它们之间的差异可能是由于气象变量的微小差异，如温度。即使是陆地表面条件的变化——田野、森林地区或城市环境——也会影响龙卷风的形成。风暴环境中的这些微小变化会对形成或破坏龙卷风的风暴过程产生巨大影响。

雷暴是否会产生龙卷风的最强预测因素之一与垂直风切变这就是风在大气中如何随着高度改变方向或速度。

风切变如何与风暴中的雨冷空气相互作用，我们称之为“流出”，以及降水蒸发的多少都会影响龙卷风是否形成。如果你经历过雷雨，你就会知道，在开始下雨之前，你经常会从暴风雨中吹出一股冷空气。冷空气流出的特征对于龙卷风是否能形成很重要，因为龙卷风通常在风暴的较冷部分形成。

你能提前多远知道龙卷风是否可能是巨大而强大的?

它是复杂的。雷达仍然是我们决定何时发出警报的最大工具龙卷风警告-这意味着该地区即将发生龙卷风，人们应该寻求庇护。

绝大多数猛烈的龙卷风形成于vortex在美国，具有深度旋转上升气流的雷暴被称为“中气旋”。垂直风切变可以使风暴的中层旋转，中气旋的向上吸力可以加强风暴流出处的旋转，形成龙卷风。

如果你有一个超级单体，它在地面上有很强的旋转，这通常是龙卷风的前兆。一些研究表明更广泛的中气旋更有可能产生更强的，比其他风暴持续时间更长的龙卷风。

天气预报员还会考虑风暴的环境条件——温度、湿度和风切变。这些数据提供了更多的线索，表明一场风暴可能会产生一场严重的龙卷风。

近几十年来，收到龙卷风警告的比例有所增加，原因是多普勒雷达，改进的建模和更好的理解风暴环境。关于87%的致命龙卷风从2003年到2017年都有提前警告。

预警的准备时间也有所改善。一般来说，它是大约10到15分钟现在。这段时间足够你去地下室，或者，如果你在拖车停车场或外面，找到一个安全的设施。并不是每一场风暴都有那么长的准备时间，所以尽快找到避难所很重要。

研究人员今天发现了哪些关于龙卷风的东西，可以帮助保护未来的生命?

如果你回想一下电影《旋风,“在20世纪90年代初，我们开始对龙卷风进行更多的实地研究。我们用卡车运送雷达，并驾驶装有车顶仪器的车辆进入暴风雨。那时我们才真正开始理解我们所说的风暴尺度过程——风暴本身的内部条件，流出的温度和湿度的变化如何影响龙卷风的可能性。

不过，科学家不能发射气象气球或向每一场风暴发送仪器。所以，我们也用计算机模拟风暴来了解风暴内部发生了什么。通常，我们会运行几个模型，称为集合。例如，如果10个模型中有9个产生了龙卷风，我们就知道风暴很有可能会产生龙卷风。

国家强风暴实验室最近一直在试验基于这些模型的龙卷风预警Warn-on-Forecast，以延长龙卷风预警的提前时间。

还有很多其他领域的研究。例如，为了更好地理解风暴的形成，我做了很多理想化的计算机建模。为此，我使用了一个具有简化风暴环境的模型，并对环境进行了一些小更改，以查看风暴本身的物理变化。

在风暴追踪中也有新的工具。无人机的使用出现了爆炸式增长——科学家们将传感器安装在无人驾驶飞行器上让它们飞近有时还会陷入风暴。

龙卷风研究的重点也从传统的“龙卷风通道”大平原转移东南方向。

东南部的龙卷风有什么不同?

与大平原地区相比，东南部地区对风暴的影响有所不同。东南部有更多的树木和更多样的地形，大气中也有更多的水分，因为它靠近墨西哥湾。往往会有更多的人死亡在东南部也是如此，因为更多的龙卷风在夜间形成。

我们倾向于在东南部看到更多的龙卷风，这些龙卷风被称为“准线性对流系统”。在这些风暴中导致龙卷风的过程可能是不同的，科学家们正在对此进行更多的研究。

一些研究也提出了开始气候变化在东南方向的龙卷风中然而，很难将风暴的增加与更好的技术发现更多的龙卷风区分开来。因此，还需要更多的研究。

克里斯Nowotarski，大气科学副教授，德州农工大学

本文转载自谈话在创作共用许可下读了原文。的谈话一个非营利性的新闻来源是否致力于从学术界传播思想和专业知识的公共话语。