新研究为龙卷风和气候变化之间的关系带来新的线索

2021年12月10日至11日晚，致命的龙卷风爆发，撕裂了从美国阿肯色州到伊利诺伊州的社区，其持续时间和强度非常得不寻常--尤其是在12月。对于这次的灾害，包括美国总统在内的很多人都在问，气候变化可能发挥了什么作用--以及龙卷风是否会在一个变暖的世界中变得更加常见。

这两个问题都是问得容易但很难回答，不过现在，研究正在提供新的线索。

来自中密歇根大学的大气科学家John Allen一直在研究龙卷风等严重对流风暴和气候变化的影响。日前，他归纳了其迄今为止在科学研究中得到一些情况。

气候模型还无法看到龙卷风--但它们可以识别龙卷风的状况

为了了解全球气温上升将如何影响未来的气候，科学家们使用复杂的计算机模型来描述整个地球系统，从太阳的能量流入到土壤如何反应以及中间的一切，一年到头，一个季节到另一个季节。这些模型在全球范围内解决了数以百万计的方程式。每一次计算都会增加，其中需要的计算能力则远超一台台式电脑所能处理的。

为了预测地球的气候到本世纪末将如何变化，目前研究人员们不得不使用一个广泛的尺度。想想看，这就像相机上的变焦功能，看着远处的山--你可以看到森林，但个别的树却很难看出来，并且由于其中一棵树上的松果太小，即使把图像放大也看不到。对于气候模型，物体越小就越难看到。

龙卷风和造成龙卷风的严重风暴远远低于气候模型所能预测的典型规模。

相反，人们可以做的是看看使龙卷风形成的条件成熟的大规模成分。

严重风暴的两个关键成分是：（1）由温暖、潮湿的空气驱动的能量，它们会促进强大的上升气流，以及（2）改变风速和风向--被称为风切变，这使风暴变得更强和更持久。第三个成分更难确定，它是使风暴形成的触发因素，如一个真正的热天或可能是一个冷锋。如果没有这个成分，并不是每个有利的环境都会导致严重的风暴或龙卷风，但前两个条件仍会使严重的风暴更有可能发生。

通过使用这些成分来描述形成严重风暴和龙卷风的可能性，气候模型可以告诉我们一些关于变化的风险。

风暴条件可能如何变化

美国的气候模型预测表明，等到21世纪末，严重风暴的有利成分的总体可能性将增加。主要原因是气温变暖及大气中水分的增加，这些都增加了强烈上升气流的可能性。

全球气温的上升正在推动我们传统上认为很少产生恶劣天气的季节发生重大变化。秋季、冬季和早春暖湿空气的强劲增长意味着将有更多的日子拥有有利的严重雷暴环境--而当这些风暴发生时它们有可能具有更大的强度。

研究展示频率和强度的情况

在较小的区域，研究人员们可以模拟这些未来气候下的雷暴，这使得人们更接近于回答是否会形成严重风暴这样的问题。一些研究已经模拟了强烈风暴频率的变化从而能更好地了解环境的这种变化。

在过去的几十年里，我们已经看到了证据，即在较冷的季节，条件更有利于严重的风暴，而夏季形成风暴的可能性则正在减少。

对于龙卷风，事情则变得更加棘手。即使在对第二天的预测准确无误的情况下，也无法保证龙卷风就会形成。在一个有利的环境中产生的风暴中只有一小部分会产生龙卷风。

一些模拟已经探索了如果龙卷风爆发或产生龙卷风的风暴发生在不同的全球变暖水平上会发生什么。预测表明，尽管加强的程度比我们从可用能量的增加中可能预期的要小，但随着全球气温的上升，更强的、会产生龙卷风的风暴可能会有更高的发生几率。

气候变暖1度的影响

我们所知道的关于气候变暖如何影响严重风暴和龙卷风的大部分是区域性的，主要是在美国。并非全球所有地区都会以同样的速度看到严重风暴环境的变化。

在最近的一项研究中，Allen及其同事发现，严重风暴环境的增长速度在北半球将更大且在高纬度地区增长更多。在美国，Allen他们的研究表明，气温每上升1摄氏度，春季、秋季和冬季的有利环境就可能增加14-25%，其中冬季的增幅最大。这主要是由温度升高导致的可用能量增加所驱动。不过要注意的是，这是指的有利环境不一定就是龙卷风。

这对12月的龙卷风有什么意义？

要回答气候变化是否影响了2021年12月爆发的龙卷风的可能性或强度仍很难将任何像这样的单一事件归因于气候变化。像厄尔尼诺-南方涛动这样的短期影响因素也可能会让情况复杂化。

当然，有一些信号指向了一个更暴风雨的未来，但这对龙卷风的表现是一个开放的研究领域。