新研究為龍捲風和氣候變化之間的關係帶來新的線索

2021年12月10日至11日晚，致命的龍捲風爆發，撕裂了從美國阿肯色州到伊利諾伊州的社區，其持續時間和強度非常得不尋常--尤其是在12月。對於這次的災害，包括美國總統在內的很多人都在問，氣候變化可能發揮了什麼作用--以及龍捲風是否會在一個變暖的世界中變得更加常見。

這兩個問題都是問得容易但很難回答，不過現在，研究正在提供新的線索。

來自中密歇根大學的大氣科學家John Allen一直在研究龍捲風等嚴重對流風暴和氣候變化的影響。日前，他歸納了其迄今為止在科學研究中得到一些情況。

氣候模型還無法看到龍捲風--但它們可以識別龍捲風的狀況

為了瞭解全球氣温上升將如何影響未來的氣候，科學家們使用複雜的計算機模型來描述整個地球系統，從太陽的能量流入到土壤如何反應以及中間的一切，一年到頭，一個季節到另一個季節。這些模型在全球範圍內解決了數以百萬計的方程式。每一次計算都會增加，其中需要的計算能力則遠超一台台式電腦所能處理的。

為了預測地球的氣候到本世紀末將如何變化，目前研究人員們不得不使用一個廣泛的尺度。想想看，這就像相機上的變焦功能，看着遠處的山--你可以看到森林，但個別的樹卻很難看出來，並且由於其中一棵樹上的松果太小，即使把圖像放大也看不到。對於氣候模型，物體越小就越難看到。

龍捲風和造成龍捲風的嚴重風暴遠遠低於氣候模型所能預測的典型規模。

相反，人們可以做的是看看使龍捲風形成的條件成熟的大規模成分。

嚴重風暴的兩個關鍵成分是：（1）由温暖、潮濕的空氣驅動的能量，它們會促進強大的上升氣流，以及（2）改變風速和風向--被稱為風切變，這使風暴變得更強和更持久。第三個成分更難確定，它是使風暴形成的觸發因素，如一個真正的熱天或可能是一個冷鋒。如果沒有這個成分，並不是每個有利的環境都會導致嚴重的風暴或龍捲風，但前兩個條件仍會使嚴重的風暴更有可能發生。

通過使用這些成分來描述形成嚴重風暴和龍捲風的可能性，氣候模型可以告訴我們一些關於變化的風險。

風暴條件可能如何變化

美國的氣候模型預測表明，等到21世紀末，嚴重風暴的有利成分的總體可能性將增加。主要原因是氣温變暖及大氣中水分的增加，這些都增加了強烈上升氣流的可能性。

全球氣温的上升正在推動我們傳統上認為很少產生惡劣天氣的季節發生重大變化。秋季、冬季和早春暖濕空氣的強勁增長意味着將有更多的日子擁有有利的嚴重雷暴環境--而當這些風暴發生時它們有可能具有更大的強度。

研究展示頻率和強度的情況

在較小的區域，研究人員們可以模擬這些未來氣候下的雷暴，這使得人們更接近於回答是否會形成嚴重風暴這樣的問題。一些研究已經模擬了強烈風暴頻率的變化從而能更好地瞭解環境的這種變化。

在過去的幾十年裏，我們已經看到了證據，即在較冷的季節，條件更有利於嚴重的風暴，而夏季形成風暴的可能性則正在減少。

對於龍捲風，事情則變得更加棘手。即使在對第二天的預測準確無誤的情況下，也無法保證龍捲風就會形成。在一個有利的環境中產生的風暴中只有一小部分會產生龍捲風。

一些模擬已經探索瞭如果龍捲風爆發或產生龍捲風的風暴發生在不同的全球變暖水平上會發生什麼。預測表明，儘管加強的程度比我們從可用能量的增加中可能預期的要小，但隨着全球氣温的上升，更強的、會產生龍捲風的風暴可能會有更高的發生幾率。

氣候變暖1度的影響

我們所知道的關於氣候變暖如何影響嚴重風暴和龍捲風的大部分是區域性的，主要是在美國。並非全球所有地區都會以同樣的速度看到嚴重風暴環境的變化。

在最近的一項研究中，Allen及其同事發現，嚴重風暴環境的增長速度在北半球將更大且在高緯度地區增長更多。在美國，Allen他們的研究表明，氣温每上升1攝氏度，春季、秋季和冬季的有利環境就可能增加14-25%，其中冬季的增幅最大。這主要是由温度升高導致的可用能量增加所驅動。不過要注意的是，這是指的有利環境不一定就是龍捲風。

這對12月的龍捲風有什麼意義？

要回答氣候變化是否影響了2021年12月爆發的龍捲風的可能性或強度仍很難將任何像這樣的單一事件歸因於氣候變化。像厄爾尼諾-南方濤動這樣的短期影響因素也可能會讓情況複雜化。

當然，有一些信號指向了一個更暴風雨的未來，但這對龍捲風的表現是一個開放的研究領域。