为什么龙卷风仍然难以预测——尽管风暴预测正在改善

气象学家 开始警告恶劣天气 有可能发生龙卷风 几天前 风暴席卷而来 东南部 和 美国中部 2023 年 3 月下旬。在某一时刻， 超过2800万人 处于 龙卷风手表. 。但要准确指出龙卷风将在哪里着陆——就像袭击的龙卷风一样 密西西比州滚叉, ，3月24日，以及城镇 阿肯色州, 伊利诺伊州 和 其他多个州 3 月 31 日——仍然很大程度上依赖于通过雷达观察风暴的发展情况。 克里斯·诺沃塔斯基, 一位大气科学家解释了原因以及预报技术如何改进。

为什么龙卷风的预测仍然如此困难？

气象学家在预测龙卷风更有可能发生的情况方面已经有了很大的进步。但准确预测哪些雷暴会产生龙卷风以及何时产生龙卷风比较困难，而这正是当今许多恶劣天气研究的重点。

通常，在看起来有利于龙卷风的环境中会出现一系列雷暴，其中一场风暴可能会产生龙卷风，但其他风暴则不会。

它们之间的差异可能是由于气象变量的微小差异造成的，而我们当前的观测网络或计算机模型无法解决这些差异。甚至地表条件（田野、森林地区或城市环境）的变化也可能影响龙卷风的形成。风暴环境中的这些微小变化可能会对风暴内产生或破坏龙卷风的过程产生巨大影响。

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, ，这就是风在大气中随高度改变方向或速度的方式。

风切变如何与风暴中被雨水冷却的空气（我们称之为“流出”）相互作用，以及降水蒸发量会影响龙卷风是否形成。如果你经历过雷暴天气，你就会知道，在下雨之前，你经常会从风暴中吹出一阵冷空气。冷空气流出的特征对于龙卷风能否形成很重要，因为龙卷风通常形成于风暴中较冷的部分。

您可以提前多长时间知道龙卷风是否可能很大且威力很大？

绝大多数猛烈龙卷风是由 超级细胞, ，带有深层旋转上升气流的雷暴，称为“中气旋”。垂直风切变可以使风暴的中层旋转，而中气旋的向上吸力可以增强风暴流出物中的旋转，形成龙卷风。

如果雷达上有一个超级单元，并且它在地面上方有强烈的旋转，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。

预报员还会关注风暴的环境条件——温度、湿度和风切变。这些提供了更多线索，表明风暴可能会产生严重的龙卷风。

龙卷风发生的百分比 触发警告 近几十年来有所增加，因为 多普勒雷达, ，改进了建模并更好地了解风暴环境。关于 87% 的致命龙卷风 2003年至2017年有预警。

警告的提前时间也有所改善。一般来说，是 约10至15分钟 现在。这足够时间到达你的地下室，或者，如果你在拖车停车场或外面，找到一个安全的设施。并非每次风暴都会有那么长的准备时间，因此快速到达避难所非常重要。

研究人员今天对龙卷风有何发现可以帮助保护未来的生命？

如果你回想一下 电影《龙卷风》，”在 20 世纪 90 年代初期，我们开始对龙卷风进行更多的实地工作。我们将雷达装在卡车上，并将装有车顶仪器的车辆驾驶到暴风雨中。那时我们才真正开始认识到所谓的风暴规模过程——风暴本身内部的条件，外流温度和湿度的变化如何影响龙卷风的可能性。

不过，科学家无法发射气象气球或向每次风暴发送仪器。因此，我们还使用计算机来模拟风暴，以了解内部发生的情况。通常，我们会运行多个模型，称为集成。例如，如果十分之九的模型产生龙卷风，我们就知道风暴很有可能产生龙卷风。

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警报，称为 预报警告, ，以增加龙卷风警报的提前时间。

还有很多其他领域的研究。例如，为了更好地了解风暴是如何形成的， 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的更改，以了解这如何改变风暴本身的物理特性。

风暴追逐中也有新的工具。无人机的使用呈爆炸式增长——科学家们正在将传感器安装到无人机中， 使它们靠近 有时会陷入风暴。

龙卷风研究的重点也从大平原——传统的“龙卷风巷”—— 向东南.

东南部的龙卷风有何不同？

与大平原相比，东南部地区对风暴的影响有些不同。东南部有更多的树木和更多样化的地形，而且由于靠近墨西哥湾，大气中的水分也更多。往往有 更多死亡人数 东南部也有，因为 更多龙卷风在夜间形成.

我们倾向于在东南部看到更多的龙卷风，这些龙卷风呈雷暴线，被称为“准线性对流系统”。这些风暴中导致龙卷风的过程可能有所不同，科学家们正在对此进行更多了解。

一些研究还建议开始 气候变化 龙卷风向东南方袭来。不过，很难将风暴的增加与发现更多龙卷风的更好技术联系起来。因此，需要更多的研究。

本文更新于 2023 年 3 月 31 日，内容涉及阿肯色州和美国中部的龙卷风。