Hvad en opvarmende verden betyder for dødbringende twisters og den type storme, der afføder dem

Det dødelige tornado-udbrud, der rev gennem samfund fra Arkansas til Illinois natten mellem den 10. og 11. december 2021, var så usædvanligt i sin varighed og styrke, især for december, at mange mennesker, inklusive den amerikanske præsident, spørger, hvilken rolle klimaændringer kunne have spillet - og om tornadoer bliver mere almindelige i en opvarmende verden.

Begge spørgsmål er lettere stillet end besvaret, men forskning giver nye spor.

Jeg er en atmosfærisk videnskabsmand, der studerer alvorlige konvektionsstorme som tornadoer og indflydelsen af ​​klimaændringer. Her er, hvad videnskabelig forskning viser indtil videre.

Klimamodeller kan endnu ikke se tornadoer – men de kan genkende tornadoforhold

For at forstå, hvordan stigende globale temperaturer vil påvirke klimaet i fremtiden, bruger forskere komplekse computermodeller, der karakteriserer hele jordsystemet, fra Solens energi, der strømmer ind til, hvordan jorden reagerer og alt derimellem, år til år og årstid til sæson. Disse modeller løser millioner af ligninger på globalt plan. Hver beregning lægger op, og kræver langt mere computerkraft, end en stationær computer kan klare.

For at fremskrive, hvordan Jordens klima vil ændre sig gennem slutningen af ​​århundredet, er vi i øjeblikket nødt til at bruge en bred skala. Tænk på det som zoomfunktionen på et kamera, der ser på et fjernt bjerg. Du kan se skoven, men individuelle træer er sværere at skelne, og en fyrrekogle i et af disse træer er for lille til at se, selv når du sprænger billedet i luften. Med klimamodeller, jo mindre objektet er, jo sværere er det at se.

Tornadoer og de voldsomme storme, der skaber dem, er langt under den typiske skala, som klimamodeller kan forudsige.

Det, vi kan gøre i stedet, er at se på de store ingredienser, der gør betingelserne modne for, at tornadoer kan dannes.

To nøgleingredienser til kraftige storme er (1) energi drevet af varm, fugtig luft, der fremmer stærke opstrømninger, og (2) ændring af vindhastighed og -retning, kendt som vindskydning, som tillader storme at blive stærkere og længere levetid. En tredje ingrediens, som er sværere at identificere, er en trigger til at få storme til at danne sig, såsom en rigtig varm dag eller måske en koldfront. Uden denne ingrediens fører ikke alle gunstige omgivelser til alvorlige storme eller tornadoer, men de to første forhold gør stadig alvorlige storme mere sandsynlige.

Ved at bruge disse ingredienser til at karakterisere sandsynligheden for, at alvorlige storme og tornadoer dannes, kan klimamodeller fortælle os noget om den ændrede risiko.

Hvordan stormforholdene sandsynligvis vil ændre sig

Klimamodelfremskrivninger for USA tyder på, at den samlede sandsynlighed for gunstige ingredienser til alvorlige storme vil stige i slutningen af ​​det 21. århundrede. Hovedårsagen er, at opvarmning af temperaturer ledsaget af stigende fugt i atmosfæren øger potentialet for kraftige opstrømninger.

Stigende globale temperaturer driver markante ændringer for årstider, som vi traditionelt opfatter som sjældent at producere hårdt vejr. Stærkere stigninger i varm fugtig luft i efteråret, vinteren og det tidlige forår betyder, at der vil være flere dage med gunstige miljøer med alvorlige tordenvejr - og når disse storme opstår, har de potentiale for større intensitet.

Hvad viser undersøgelser om frekvens og intensitet

Over mindre områder kan vi simulere tordenvejr i disse fremtidige klimaer, hvilket får os tættere på at svare på, om der vil dannes voldsomme storme. Adskillige undersøgelser har modelleret ændringer i hyppigheden af ​​intense storme for bedre at forstå denne ændring af miljøet.

Vi har allerede i de seneste årtier set tegn på skift mod forhold, der er mere gunstige for alvorlige storme i de køligere årstider, mens sandsynligheden for, at der dannes storme om sommeren, er faldende.

For tornadoer bliver tingene sværere. Selv i en ellers spot-on vejrudsigt for den næste dag, er der ingen garanti for, at der vil dannes en tornado. Kun en lille del af stormene produceret i et gunstigt miljø vil overhovedet producere en tornado.

Adskillige simuleringer har undersøgt, hvad der ville ske, hvis et tornado-udbrud eller en tornado-producerende storm opstod på forskellige niveauer af global opvarmning. Fremskrivninger tyder på, at stærkere, tornadoproducerende storme kan være mere sandsynlige, når de globale temperaturer stiger, selvom de styrkes mindre, end vi kunne forvente af stigningen i tilgængelig energi.

Konsekvensen af ​​1 grads opvarmning

Meget af det, vi ved om, hvordan et opvarmende klima påvirker alvorlige storme og tornadoer, er regionalt, primært i USA. Ikke alle regioner rundt om på kloden vil opleve ændringer i alvorlige stormmiljøer med samme hastighed.

I en nylig undersøgelse fandt kolleger og jeg, at stigningshastigheden i alvorlige stormmiljøer vil være større på den nordlige halvkugle, og at den stiger mere på højere breddegrader. I USA tyder vores forskning på, at for hver 1 grad Celsius (1,8 F), som temperaturerne stiger, er en stigning på 14-25 % i gunstige miljøer sandsynligvis i forår, efterår og vinter, med den største stigning om vinteren. Dette er primært drevet af den stigende energi, der er tilgængelig på grund af højere temperaturer. Husk på, at det her handler om gunstige miljøer, ikke nødvendigvis tornadoer.

Hvad siger det om decembers tornadoer?

For at svare på, om klimaændringer påvirkede sandsynligheden for eller intensiteten af ​​tornadoer i udbruddet i december 2021, er det stadig vanskeligt at tilskrive en enkelt begivenhed som denne til klimaændringer. Kortsigtede påvirkninger som El Niño-Sydlige Oscillation kan også komplicere billedet.

Der er bestemt signaler, der peger i retning af en mere stormende fremtid, men hvordan dette manifesterer sig for tornadoer er et åbent forskningsområde.