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关于龙卷风如何形成以及气候变化如何使它们更强大的令人惊讶的发现

星期二发生非常罕见且强烈的十二月科学家们比以往任何时候都更多地了解龙卷风是如何形成的,以及为什么它们似乎变得越来越强大。 其中一项研究表明,你的眼睛在欺骗你 - 龙卷风不会从云层中掉落下来。 事实上,根据美国地球物理联盟会议上提出的一项新 ,它可能正好相反。

尽管每年春天都有成千上万的科学家和风暴追逐者在龙卷风巷上降落,但龙卷风如何形成的确切机制尚不完全清楚。 即使是看似基本的东西,漏斗从地面生长还是从云层中掉落,仍然存在争议。

在这项研究中,Jana Houser博士及其团队截获了四次龙卷风。 他们使用了一种特殊的移动快速扫描多普勒雷达,它每15-30秒返回一次数据,而不是每隔几分钟就像更传统的陆基雷达一样。 从云层和地面射穿雷达光束穿过柱的深度,使它们能够精确定位旋转首先出现的位置。

最值得注意的拦截是2013年5月袭击俄克拉荷马州El Reno的臭名昭着的致命龙卷风。那天,一大群科学家和风暴追逐者正好在风暴的路径上,提供了大量的目击者和摄影,视频和技术证据。 关于龙卷风如何形成的更全面的分析 - 科学家称之为龙卷风发生过程 - “以前从未获得过,在龙卷风形成的故事中提供了一个缺失的环节: 与龙卷风有关的旋转首先清楚地出现在表面, ”研究人员报道

事实证明,在所有四个案例中,该团队分析说,没有一个龙卷风从上到下形成。 有明显证据表明旋转首先出现在地面附近,或者旋转同时发生在整个柱子上。

Houser很快指出,自下而上形成的龙卷风理论并不新鲜。 在这种情况下有所不同的是,科学家现在拥有高分辨率的快速扫描数据以供支持。

这并不是说所有龙卷风都是从头开始形成的,但很多人都是这样做的。 Houser说:“虽然肯定有多种方法可以获得龙卷风(我们知道这已经是真的了),但我相信自上而下的过程并不是大多数情况下实际发生的事情。”

自下而上形成的龙卷风与我们的视觉感知不一致的事实并没有在Houser上丢失。 “我看到有很多关于这项工作的批评是基于人们在观看漏斗云时用眼睛看到的东西,”她说。

看起来很明显:龙卷风看起来像是从云层中掉落下来的。 但这是一种幻觉。 原因很简单。 空气是看不见的。 您可以看到旋转漏斗的唯一方法是循环被污垢,碎片或冷凝水照亮。 在地面附近,龙卷风开始时旋转的污垢很少(如果有的话)。 你还看不到它。

在云底,水分和湿度凝结成可见的云滴; 这就是你看到云的原因。 当龙卷风形成时,它开始冷却并将湿气浓缩成可见的云滴,进一步沿着龙卷风漏斗向下凝结。 因此看起来龙卷风正在向下移动。 实际上,旋转漏斗已经存在 - 你只是看不到它,直到从上面的水滴和下面的污垢笼罩龙卷风。

Leigh Orf博士是威斯康星大学麦迪逊分校的龙卷风研究员和建模师。 他一般同意Houser的结果。 “她的发现非常引人注目;在研究雷达上看到旋转之前很久就会看到一个可见的凝结漏斗与地面相交。” Orf补充道,“我不相信龙卷风漩涡'蛇从上面向下朝向地面' - 它们更可能是沿着它们的长度瞬间形成的”

奥尔夫说,即使有了所有这些高分辨率的数据和研究,基本的谜团仍然存在,“我不会以任何方式说这种观察'解决'龙卷风发生'。”

在发布的 ,Orf使用令人惊叹的计算机模拟来演示行动中的龙卷风。

龙卷风和气候变化

随着气候变暖,出现更多神秘事物。 在最近发表在开放科学框架网站的一项中佛罗里达州立大学的发现龙卷风正变得越来越强大。 龙卷风的增加是显着的:从1994年到2016年每年增长5.5%。这一发现得到了风暴报告的支持,这些报告显示龙卷风从更长和更宽的路径上升的趋势和更高的伤害等级。

Elsner和他的团队使用统计模型得出龙卷风能量,同时考虑到每天的24小时周期,季节性,自然气候变化以及2007年转换到新的损害规模。

在他的论文中,Elsner指出,每年强烈和暴力的龙卷风( 或更差)的数量每年都保持相对一致。 然而,许多龙卷风大爆发的天数正在增加。 大龙卷风日数的增加意味着更大的龙卷风威胁,因为在那些较大的爆发日中暴力龙卷风(EF4或更差)的比例增加。

Elsner认为,这种功率增加的原因在于增加的热量和湿度的组合,称为对流可用势能(CAPE),与风切变的增加同时发生。 风切变是指风随高度改变速度和/或方向。 通常更多的剪切有助于支撑龙卷风。 简单地说,当热量,湿度和不稳定的上层风结合时,你会得到更强的龙卷风。

由于Elsner的研究仅限于22年,CBS新闻询问他这种能量增加是否可能是由于大西洋或太平洋的已知自然振荡(周期)或可能是罪魁祸首。 埃尔斯纳说:“我们还不能确定这是一个与气候变化或低频振荡相关的长期趋势。”

进一步探讨,Elsner发现风切变在许多龙卷风的日子里都在增加,但一般不会在几天内增加。 所以看来在任何一天龙卷风形成的倾向都没有上升。 但龙卷风日的情况比以前更加严峻。 换句话说,极端的日子变得更加极端。

埃尔斯纳认为更有利的条件可能是由于“更加波动”的急流。 喷射流是中高层大气中快速移动的空气流,引导着风暴系统。 这个想法是,由于气候变化,北极迅速变暖,导致极地和中纬度地区之间的温度对比降低。 这导致一年中某些时间的较慢的喷射流,更可能漂移。

这种波浪是过去几年气候变化研究的热门话题。 更加波动的射流(更多波动)的概念源于Jennifer Francis博士在2015年的工作 。从那时起,有许多支持这种“波浪”喷射流概念。

作为一名气候专家,弗朗西斯不是龙卷风动力学专家,但她看到波浪喷流如何导致更强大的龙卷风。 弗朗西斯说:“有意义的是,较为汹涌的急流将带来更多对比的气团接触,这是可能有利于龙卷风活动的一个因素。较大的喷流波浪也可能意味着更长时间的有利于龙卷风形成的成分“。

还有另外一个证据可以帮助解释龙卷风力量的这种上升。 由于龙卷风在充满热量和湿度的环境中形成,因此转移到更潮湿的区域将提供额外的能量。 这种转变似乎正在发生。 最近由Victor Gensini博士共同撰写的一项显示从美国较干燥的平原州向更潮湿的东南部地区 这个区域通向墨西哥湾温暖潮湿的空气,这是近几十年来一直的水体。

艾尔斯纳说:“我确实认为向东南方向转移的活动可以解释一些上升趋势,但这并不是整个故事,因为在统计控制这种转变之后,我们看到了上升趋势。”

正如Gensini在10月份对哥伦比亚广播公司新闻报道的那样,“气候变化导致这种向东转变并不是一个大的跳跃。假设和计算机模拟支持我们所观察到的以及我们对未来的预期。”

无论龙卷风电力的增加是什么原因,假设它仍在继续,龙卷风区内建造的建筑物将不易受到更大的力量的影响。