Почему торнадо по-прежнему сложно прогнозировать, даже несмотря на улучшение прогнозов штормов

Когда смертоносный торнадо 24 марта 2023 года двигался в сторону города Роллинг-Форк в штате Миссисипи, прогнозисты наблюдали за развитием шторма на радаре и выпустили редкое предупреждение о «чрезвычайной торнадной ситуации». Центры прогнозирования погоды и прогнозирования штормов NOAA (Национального управления океанических и атмосферных исследований США) предупреждали о риске суровой погоды в регионе за несколько дней. Однако, хотя синоптики могут заранее видеть признаки возможных торнадо, прогнозирование времени и места их образования по-прежнему крайне сложно.

Почему торнадо всё ещё так сложно прогнозировать?

Метеорологи стали намного лучше прогнозировать условия, повышающие вероятность торнадо. Но предсказать, какие именно грозы породят торнадо и когда, сложнее, и именно на этом сегодня сосредоточено множество исследований экстремальных погодных явлений. Часто в благоприятной для торнадо среде возникает линия гроз, и только один шторм может произвести торнадо, а другие — нет.

Различия между ними могут быть обусловлены небольшими отклонениями метеорологических переменных, таких как температура. Даже изменения условий земной поверхности — поля, лесистые районы или городская среда — могут повлиять на образование торнадо. Эти небольшие изменения в штормовой среде могут иметь большое влияние на процессы внутри штормов, которые могут либо создать, либо разрушить торнадо. Одним из сильнейших предикторов того, произведет ли гроза торнадо, является вертикальный сдвиг ветра — изменение направления или скорости ветра с высотой в атмосфере.

Взаимодействие сдвига ветра с охлажденным дождем воздухом внутри штормов, который называют «оттоком», и количество испаряющихся осадков могут влиять на формирование торнадо. Характеристики этого холодного воздушного оттока важны, потому что торнадо обычно образуются в более прохладной части шторма.

Как далеко заранее можно узнать, будет ли торнадо крупным и мощным?

Это сложно. Радар по-прежнему является нашим главным инструментом для определения момента выпуска предупреждения о торнадо, что означает его неизбежность в районе и необходимость укрытия. Подавляющее большинство мощных торнадо образуются из суперъячеек — гроз с глубоким вращающимся восходящим потоком, называемым «мезоциклоном». Вертикальный сдвиг ветра может вызвать вращение средних уровней шторма, а восходящая тяга этого мезоциклона способна усилить вращение в пределах оттока шторма, превратив его в торнадо.

Наличие суперъячейки с сильным вращением над землей часто является предвестником торнадо. Некоторые исследования показывают, что более широкий мезоциклон с большей вероятностью создаст более сильный и долгоживущий торнадо. Прогнозисты также анализируют условия окружающей среды шторма — температуру, влажность и сдвиг ветра, что дает дополнительные подсказки о вероятности возникновения значительного торнадо.

Доля торнадо, по которым выпускается предупреждение, увеличилась за последние десятилетия благодаря доплеровскому радару, улучшенному моделированию и лучшему пониманию штормовой среды. Около 87% смертоносных торнадо в период с 2003 по 2017 год имели заблаговременное предупреждение. Увеличилось и время упреждения предупреждений. В целом сейчас оно составляет около 10–15 минут, что достаточно, чтобы добраться до укрытия.

Что сегодня исследуют учёные, чтобы помочь защитить жизни в будущем?

Сегодня для понимания процессов внутри шторма активно используются компьютерные модели, часто запускаемые в виде ансамблей. Например, если девять из десяти моделей показывают торнадо, высока вероятность, что шторм его произведет. Национальная лаборатория сильных штормов недавно экспериментировала с предупреждениями о торнадо на основе таких моделей (проект Warn-on-Forecast), чтобы увеличить время упреждения.

Областей исследований много. Например, для лучшего понимания формирования штормов используется идеализированное компьютерное моделирование с упрощенной средой. Также появляются новые инструменты: ученые активно используют дроны, оснащенные датчиками, для полетов близко к штормам и иногда внутрь них.

Фокус исследований торнадо также сместился с Великих равнин (традиционной «аллеи торнадо») на юго-восток США.

Что отличает торнадо на юго-востоке?

На юго-востоке на штормы влияют иные факторы по сравнению с Великими равнинами: больше деревьев, более разнообразный рельеф, а также больше влаги в атмосфере из-за близости Мексиканского залива. Там также, как правило, больше жертв, потому что больше торнадо формируется ночью. В этом регионе чаще наблюдаются торнадо в линиях гроз, называемых «квази-линейными конвективными системами». Процессы, ведущие к торнадо в таких штормах, могут быть иными, и ученые активно их изучают. Некоторые исследования также указывают на начало климатологического смещения торнадо в сторону юго-востока, хотя для подтверждения этого тренда требуется больше данных.