地球科学家研究美国为什么有这么多龙卷风。来源：uux.cn/Unsplash/CC0公共域

（神秘的地球uux.cn）据普渡大学：在中西部温暖的月份，研究天空中风暴和龙卷风的迹象成为最受欢迎的消遣之一。

普渡大学科学学院地球、大气和行星科学系副教授Dan Chavas更进一步：他每天整天都在研究龙卷风产生的原因。在气候科学和气象学的交叉点上，他着眼于严重风暴和龙卷风的原因，以及它们发生的地点。

“我研究气候和极端天气，”查瓦斯说。我的研究问道：“为什么我们会有严重的雷暴或龙卷风？”？“地球上有一些特定的地区比其他地方有更多的风暴和龙卷风。是什么造成了这些风暴地区？”

美国中部和东部地区是严重雷暴的高发地区之一，也是地球上最具破坏性和最频繁的龙卷风的热点。Chavas使用真实世界的计算机模型进行实验，以确定是什么促成了这些风暴的形成。

他说：“我们对风暴的成因有着几十年的假设。”。“我们正在验证这些假设，并找出是什么让北美成为如此热门的地区。”

查瓦斯不是一个追逐风暴的人。他并没有坐在一辆顶着卫星电线的气象车里，寻找个别风暴可能产生的见解。他也不能在实验室里制造风暴，也不能释放龙卷风来了解它们的解剖结构或行为。

相反，他利用数十年丰富、详细的历史数据和复杂的计算机模型来想象和测试假设情景。他是风暴测试者。

“我们使用天气和气候模型，以及雷暴、雷击、大气数据等广泛的数据库，来问：“如果世界不同了怎么办？”Chavas说：“我们可以把这些模型用作实验室，问一些问题，比如‘如果你把落基山脉夷为平地，天气会怎么样？’？如果你填墨西哥湾怎么办？现代大陆和山脉配置的哪些方面真正重要？让我们来检验一下这种普遍的、传统的智慧"

这两个假设――拉平落基山脉和填充墨西哥湾――都是Chavas和他的团队进行的研究的重点。

50多年来，公认的观点认为，墨西哥湾是洛基山脉东部内陆流动的温暖潮湿空气的来源，在北美龙卷风的形成中发挥着重要作用。但没有人确切知道。

“这是一个非常合理的假设，”Chavas说。“有很多非常合理的解释。但没有人能够测试这些50年前的想法，因为它们是在没有具有必要计算能力的气候模型的时候产生的。现在我们可以真正开始了解这种情况的物理原理了。”

当他的团队几乎用陆地填满墨西哥湾时，他们发现干燥的墨西哥湾对风暴频率和严重程度的影响远小于他们的预期。在没有墨西哥湾的情况下，强烈的雷暴从大平原中部向东转移到伊利诺伊州，尽管德克萨斯州南部的雷暴有所减少。

Chavas说：“严重的雷暴和龙卷风是在具有特定成分的环境中形成的，这些成分决定了温度、湿度，尤其是风速和风向如何随着大气高度的变化而变化。”。

“气候决定了在哪里以及何时可以找到这些成分，从而产生这些类型的风暴。计算机模型让我们了解了这些成分为什么会出现在那里，以及它们在我们看到的天气中发挥了什么作用。”

在他与研究生李福宁的最新研究中，该团队将以龙卷风闻名的北美和地理位置与北美相似的南美洲的恶劣天气潜力进行了比较，南美洲也有许多严重雷暴，但龙卷风要少得多。

他们发现，安第斯山脉以东陆地表面的粗糙纹理，其粗糙度部分由亚马逊地区的山丘和高大树木决定，可能在防止南美洲中部发生龙卷风方面发挥了重要作用。相比之下，在北美，许多龙卷风在落基山脉以东形成，空气从墨西哥湾平滑得多的海面流入。

该团队首先使用了气候模型实验，在该实验中，南美洲赤道被平滑成类似于海洋表面，这大大增加了南美洲中部龙卷风的可能性。他们还进行了实验，将墨西哥湾地区粗糙化，使其类似于森林地表，这有力地抑制了北美龙卷风的可能性。

Chavas说：“上游的粗糙表面意味着下游的风不再随着表面附近高度的强烈变化而改变速度和方向，我们称之为‘风切变’。”。“这不会改变严重雷暴的成分，但地面上方1公里空气中的风切变是龙卷风的关键成分。”

真实的天气和现实世界的应用程序让Chavas着迷，这是在他4岁时威斯康星州一棵被风暴撕裂的树倒在他的房子上后产生的。

他的研究对现实世界的影响――下周、下个月、明年和下个世纪的天气会是什么样子――是他前进的动力。

Chavas说：“如果我们想了解气候变化将如何影响未来的天气，我们首先需要了解气候是如何决定天气的。”。“我们对气候如何控制我们所面临的恶劣天气没有很好的了解。”

例如，了解地表粗糙度和土地利用如何改变天气，可能使未来的人类能够更好地预测――甚至部分影响――天气模式。如果亚马逊的崎岖土地，包括亚马逊树木的一部分，保护南美洲免受龙卷风的侵袭，那么美国东部森林的再生也会影响龙卷风吗？

Chavas说，气候变化会影响大气的流动模式和陆地上的水分分布。

“如果我们改变陆地表面和从墨西哥湾向内陆流动的空气的轨迹，可能会对这些导致内陆龙卷风的因素产生直接影响。当我们想到气候变化时，我们会想到它越来越热，土地越来越干燥。

他说：“但如果急流改变了空气向内陆流动的地点和速度，就会改变龙卷风形成的地点和方式。以前没有看到龙卷风的地方可能会看到更多龙卷风，而看到更多龙卷风的地方则可能会看到更少龙卷风。”。“我们现在需要了解天气，以帮助我们更好地预测未来的天气。”