Verwendung von Supercomputern zur Untersuchung der tödlichsten und zerstörerischsten Tornados

Verwendung von Supercomputern zur Untersuchung der tödlichsten und zerstörerischsten Tornados

Nach einer engen Begegnung mit einem Tornado als Kind war Leigh Orf von Stürmen besessen und arbeitet jetzt als Wissenschaftlerin, die die tödlichsten und zerstörerischsten Tornados der Welt mit Supercomputern untersucht.

Als ich fünf Jahre alt war, wurde das Haus meiner Familie vom Blitz getroffen, und ein paar Jahre später kam ein F4-Tornado unserem Haus sehr nahe, sagte Orf gegenüber Newsweek. Diese Ereignisse haben unauslöschliche Spuren hinterlassen.

Der Wissenschaftler schaut mit Supercomputern in die stärksten Superzellen und Tornados, die EF4 oder EF5 auf der Enhanced Fujita-Skala registrieren. Seit 1950 wurden die Vereinigten Staaten von 59 EF5-Stürmen heimgesucht, von denen der tödlichste der Joplin-Tornado in Missouri im Jahr 2011 war, der 158 Menschen tötete.



Mit bisher 420 bestätigten Tornados in den Vereinigten Staaten im Jahr 2022 hat die Saison einen starken Start hingelegt. Im laufenden Jahr wurde das Land im März von einer Rekordzahl von Tornados heimgesucht, und im April wurden mehrere Bundesstaaten verwüstet.

Wissenschaftler haben ihre Fähigkeit verbessert, vorherzusagen, wann und wo Superzellen-Tornados zuschlagen werden. [Dies sind] Elternstürme, die die heftigsten Tornados erzeugen, sagte Christopher Weiss, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Texas Tech University, zuvor gegenüber Newsweek. Diese Superzellenstürme haben eine starke Rotation im Ausmaß des Sturms selbst, der als Mesozyklon bezeichnet wird und im Durchschnitt einen Durchmesser von etwa fünf Meilen misst.

Die Verbindung zwischen Mesozyklon und Tornadoproduktion bleibt jedoch ein Rätsel. Tornados werden nicht von der überwiegenden Mehrheit der Superzellen erzeugt.

„Riesiger rotierender Aufwind“

Eine Superzelle ist ein Gewitter mit einem großen rotierenden Aufwind, der lange anhält.

Laut Orf von der University of Wisconsin-Madison treten sie nur unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen auf. Sie brauchen viel Feuchtigkeit, viel Instabilität in der Atmosphäre und viel Windscherung. Unter allen Gewitterarten erzeugen Superzellen die heftigsten Tornados. Der Sturm, der Mаyfield, Kentucky, im Dezember 2021 heimsuchte, war ein jüngstes Beispiel für eine gewalttätige Superzelle.

Orfs Forschung beinhaltet die Simulation dieser gewaltigen Tornados, um herauszufinden, wodurch sie entstehen und was passiert, wenn sie ihr volles Potenzial erreicht haben. Schwache, nicht tornadische Wirbel häufen sich an einer Stelle unter einem sehr starken Aufwind an, sagte er, und dann bilden sich die heftigsten Tornados.

Es ist eine Vortex-Party und alle sind eingeladen, sagt Orf in einem Video, das eine Simulation einer Tornado-Bildung zeigt.

Tornado

Es scheint, dass das räumliche Nebeneinander bestimmter Sturmmerkmale sowie der Zeitpunkt der Ereignisse innerhalb des Sturms der Schlüssel zur Bildung eines Tornados sind, sagte er gegenüber Newsweek. Vertikale Wirbel müssen in der Nähe des Aufwinds existieren, und dies muss zu einer Zeit geschehen, wenn der Aufwind sehr stark ist – dies hilft bei der Konsolidierung bereits bestehender Cluster mit schwacher Rotation zu einem Tornado.

Und die Faktoren, die dazu beitragen, den Aufwind sehr stark zu machen, haben mit dem „Geschmack der Luft“ zu tun, das der Aufwind des Sturms aufnimmt – er muss kühl, aber nicht zu kalt sein, und er muss eine signifikante horizontale Drehung enthalten, was ist teilweise eine Funktion der Umgebung, in der sich der Sturm gebildet hat, sowie der lokalen Umgebung, die durch den Sturm selbst gebildet wurde, sagt der Autor.

Ihm zufolge kann sich der Tornado aufgrund eines extrem starken Aufwinds verstärken, der immer die richtige Art von Luft einsaugt. Wenn sich ein Tornado zu weit in die regnerische, kühle Luft bewegt, die vom Sturm erzeugt wird, verliert er den Kontakt mit dem starken Aufwind, der ihn zerstreut hat.

Tornados tauchen in Orfs Simulationen auf, wobei unterschiedliche Farben verschiedene Luftströme anzeigen, die nach oben und in den Sturm gezogen werden. Der Tornado fegt in der Animation über den Boden, nachdem er sich gebildet hat.

Während Experten besser darin geworden sind, vorherzusagen, wo Tornado-erzeugende Stürme im wirklichen Leben zuschlagen werden, können sie immer noch nicht vorhersagen, welchen Weg sie nehmen oder wie stark sie werden, sobald sie sich bilden. Sobald der Tornado am Boden gesehen wurde, kann ein allgemeiner Weg abgeschätzt werden.

Ein wesentlicher Fokus liegt ein bis zwei Stunden im Voraus auf der Vorhersage des Verhaltens von Superzellen und Tornados, sagte Orf. Es gibt viele Hürden zu überwinden. Gute Beobachtungsdaten sind erforderlich, um unsere Wettermodelle zu initialisieren. Leider reicht die Technologie zur genauen Probennahme großer Volumen der Atmosphäre immer noch nicht aus, um unseren Modellen die Präzision zu verleihen, die sie benötigen, um extrem genaue Vorhersagen zu treffen.

Momentan werden Tornadopfadvorhersagen fast ausschließlich gemacht, nachdem ein Tornado entdeckt oder entdeckt wurde. Wir können den allgemeinen Weg eines Tornados abschätzen, indem wir uns den Bewegungsvektor des Sturms ansehen, sobald er sich gebildet hat.

Tornados nehmen jedoch nicht immer die vorhergesagten Wege.

Tornado-Kansas