以下文章經 The Conversation許可轉載，The Conversation是一家報道最新研究的線上出版物。
2021年12月10日至11日夜間，致命的龍捲風爆發席捲了從阿肯色州到伊利諾伊州的社群，其持續時間和強度都非常不尋常，特別是對於12月而言，以至於包括美國總統在內的許多人都在詢問氣候變化可能在其中扮演了什麼角色，以及龍捲風是否會在全球變暖的世界中變得更加常見。
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這兩個問題都更容易提出而不是回答，但研究正在提供新的線索。
我是一名大氣科學家，研究龍捲風等強對流風暴以及氣候變化的影響。以下是科學研究迄今為止顯示的結果。
氣候模型尚無法看到龍捲風——但它們可以識別龍捲風形成的條件
為了瞭解全球氣溫升高將如何影響未來的氣候，科學家們使用複雜的計算機模型來描述整個地球系統，從太陽輻射能量的流入到土壤的響應以及介於兩者之間的一切，逐年逐季。這些模型在全球範圍內求解數百萬個方程。每次計算都會累積起來，需要的計算能力遠遠超過臺式計算機的處理能力。
為了預測地球氣候在本世紀末將如何變化，我們目前必須使用廣闊的尺度。把它想象成相機上的變焦功能，觀察遠處的山脈。你可以看到森林，但單個樹木更難辨認，而其中一棵樹上的松果太小了，即使你放大影像也看不到。對於氣候模型來說，物體越小，就越難看到。
龍捲風和產生龍捲風的強風暴遠遠低於氣候模型可以預測的典型尺度。
我們可以做的是關注大規模的要素，這些要素使條件成熟，有利於龍捲風的形成。
強風暴的兩個關鍵要素是：（1）由溫暖潮溼的空氣驅動的能量，促進強烈的上升氣流；（2）風速和風向的變化，稱為風切變，這使得風暴變得更強和更持久。第三個要素更難識別，是引發風暴形成的觸發因素，例如非常炎熱的一天，或者可能是冷鋒。沒有這個要素，並非每個有利的環境都會導致強風暴或龍捲風，但前兩個條件仍然使強風暴更有可能發生。
透過使用這些要素來描述強風暴和龍捲風形成的可能性，氣候模型可以告訴我們一些關於風險變化的資訊。
風暴條件可能如何變化
美國的氣候模型預測表明，總體而言，有利要素的可能性 對於強風暴 將會增加 到21世紀末。主要原因是氣溫升高以及大氣中水分增加，增加了強烈上升氣流的可能性。
全球氣溫上升正在推動我們傳統上認為很少產生惡劣天氣的季節發生重大變化。秋季、冬季和早春，溫暖潮溼空氣的強烈增加意味著將會有更多天出現有利的強雷暴環境——而當這些風暴發生時，它們有可能具有更大的強度。
關於頻率和強度的研究表明
在較小的區域，我們可以模擬未來氣候中的雷暴，這使我們更接近於回答強風暴是否會形成的問題。多項研究已經模擬了變化，以瞭解環境的強烈風暴頻率變化。
我們已經看到過去幾十年中，在較冷的季節，更有利於強風暴的條件正在轉移的證據，而夏季風暴形成的可能性正在降低。
對於龍捲風來說，情況變得更加棘手。即使對第二天的預測非常準確，也不能保證龍捲風會形成。在有利環境中產生的風暴中，只有一小部分會產生龍捲風。
幾項模擬探討了如果龍捲風爆發或產生龍捲風的風暴發生在不同程度的全球變暖下會發生什麼。預測表明，隨著全球氣溫升高，更強、產生龍捲風的風暴可能會更頻繁地發生，儘管增強的幅度可能小於我們根據可用能量增加所預期的那樣。
升溫1度的影響
我們對氣候變暖如何影響強風暴和龍捲風的大部分了解都是區域性的，主要在美國。全球並非所有地區都會以相同的速度看到強風暴環境的變化。
在最近的一項研究中，我和同事發現，強風暴環境的增加速度在北半球將更快，並且在高緯度地區增加得更多。在美國，我們的研究表明，氣溫每升高 1 攝氏度（1.8 華氏度），春季、秋季和冬季有利環境可能會增加 14-25%，冬季的增幅最大。這主要是由於氣溫升高導致可用能量增加所驅動的。請記住，這是關於有利環境，而不是必然是龍捲風。
這對 12 月的龍捲風說明了什麼？
要回答氣候變化是否影響了2021 年 12 月龍捲風爆發的可能性或強度，仍然難以將像這樣的一次事件歸因於氣候變化。像厄爾尼諾-南方濤動這樣的短期影響也可能會使情況變得複雜。
當然，有一些訊號指向更暴風雨的未來，但這如何體現在龍捲風中仍然是一個開放的研究領域。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。