In de nacht van 10 op 11 december trok een reeks van krachtige tornado’s een duizend kilometer lang spoor van vernieling door delen van Arkansas, Mississippi, Missouri, Kentucky, Tennessee en Illinois. Tientallen mensen kwamen om, de schade loopt in de miljarden. Tornado’s behoren tot de meest dodelijke en schadelijke weerfenomenen op aarde. Toch blijven ze anno 2021 een mysterie – en ze zijn notoir moeilijk te voorspellen.

Op 10 december naderde een krachtig stormsysteem de centrale VS vanuit het westen. Terwijl die storm zware sneeuw en ijzel naar het koudere westen en het noorden van het middenwesten bracht, genoot het zuiden van bijna recordbrekende warmte, dankzij de warme, vochtige lucht die vanuit de Golf van Mexico naar het noorden stroomde. Wanneer warme en koude luchtmassa’s botsen, stijgt minder dichte warme lucht omhoog naar koelere niveaus van de atmosfeer. Terwijl deze warme lucht afkoelt, condenseert het vocht dat het bevat tot wolken en kunnen er stormen ontstaan.

Wanneer deze instabiliteit wordt gecombineerd met een aanzienlijke windschering – wind die op verschillende hoogten in de atmosfeer in richting en snelheid verandert – kan dit ideale omstandigheden creëren voor het optreden van sterke roterende stormen – tornado’s dus.

Van 1925 geleden

Er zouden er minstens 28 geweest zijn in de nacht van 10 op 11 december. en één daarvan heeft naar verluidt bijna 400 kilometer afgelegd door vier staten. Dat is heel erg ongebruikelijk. De meeste tornado’s blijven korte tijd op de grond en leggen korte afstanden af ​​- gemiddeld 5 à 6 kilometer. Lange en zeer lange tornado’s – tornado’s die respectievelijk ten minste 40 en 160 kilometer afleggen – zijn relatief ongewoon. Ze zijn goed voor minder dan 1 procent van alle tornado’s in de Verenigde Staten. Het vorige record voor een lange-track tornado stamt uit 1925, toen de Tri-State Tornado 350 kilometer aflegde door Missouri, Illinois en Indiana. De Quad-State Tornado, zoals de tornado van afgelopen weekend wordt genoemd, zal naar verwachting dat record breken.

Tornado’s komen relatief vaak in het centrale deel van de Verenigde Staten voor, gemiddeld zo’n duizend per jaar. Het gebied dat wel Tornado Alley genoemd wordt, van Midden-Texas tot het oosten van Nebraska en Iowa heeft er het meest mee te maken, voornamelijk in de maanden april, mei en juni.

In ons land komen ook af en toe tornado’s voor. Er is echter één groot verschil: ze zijn hier veel minder krachtig. Maar in de VS zijn tornado’s dus wel een serieus probleem en eentje dat aan het verergeren is. Door de opwarming van het klimaat vinden er steeds meer dodelijke tornado’s plaats en ze doen dat in toenemende mate in een groter gebied dan vroeger.

Directe link met opwarming van de aarde

In een recente studie omschrijft James Elsner van de Florida State University hoe tornado’s krachtiger worden. En de toename in tornadokracht is aanzienlijk: 5,4 procent per jaar van 1994 tot 2016. Zijn bevindingen worden ondersteund door officiële stormrapporten van Amerikaanse meteorologische diensten, die allemaal een opwaartse trend laten zien in de kracht van tornado’s en waaruit je ook kan afleiden dat die tornado’s steeds langere en bredere paden nemen.

Uit de studie blijkt dat er een directe link is tussen de opwarming en het aantal en de kracht van de tornado’s: een combinatie van verhoogde warmte en vochtigheid, convective available potential energy (CAPE) en een toename van windschering. Simpel gezegd: wanneer warmte, luchtvochtigheid en grillige wind op het hoogste niveau samenkomen, krijg je sterkere tornado’s.

De condities die tornado’s veroorzaken, zouden in de hand gewerkt worden door een veranderde straalstroom. Vanwege de snelle Arctische opwarming is het temperatuurverschil tussen het noorden en het zuiden kleiner geworden. Dat vermindert drukverschillen tussen de Arctische en middelste breedtegraden, en verzwakt straalstroomwinden.

En net zoals langzaam stromende rivieren doorgaans een kronkelige route volgen, neigt een langzamer stromende straalstroom ook meer te kronkelen. Grote noord-zuid-golvingen in de straalstroom genereren energie in de atmosfeer. Het is overigens datzelfde proces dat ook verantwoordelijk was voor de polar vortex die de VS eerder dit jaar trof.

Meer en heviger, maar nauwelijks vooruitgang in voorspellingen de jongste tien jaar

In de afgelopen decennia zijn tornado’s ook aan het verschuiven – ze komen relatief minder voor in Oklahoma, Texas en Kansas, de traditionele Tornado Alley, maar meer in Illinois en andere staten langs de Mississippi en verder naar het oosten.

Meer en heviger dus, maar, en dat is een bijkomend probleem, daarom niet beter te voorspellen. Integendeel. In 2011 was de gemiddelde tijd die mensen kregen voor tornadowaarschuwingen ongeveer 13 minuten. Maar nu is dat gedaald tot 8,4 minuten. Denk daar eens over na: als je minder dan negen minuten had om je voor te bereiden, wat kan je dan nog doen?

Het is niet dat we op het vlak van voorspellingen achteruit zijn gegaan – er zijn gewoon meer tornado’s. Maar echt vooruitgang is er ook niet geboekt de jongste tien jaar. Dat gebrek aan vooruitgang met tornadowaarschuwingen is frustrerend als je bedenkt hoe goed meteorologen zijn geworden in het voorspellen van ander zwaar weer, inclusief orkanen. In 2019 waren de voorspellingen van het National Hurricane Center drie dagen voor een storm nauwkeuriger dan dat voorspellingen in 1990 waren één dag op voorhand.

Waarom zijn ze zo moeilijk te voorspellen?

Waarom is het zo moeilijk te voorspellen wanneer een tornado zal toeslaan? Wetenschappers weten dat tornado’s voornamelijk ontstaan ​​uit enorme, gewelddadige supercel-onweersbuien, bijzonder hevige stormen die ronddraaien alsof het miniorkanen zijn. Deze stormen komen vooral veel voor in de midden- en zuidoostelijke delen van de Verenigde Staten, waar vochtige, warme lucht uit de Golf van Mexico samenkomt met droge lucht uit het westen en zuidwesten van de bergen. Ze zullen zich vooral in de lente en de vroege zomer vormen.

Het probleem is dat meteorologen naar twee supercel-onweersbuien kunnen kijken die identiek lijken, en slechts één ervan zal een tornado veroorzaken. Dit is ook de reden waarom het percentage valse alarmen voor tornadowaarschuwingen zo hoog is: voorspellers kunnen gewoon niet gemakkelijk zeggen wanneer een storm die eruitziet alsof hij een tornado zou kunnen veroorzaken, dat ook daadwerkelijk zal doen.

Wetenschappers begrijpen de ingrediënten die nodig zijn voor het creëren van het type supercelstormen die de meest gewelddadige tornado’s produceren. Het zijn er vier. Je hebt veel vocht in de atmosfeer nodig en veel windschering, of variaties in windsnelheid en -richting (hierdoor ontstaat een storm). Je hebt ook atmosferische instabiliteit nodig, waardoor opwaartse stromingen kunnen optreden, en een opwaartse of opwaartse beweging van lucht die de storm langs een verticale as laat draaien.

Maar wat een tornado veroorzaakt, gebeurt op veel kleinere schaal – misschien op het niveau van individuele moleculen in de atmosfeer – en wordt sterk beïnvloed door eigenaardigheden van de lokale geografie. Zelfs bomen kunnen de oppervlaktecirculatie verstoren, in tegenstelling tot grasland, en dat kan de vorming van tornado’s beïnvloeden. De atmosferische omstandigheden die een tornado in Oklahoma veroorzaken, zouden niet noodzakelijkerwijs een tornado in Alabama veroorzaken.

We weten zelfs niet eens hoe ze ontstaan

Veel stormen produceren zelfs roterende winden zonder tot een echte tornado te leiden. De vraag die meteorologen proberen op te lossen is, hoe, wanneer en waarom die roterende winden naar een punt gaan waar je de zeer smalle, intense draaikolk hebt die we een tornado noemen.

Het is mogelijk (maar contra-intuïtief) dat tornado’s zich van onder naar boven vormen. Ze zouden beginnen als een verstoring op de grond die vervolgens naar boven aansluit op de onweersbui. Een kleine werveling aan de oppervlakte zijn die, om welke reden dan ook, in contact komt met de opwaartse stroming in de onweersbui. En dan zou je een effect krijgen zoals een kunstschaatser die een pirouette doet: ze trekt haar armen naar binnen en rekt zich uit en draait sneller en sneller.

Maar het is ook mogelijk dat de tornado’s vanuit de onweerswolk neerdalen – of een combinatie van beide. De tornado lijkt zich tegelijkertijd helemaal van boven naar beneden te vormen, in één keer.

En op dit moment weten wetenschappers het gewoon niet. Waarom? Momenteel kan de weerradar gewoon geen goede glimp opvangen van de snelle condities op relatief lage hoogte die tot twisters leidt. Het lijkt erop dat de processen die bepalen of tornado’s al dan niet worden gevormd, plaatsvinden op een tijdschaal van een minuut of minder, en op slechts tientallen meters van het oppervlak, wat een heel moeilijk gebied is om met radar te scannen.

De oplossing klinkt voorlopig nog als sciencefiction

De enige manier om tornado-voorspellingen te verbeteren, zeggen onderzoekers, is om ze frontaal te confronteren. Orkaanvoorspellingen zijn de afgelopen decennia zo goed geworden omdat wetenschappers elke beweging van hen intensief hebben kunnen bestuderen. Het helpt dat ze langzamer bewegen dan tornado’s en dat ze dagenlang aanhouden. We kunnen vliegtuigen in en uit de orkaanoogmuur laten vliegen en allerlei gegevens verzamelen.

Tornado’s zijn daarentegen kleiner en van korte duur. De wetenschappers die ze bestuderen, hebben niet die schat aan gegevens om in hun prognoses te verwerken. Tot overmaat van ramp beschadigen tornado’s gemakkelijk wetenschappelijke apparatuur. Elk type sensoren wordt vaak vernietigd voordat ze alles kunnen bemonsteren wat je hoopt te verzamelen. Dus het is erg moeilijk om een ​​volledige dataset van het fenomeen te krijgen.

Wat nodig is, is een nieuwe doorbraak. Eentje dat het mogelijk maakt elk afzonderlijk molecuul van de atmosfeer te modelleren en in een simulatie te steken. Deze molecuul-voor-molecuul-modellering klinkt nu misschien als sciencefiction, maar het zou in de toekomst mogelijk kunnen zijn. Er zijn gespecialiseerde takken van de natuurkunde waar ze dat letterlijk doen, dat modelleren van elk molecuul, maar meestal in zeer kleine volumes, tot maximum een kubieke centimeter. Het is een kwestie van die capaciteit in de loop van de tijd op te schalen.

(evb)