De dodelijke tornado-uitbraak die in de nacht van 10 op 11 december 2021 door gemeenschappen van Arkansas tot Illinois scheurde, was zo ongewoon in duur en kracht, vooral voor december, dat veel mensen, waaronder de Amerikaanse president, vragen welke rol klimaatverandering kan hebben gespeeld - en of tornado's vaker zullen voorkomen in een opwarmende wereld.

Beide vragen zijn makkelijker gesteld dan beantwoord, maar onderzoek biedt nieuwe aanwijzingen.

Ik ben een atmosferische wetenschapper die zware convectieve stormen zoals tornado's en de invloeden van klimaatverandering bestudeert. Dit is wat wetenschappelijk onderzoek tot nu toe laat zien.

Klimaatmodellen kunnen nog geen tornado's zien, maar ze kunnen wel tornado-omstandigheden herkennen

Om te begrijpen hoe stijgende mondiale temperaturen het klimaat in de toekomst zullen beïnvloeden, gebruiken wetenschappers complexe computermodellen die het hele aardse systeem karakteriseren, van de energie van de zon die binnenstroomt tot hoe de bodem reageert en alles daartussenin, van jaar tot jaar en van seizoen tot seizoen. Deze modellen lossen miljoenen vergelijkingen op wereldschaal op. Elke berekening telt op en vereist veel meer rekenkracht dan een desktopcomputer aankan.

Om te voorspellen hoe het klimaat op aarde tegen het einde van de eeuw zal veranderen, moeten we momenteel een brede schaal gebruiken. Zie het als de zoomfunctie van een camera die naar een verre berg kijkt. Je kunt het bos zien, maar individuele bomen zijn moeilijker te onderscheiden, en een dennenappel in een van die bomen is te klein om te zien, zelfs niet als je het beeld opblaast. Bij klimaatmodellen geldt:hoe kleiner het object, hoe moeilijker het te zien is.

Tornado's en de zware stormen die ze veroorzaken, liggen ver onder de typische schaal die klimaatmodellen kunnen voorspellen.

Wat we in plaats daarvan kunnen doen, is kijken naar de grootschalige ingrediënten die de omstandigheden rijp maken voor de vorming van tornado's.

Twee belangrijke ingrediënten voor zware stormen zijn (1) energie aangedreven door warme, vochtige lucht die sterke opwaartse stromingen bevordert, en (2) veranderende windsnelheid en -richting, bekend als windschering, waardoor stormen sterker en langer meegaan. Een derde ingrediënt, dat moeilijker te identificeren is, is een trigger om stormen te laten ontstaan, zoals een echt warme dag, of misschien een koufront. Zonder dit ingrediënt leidt niet elke gunstige omgeving tot zware stormen of tornado's, maar de eerste twee omstandigheden maken zware stormen nog steeds waarschijnlijker.

Door deze ingrediënten te gebruiken om de kans op vorming van zware stormen en tornado's te karakteriseren, kunnen klimaatmodellen ons iets vertellen over het veranderende risico.

Hoe stormomstandigheden waarschijnlijk zullen veranderen

Projecties van klimaatmodellen voor de Verenigde Staten suggereren dat de algehele kans op gunstige ingrediënten voor zware stormen tegen het einde van de 21e eeuw zal toenemen. De belangrijkste reden is dat opwarmtemperaturen die gepaard gaan met toenemend vocht in de atmosfeer de kans op sterke opwaartse stromingen vergroten.

Stijgende mondiale temperaturen zorgen voor aanzienlijke veranderingen in seizoenen waarvan we traditioneel denken dat ze zelden zwaar weer veroorzaken. Een sterkere toename van warme vochtige lucht in de herfst, winter en vroege lente betekent dat er meer dagen zullen zijn met gunstige omstandigheden voor zware onweersbuien - en wanneer deze stormen optreden, hebben ze het potentieel voor grotere intensiteit.

Wat onderzoeken laten zien over frequentie en intensiteit

Over kleinere gebieden kunnen we onweersbuien in deze toekomstige klimaten simuleren, wat ons dichter bij het antwoord brengt of er zich zware stormen zullen vormen. Verschillende onderzoeken hebben veranderingen in de frequentie van intense stormen gemodelleerd om deze verandering in de omgeving beter te begrijpen.

We zien in de afgelopen decennia al bewijs van verschuivingen naar omstandigheden die gunstiger zijn voor zware stormen in de koelere seizoenen, terwijl de kans op stormvorming in de zomer afneemt.

Voor tornado's wordt het lastiger. Zelfs in een anders spot-on voorspelling voor de volgende dag, is er geen garantie dat zich een tornado zal vormen. Slechts een klein deel van de stormen die in een gunstige omgeving worden geproduceerd, zal überhaupt een tornado veroorzaken.

Verschillende simulaties hebben onderzocht wat er zou gebeuren als een tornado-uitbraak of een tornado-producerende storm zou plaatsvinden op verschillende niveaus van opwarming van de aarde. Projecties suggereren dat sterkere, tornado-producerende stormen waarschijnlijker zijn naarmate de mondiale temperatuur stijgt, hoewel ze minder sterk worden dan we zouden verwachten op basis van de toename van de beschikbare energie.

De impact van 1 graad opwarming

Veel van wat we weten over hoe een opwarmend klimaat zware stormen en tornado's beïnvloedt, is regionaal, voornamelijk in de Verenigde Staten. Niet alle regio's over de hele wereld zullen in hetzelfde tempo veranderingen ondergaan in de omgeving van zware stormen.

In een recente studie ontdekten collega's en ik dat de snelheid van toename in zware stormomgevingen groter zal zijn op het noordelijk halfrond, en dat deze meer toeneemt op hogere breedtegraden. In de Verenigde Staten suggereert ons onderzoek dat voor elke 1 graad Celsius (1,8 F) dat de temperatuur stijgt, een stijging van 14-25% in gunstige omgevingen waarschijnlijk is in de lente, herfst en winter, met de grootste stijging in de winter. Dit wordt voornamelijk aangedreven door de toenemende beschikbare energie als gevolg van hogere temperaturen. Houd er rekening mee dat dit gaat over gunstige omgevingen, niet per se tornado's.

Wat zegt dit over de tornado's van december?

Om te beantwoorden of klimaatverandering de waarschijnlijkheid of intensiteit van tornado's bij de uitbraak van december 2021 heeft beïnvloed, blijft het moeilijk om een ​​enkele gebeurtenis als deze toe te schrijven aan klimaatverandering. Invloeden op kortere termijn, zoals de El Niño-Zuidelijke Oscillatie, kunnen het beeld ook bemoeilijken.

Er zijn zeker signalen die in de richting van een stormachtigere toekomst wijzen, maar hoe dit zich manifesteert voor tornado's is een open onderzoeksgebied.