渡大學丹-查瓦斯（Dan Chavas）的研究深入探討了地理特徵對北美龍捲風活動的影響。他的計算模型測試了修改墨西哥灣和落基山脈等情景，以了解它們在風暴形成中的作用，揭示地形和地表條件如何改變天氣模式。

普渡大學的丹-查瓦斯（Dan Chavas）利用電腦模型研究地理變遷（如山脈變平或海面改變）如何影響北美洲龍捲風的發生，從而深入了解驅動惡劣天氣的氣候因素。

在美國中西部較為溫暖的幾個月裡，研究天空中風暴和龍捲風的跡像是一種很受歡迎的消遣方式。普渡大學理學院地球、大氣與行星科學系副教授丹-查瓦斯（Dan Chavas）則更進一步。他每天都致力於了解龍捲風的力學原理。他在氣候科學和氣象學的交叉點上工作，探索導致強烈風暴和龍捲風的主要因素，以及決定龍捲風位置的因素。

“我既研究氣候，也研究極端天氣，”查瓦斯說。 「我的研究工作讓我提出一個問題：『為什麼會有強烈雷暴或龍捲風？』地球上有一些特定區域比其他地方有更多的風暴和龍捲風。是什麼造就了這些多風暴的地區？”

美國中部和東部地區是強烈雷暴的高發區，也是地球上破壞力最大、龍捲風最頻繁的熱點地區。查瓦斯利用真實世界的電腦模型進行實驗，以確定這些風暴形成的原因。

他說：「關於風暴的成因已經有了幾十年的假設。我們正在驗證這些假設，並找出是什麼讓北美洲成為這樣一個熱點」。

丹-查瓦斯（Dan Chavas）是極端天氣的專家：包括創造條件的氣候科學和天氣本身的物理學，包括颶風、強烈雷暴和龍捲風。圖片來源：普渡大學照片/Greta Bell

查瓦斯不是追風者。他不會開著一輛頂著衛星電線的氣象車去追逐單一風暴，以獲得它們可能帶來的啟示。他也不能在實驗室裡培育風暴或釋放龍捲風，以了解它們的構造或行為。相反，他利用數十年豐富、詳細的歷史資料和複雜的電腦模型來想像和測試假設情境。他是一位風暴測試專家。

“我們利用天氣和氣候模型，以及大量雷暴、閃電、大氣數據等資料庫，提出’如果世界有所不同會怎樣’的問題”。查瓦斯說。 “我們可以利用這些模型作為實驗室，提出’如果把落基山削平，天氣會怎樣？如果填平墨西哥灣會怎樣？現代大陸和山脈構造的哪些方面真正重要？讓我們來檢驗一下這種流行的傳統智慧吧'”。

這兩種假設–夷平落基山脈和填平墨西哥灣–都是查瓦斯和他的團隊研究的重點。

50 多年來，人們一直認為，墨西哥灣是洛基山脈以東內陸暖濕氣流的源頭，在北美龍捲風的形成過程中扮演著重要角色。但沒有人知道這一點。

查瓦斯說：”這是一個非常合理的假設。有很多非常合理的解釋。但是沒有人能夠檢驗這些已有50 年歷史的想法，因為這些想法出現的時候，氣候模型還不具備必要的計算能力。

當他的研究小組模擬幾乎用陸地填平墨西哥灣時，他們發現，乾燥的墨西哥灣對風暴頻率和嚴重程度的影響遠低於他們的預期。如果沒有墨西哥灣，強烈雷暴就會從大平原中部向東轉移到伊利諾州，但德州南部的強烈雷暴卻減少。

「強烈雷暴和龍捲風形成於具有特定成分的環境中，這些成分決定了溫度、濕度，尤其是風速和風向如何隨大氣高度而變化，」查瓦斯說。 “氣候決定了這些成分在何時何地可以結合在一起形成這些類型的風暴。電腦模型讓我們了解這些成分最初存在的原因以及它們在我們所看到的天氣中各自扮演的角色。”

在他與研究生李富寧最近發表在《美國國家科學院院刊》上的最新研究中，研究小組比較了以龍捲風聞名的北美洲和南美洲的惡劣天氣潛勢，南美洲的地理環境與北美洲相似，也有許多強烈雷暴，但龍捲風要少得多。他們的研究得到了美國國家科學基金會和美國國家航空暨太空總署的資助。

他們發現，安第斯山脈以東的地表質地粗糙，其粗糙度部分是由亞馬遜地區的山丘和高大樹木決定的，這可能在防止南美洲中部龍捲風方面起了很大作用。與此相反，在北美洲，許多龍捲風形成於落基山脈以東，那裡的空氣從墨西哥灣平滑得多的海洋表面流入。研究團隊首先使用氣候模型進行實驗，將南美洲赤道平滑成類似海洋表面，這大大增加了南美洲中部龍捲風的可能性。他們還進行了實驗，將墨西哥灣地區的表面粗糙化，使其類似於森林覆蓋的陸地表面，這極大地抑制了北美龍捲風的潛力。

“上游粗糙的地表意味著下游的風在地表附近不再隨高度強烈地改變速度和方向，我們稱之為’風切變’。這並不會改變強烈雷暴的成分，但地面上方1 公里空氣中的風切是龍捲風的關鍵成分。

查瓦斯對真實的天氣和實際應用非常著迷，在他4歲時，威斯康辛州的一棵被暴風雨摧毀的大樹倒在了他家的房子上。他的研究對現實世界的影響–下週、下個月、明年和下個世紀的天氣會怎樣–是他的動力所在。

查瓦斯說：”如果我們想了解氣候變遷將如何影響未來的天氣，我們首先需要了解氣候是如何決定天氣的。我們對氣候如何控制我們所面臨的惡劣天氣還不是很了解。”

例如，了解地表粗糙度和土地利用如何改變天氣，可以讓未來的人類更好地預測甚至部分影響天氣模式。如果說亞馬遜的粗糙土地（包括亞馬遜樹木的成分）保護了南美洲免受龍捲風的侵襲，那麼美國東部森林的重新生長是否也會影響龍捲風呢？

“氣候變遷會影響大氣流動模式和陸地上的水分分佈。如果我們改變陸地表面和從墨西哥灣流向內陸的空氣軌跡，可能會對這些在更遠的內陸地區產生龍捲風的成分產生直接影響。當我們考慮氣候變遷時，我們想到的是天氣越來越熱，土地越來越乾燥。以前沒有龍捲風的地方可能會出現更多龍捲風，而以前龍捲風較多的地方可能會出現較少龍捲風，”他說。 “我們需要了解現在的天氣，以幫助我們更好地預測未來的天氣。”

編譯自/ ScitechDaily