Väderprognosmakare kan leta på fel ställe när de arbetar med att utfärda tornadovarningar, ny forskning ledd av Ohio University har visat.

Historiskt sett, det har funnits ett stort antal motstridiga teorier om hur tornados bildas, men det mest accepterade var att de bildas uppifrån och ner, baserad på arbete utfört från 1970-talet till 1990-talet. För första gången, nya observationsbevis visar att de faktiskt bildas från grunden, vilket kan ha en djupgående inverkan på hur tornadovarningar utfärdas i framtiden. Det är första gången dessa hypoteser har kunnat utvärderas observationsmässigt, tack vare ett modernt radarsystem som samlar in data mycket snabbt.

"Vi måste ompröva de paradigm som vi har för att förklara tornadobildning, och vi behöver särskilt kommunicera detta till prognosmakare som försöker komma med och utfärda varningar, sade Dr Jana Houser, biträdande professor i meteorologi vid Ohio University och medförfattare till den nya studien. "Baserat på våra resultat, det ser inte ut som att du någonsin kommer att hitta starka bevis på att en tornado faller ner, så vi måste sluta göra det till en prioritet i våra prognosstrategier."

Ett team ledd av Houser visade att tornados faktiskt bildas på marken och rör sig snabbt uppåt, i motsats till den länge hållna hypotesen att de flesta tornados bildas på molnnivå och går ner för att röra vid jorden. Detta bevis, den första i sitt slag, samlades in efter att Houser observerat en EF5-tornado i maj 2011; detta arbete började under hennes doktorandarbete vid University of Oklahoma. Dessa fynd bekräftades därefter genom observationer från flera andra tornados, inklusive en mycket övertygande visuell och radaranalys av den dödliga El Reno-tornadon i maj 2013.

"De kopplade visuella och ytnära radarobservationerna från El Reno 2013-fallet möjliggör en analys av tornadogenesprocessen som aldrig tidigare har erhållits, tillhandahåller en felande länk i historien om tornadobildning:rotationen i samband med tornadon var tydligt närvarande vid ytan först, " sa Houser. Hon presenterade resultaten för American Geophysical Union vid en konferens den 14 december.

Fynden indikerar att en tornado-styrka virvel kan vara aktiv på marken i en minut eller mer innan den djupare tornadiska kolonnen bildas och plockas upp av konventionell radar. Dock, tornadovarningar utfärdas baserat på radaravläsningar som tar upp virvelsignaturer vid eller över molnnivå.

"Vi måste lägga strategi på hur vi utfärdar varningar lite annorlunda. Hur vi gör det, vi kommer aldrig att få en förbättring av vårt varningssystem, sa Houser.

Utmaningen är att få den typen av avläsningar snabbt. Konventionell radar kan inte få marknivåavläsningar över ett brett område eftersom objekt i vägen, som kullar, byggnader och träd, störa data, och de samlar in data långsamt. Housers data kom från University of Oklahomas Rapid-scan, X-band, polarimetrisk mobil radar (RaXPol). Radarobservationer av vindfältet användes för att spåra tornadiska signaturer i stormens kärna. I El Reno-tornadon 2013, observationer visade bevis på en tornado som bara var synlig i radardata mindre än 20 meter över marken, men ingen annanstans, i början. Nästa höjdvinkel ovan visade ingen tornado-styrka rotation.

I alla fyra fallen ingen av tornadon bildades uppifrån och ner. Tre bildade från botten och upp, och en drog ihop sig nästan samtidigt över djupet av kolonnen som observerades.

Tromborna bildades på 30 till 90 sekunder, vilket gör att utsikterna att prognostisera tornados med 100 procents noggrannhet verkar dyster.

I den största tornadon som laget studerade, den dödliga 2013 El Reno-tornadon, videodokumentation visade att ett trattmoln var synligt i en minut och 40 sekunder innan utvecklingen av en radar-härledd, vertikalt-kontinuerlig virvel. Den stormen hade till slut en bredd på 2,6 miles och vindar över 300 miles per timme. När radardata granskades på nytt, det fastställdes att det enda tecknet på rotation av tornadisk styrka som fanns i början inträffade i de lägsta höjddata, mindre än 20 meter över marken, som var närvarande i ungefär en minut innan tornadon bildades och bestod tills resten av tromben utvecklades. Detta gav den första bekräftelsen på att denna tornado började vid marken och kunde hålla i sig på den nivån i nästan två minuter innan den djupare virveln bildades.

Houser sa att genom att bättre förstå mekanismerna för tornadobildning, det är möjligt prognosmakare kan generera kortsiktiga, högupplösta modeller av stormar bara timmar innan de inträffar för att avgöra sannolikheten för att producera en tornado, insatser som redan bedrivs av National Weather Service och National Severe Storms Laboratory.

Andra ansträngningar kan inkludera stationära, markbaserade radarsystem, även om det skulle behövas en filt av dem för att visa sig effektiva, såväl som stormspotters som vidarebefordrar visuella svar till prognosmakare.

"Om vi ​​kan få en konkret bild av vad som händer i tornadobildning, vi kommer att få bättre insikt i processerna och mekanismerna för att förutsäga tornados, "Sa Houser.