Natten mellan 10 och 11 december 2021 slet ett utbrott av kraftfulla tornados genom delar av Arkansas, Mississippi, Missouri, Kentucky, Tennessee och Illinois, och dödade dussintals människor och lämnade vrakdelar över hundratals kilometer. Hazard-klimatologerna Alisa Hass och Kelsey Ellis förklarar förhållandena som genererade denna händelse - inklusive vad som kan vara den första "quad-state tornadon" i USA - och varför sydöstra delen av landet är sårbart för dessa katastrofer året runt, särskilt på natten.

Vilka faktorer kom tillsammans för att orsaka ett så stort utbrott?

Den 10 december närmade sig ett kraftfullt stormsystem centrala USA från väster. Medan systemet förde tung snö och hala förhållanden till den kallare västra och norra mellanvästern, njöt södern av nästan rekordstor värme, tack vare varm, fuktig luft som strömmade norrut från Mexikanska golfen.

Stormsystemet inledde kall, tät luft till regionen, som interagerade med den varma luften och skapade instabila atmosfäriska förhållanden. När varma och kalla luftmassor kolliderar, stiger mindre tät varm luft uppåt till kallare nivåer i atmosfären. När denna varma luft svalnar kondenserar fukten som den innehåller till moln och kan bilda stormar.

När denna instabilitet kombineras med betydande vindskjuvning – vindar som skiftar i riktning och hastighet på olika höjder i atmosfären – kan det skapa en idealisk inställning för att kraftiga roterande stormar ska uppstå.

På en tornados rankningsskala, hur intensiv var den här händelsen?

Minst 38 tornados har rapporterats i sex delstater under detta utbrott, vilket har orsakat omfattande strömavbrott, skador och dödsfall. National Weather Service betygsätter tornados baserat på skadans intensitet med hjälp av 28 skadeindikatorer från Enhanced Fujita, eller EF, skalan. Stormbedömningar och tornador kan ta flera dagar eller längre att slutföra.

Från och med den 12 december har minst fyra EF-3 och fem EF-2 trombor bekräftats. EF-2 och EF-3 tornados anses vara starka, med vindhastigheter på 113–157 mph respektive 158–206 mph.

Starka räta vindar förekommer också med kraftiga stormar och kan skapa lika mycket skador som en tromb. Efter svåra stormar och rapporter om tornados, genomför National Weather Service personliga stormskadorsundersökningar för att avgöra om en tornado eller raka vindar skapade de rapporterade skadorna och graden av skada. Utredarna kommer att titta för att se om skräp är utspritt i en riktning, vilket skulle indikera raka vindar, eller i många olika riktningar – kännetecknet för en tromb.

En tromb färdades enligt uppgift 240 miles över fyra delstater. Varför är detta ovanligt?

De flesta tornados stannar på marken under en kort tid och reser korta sträckor - 3–4 miles i genomsnitt. Långa och mycket långa tornados - de som reser minst 25 respektive 100 miles - är relativt ovanliga. De står för mindre än 1% av alla tornados i USA.

Långa tornados kräver en mycket specifik uppsättning ingredienser som måste finnas över ett brett område. Dessa ovanliga tornados bildas från en enda supercellstorm - en storm med en roterande uppströmning som kallas mesocyklon - som kan pågå i timmar.

Betydande tornados stannar ofta på marken längre än svagare tornados. Deras spår är särskilt långa i sydost, där betydande tornados under den svala årstiden rör sig snabbt och täcker därmed mer mark.

Det tidigare rekordet för en långspårig tornado var från 1925, då F-5 Tri-State Tornado reste 219 miles genom Missouri, Illinois och Indiana. "Quad-State Tornado", som denna tornadon har fått smeknamnet, förväntas slå det rekordet. Under de kommande dagarna kommer National Weather Service att bekräfta om en tornado stannade på marken i mer än 200 miles eller om flera tornados härrörde från samma storm.

Varför förekommer fler natt- och vintertromber i sydost än i andra regioner?

Våren anses vanligtvis vara tornadosäsong, men tornados kan uppstå när som helst under året. Sydost upplever en andra topp i tornadisk aktivitet på hösten och tidig vinter, och vintertromber är inte ovanliga.

På samma sätt kan tornados inträffa när som helst på dygnet. Nattliga tornadohändelser är särskilt vanliga i sydost, där ingredienserna för stormar är annorlunda och mer gynnsamma för nattliga tornados än i "Tornado Alley" på Great Plains.

Tornadiska stormar i sydost drivs ofta av ett överflöd av vindskjuvning. De förlitar sig inte lika mycket på stigande varm, fuktig luft som skapar atmosfärisk instabilitet - förhållanden som kräver uppvärmning av jordytan under dagtid och är vanligare på våren.

Prognoserna för denna händelse var korrekta och förutspådde ett stort utbrott flera dagar i förväg. National Weather Service's Storm Prediction Center i Norman, Oklahoma, och de drabbade National Weather Service lokala väderprognoskontor utfärdade lägliga bevakningar, varningar och information om hur man förblir säker.

Men nattliga tornados kan vara särskilt dödliga. Fler dödsfall tenderar att inträffa eftersom människor ofta inte får varningsmeddelanden när de sover. Det är svårare att upptäcka storm i mörker och det är mer sannolikt att människor befinner sig i mer utsatta bostäder, som husbilar, på natten än under dagen när de arbetar i robustare byggnader.

Att ha flera pålitliga metoder för att ta emot varningar på natten är avgörande, eftersom strömmen kan gå sönder och mobiltelefontjänsten kan gå ner under hårt väder. Tyvärr, under evenemanget 10–11 december, dödades några människor som gick till skyddsrum när tornados slog till i byggnaden de befann sig i. Men tidiga varningar som gör att människor kan skydda sig på ett säkert sätt i en solid struktur bunden till en grund eller källare kan innebära överlevnad under mindre förödande händelser.