Le trombe d'aria della linea di squall sono subdole, pericolose e difficili da prevedere.

La meteorologa Thea Sandmael osservò da vicino la tempesta che si avvicinava. Era abbastanza vicina per lei per notare una cupola rotante di nuvole emergere dal suo ventre scuro - il rapido svilupparsi di un tornado. Quando la massa rotante era a 10 minuti di distanza, Sandmael e i suoi colleghi avevano spento i loro strumenti radar ed evacuato il loro posto.

"Continua a guidare", consigliò al collega dietro al volante, che era giustamente concentrato nel manovrare il loro SUV lungo la remota strada dell'Alabama. Dietro di loro c'era un altro collega in un camion che trasportava il loro ingombrante equipaggiamento radar. Evacuare fu una buona decisione, riflette: "Eravamo seduti sul lato ovest della strada, e il tornado toccò terra esattamente nella nostra posizione."

Questo non era un altro giorno di caccia ai tornado per Sandmael, del Cooperative Institute for Severe and High-Impact Weather Research and Operations, o CIWRO, a Norman, Okla. (SN: 7/19/24). In questo giorno, lei e il suo equipaggio erano alla ricerca di qualcosa di insolito: un tipo di tornado chiamato tornado di linea di rovescio.

La maggior parte dei tornado si forma in tempeste isolate chiamate supercelle (SN: 12/14/18). Questi tornado sono la classe più comune, distruttiva e ben studiata di tornado. I tornado di linea di rovescio, d'altra parte, si sviluppano lungo il fronte di lunghe file di tempeste note come sistemi convettivi quasi-lineari, a volte chiamati QLCSs, o linee di rovescio. Sono generalmente meno intensi dei tornado delle supercelle, dice la scienziata atmosferica Karen Kosiba dell'Università di Illinois Urbana-Champaign. Ma, dice, "ciò non significa che non siano pericolosi."

I tornado di linea di rovescio hanno la tendenza a sorprendere. Sono effimeri e spesso sfuggono alla rilevazione, formandosi e morendo negli intervalli tra le scansioni della maggior parte dei sistemi radar. Sono anche difficili da anticipare, manifestandosi improvvisamente lungo file di tempeste che possono raggiungere centinaia di chilometri di lunghezza. E rispetto ai tornado delle supercelle, i tornado di linea di rovescio si verificano più frequentemente nella stagione fredda e nelle ore buie della notte, quando i tornado sono meno attesi (SN: 12/16/21).

Inoltre, i tornado di linea di rovescio sono sproporzionatamente più comuni nel sud-est degli Stati Uniti, una regione particolarmente vulnerabile ai tornado. Negli ultimi 70 anni, il centro dell'attività tornadica del paese - sia delle supercelle che delle linee di rovescio - si è spostato dalle Grandi Pianure al Sud-Est (SN: 10/18/18). La regione non solo ha una densità di popolazione maggiore rispetto alle Grandi Pianure, ma contiene anche una maggiore concentrazione di case mobili e prefabbricate facilmente smosse.

Nel nuovo cuore dei tornado del paese, un tornado di linea di rovescio non deve essere di grande intensità per rappresentare un grave rischio. Riconoscendo la necessità di ridurre quel rischio, Sandmael, Kosiba e dozzine di altri ricercatori hanno unito le forze per la campagna sul campo Propagation, Evolution and Rotation in Linear Storms - o PERiLS. Durante le stagioni tardo invernali e primaverili del 2022 e del 2023, i team dispiegati in tutto il Sud-Est hanno catturato un tesoro di dati senza precedenti.

Il loro lavoro ha già rivelato che i tornado di linea di rovescio potrebbero essere più comuni e più pericolosi di quanto si pensasse in precedenza. Fortunatamente, i ricercatori potrebbero anche aver scoperto indizi che potrebbero aiutare a rendere un po' meno sorprendenti questi tornado.

Creare un tornado richiede certi ingredienti atmosferici: una fonte di rotazione, un meccanismo di sollevamento per innescare la risalita dell'aria e qualcosa per mantenere la risalita in corso.

Comincia con, diciamo, un fronte freddo in avanzamento che spinge dal basso per sollevare l'aria davanti. Questo attiva la formazione di un flusso ascendente. Per persistere, quel flusso ascendente avrà bisogno che l'aria vicino al suolo abbia una certa galleggiabilità, o quello che i meteorologi chiamano instabilità. E il 'segreto' ingrediente che fa girare le cose? Questo è il vento verticale, o un cambiamento nella velocità dei venti con l'aumento dell'altezza. Pensate a una ruota con pale verticali; quando i venti più alti si muovono più velocemente e spingono più forte sulle pale superiori, la ruota ruota.

Osservazioni recenti suggeriscono che questi ingredienti possono mescolarsi in modi diversi per produrre tornado nelle linee di rovescio, dice il meteorologo della NOAA Anthony Lyza, che lavora al CIWRO. Prendi l'instabilità, che spesso viene misurata come energia potenziale convettiva disponibile, o CAPE. CAPE viene a volte descritto come la quantità di carburante disponibile per una tempesta in crescita.

Secondo la NOAA, i valori di CAPE di 1.000 joule per chilogrammo sono di solito sufficientemente alti per alimentare tempeste forti. Ma "molte di queste [linee di rovescio] in realtà si verificano in un ambiente a bassa CAPE, alta [vento] - shear," dice la scienziata atmosferica Alexandra Anderson-Frey dell'Università di Washington a Seattle.

Ad esempio, nel marzo 2022, i ricercatori di PERiLS hanno misurato un CAPE di soli circa 500 joule per chilogrammo in una linea di rovesci sopra il Mississippi e l'Alabama che ha prodotto decine di tornado. E Lyza dice di aver visto tornado causati da linee di rovesci supportati da valori di CAPE anche bassi come 100 joule per chilogrammo. Queste impostazioni di CAPE basse illustrano ambienti che sono stati poco studiati per quanto riguarda la loro capacità di formare tornado da linee di rovesci, dice Anderson-Frey. Nel frattempo, nuove tecnologie stanno scoprendo sempre più tornado da linee di rovesci. A differenza della vecchia tecnologia radar Doppler che scandiva solo in dimensione orizzontale, i nuovi strumenti radar a doppia polarizzazione scansionano sia le dimensioni verticali che orizzontali. Negli ultimi dieci anni, la proliferazione della nuova tecnologia ha aumentato le rilevazioni di tornado da linee di rovesci, dice Lyza. 

Tutto questo per dire che i tornado da linee di rovesci sembrano essere più comuni di quanto i ricercatori pensassero in precedenza. Forse, quindi, non è così sorprendente che possano essere anche più pericolosi di quanto si pensasse in precedenza. In un tranquillo pomeriggio di marzo 2022, Lyza si presentò in una tenuta rurale nella Contea di Noxubee, Miss. Un tornado da linea di rovesci aveva devastato l'area il giorno prima, e Lyza era arrivato per aiutare a valutare i danni per PERiLS. Qualcosa della scena lo colpì come strano. Il radar operativo non aveva indicato che il tornado fosse particolarmente intenso. Ma Lyza osservò danni significativi a una casa sulla proprietà. "Un pezzo consistente del tetto era stato soffiato via, e un'intera parete esterna era stata spazzata via dalla casa", dice Lyza. Vicino si trovavano i resti di un magazzino che era stato sradicato e fatto a pezzi. Il magazzino era stato ancorato al terreno da pilastri di cemento lunghi 5 piedi, ricorda Lyza. 

"Siamo rimasti piuttosto scioccati", dice. "Non siamo necessariamente andati nella Contea di Noxubee pensando di trovare danni da tornado forti lì." I danni estesi non furono l'unica sorpresa: "Abbiamo notato che il tornado era entrato nella proprietà da sud-ovest", dice Lyza. Ma una scia di alberi danneggiati sembrava suggerire che il tornado si fosse poi diretto ad est per un paio di centinaia di metri prima di piegare di nuovo verso nord-est. Non è insolito che un tornado cambi direzione, ma ad alte velocità, le loro curve diventano ampie, proprio come le auto su un'autostrada. Questo tornado aveva avanzato a circa 100 chilometri all'ora, eppure sembrava piegare bruscamente. Fortunatamente, un veicolo radar mobile era stato dispiegato a soli quattro chilometri a sud. I suoi raggi avevano catturato la strana danza del tornado enigmatico, insieme a prove che il suo percorso strano era stato plasmato da più vortici: tornado in un tornado. 

"È la prima volta che io sappia - che chiunque qui intorno sappia - in termini di un [tornado da linea di rovesci]", dice Lyza. Questi subvortici apparivano e sparivano così rapidamente, che la loro evoluzione era difficile da seguire tramite le scansioni radar intermittenti. Ma "in una singola scansione, penso che il massimo che sono stato in grado di identificare con sicurezza fossero quattro alla volta", dice Lyza. 

"Questi singoli vortici erano effettivamente responsabili della maggior parte dei danni, e il tornado principale era piuttosto debole." I ricercatori hanno osservato che i tornado da linee di rovesci tendono ad essere più larghi dei tornado supercella; forse perché ospitano molti vortici secondari, ipotizza Lyza. I tornado da linee di rovesci tendono anche ad essere meno efficaci dei tornado supercella altrettanto intensi nel sollevare detriti in cielo. Potrebbe essere perché questi subvortici durano così poco che "non avranno necessariamente l'opportunità di sollevare i detriti così in alto", dice Lyza. Questi subvortici "probabilmente aumentano l'intensità massima del tornado", dice l'ingegnere del vento Frank Lombardo dell'Università di Illinois Urbana-Champaign, che ha valutato i danni sul sito con Lyza. 

Le velocità del vento di un subvortice possono sommarsi alle velocità del vento del tornado principale, spiega. È difficile dire se i subvortici siano comuni nei tornado da linea di rovesci basandosi su un singolo caso. Ma se lo sono, "potremmo dover rivedere i nostri calcoli di rischio per i tornado", aggiunge Lombardo. "Potremmo avere totalmente sottovalutato la loro intensità." La scoperta che i tornado da linea di rovesci possono essere più comuni e più feroci di quanto si pensasse in precedenza rende ancora più urgente prevederli. Fortunatamente, lo scienziato atmosferico di PERiLS Todd Murphy dell'Università della Louisiana a Monroe e i suoi colleghi potrebbero aver trovato alcuni indizi molto necessari. 

Da decenni, i ricercatori hanno osservato che alcune linee di rovesci si protendono in avanti mentre attraversavano il paesaggio, formando la forma del gomito dell'arciere, e che a volte i tornado si sviluppano all'apice di questi archi. In seguito, i ricercatori hanno appreso che questi tornado sono associati a vortici superficiali su piccola scala del vento. Gli esperti li chiamavano mesovortici.

Possiamo predire bene le linee di raffica - generalmente con una maggiore precisione rispetto a quanto possiamo predire altri tipi di temporali, dice lo scienziato atmosferico Patrick Skinner di CIWRO. Ma prevedere i mesovortici incorporati è molto difficile, afferma. Inoltre, solo alcuni mesovortici formano tornado e i ricercatori non sanno perché questo accade.

Quindi, durante la recente campagna sul campo PERiLS, Murphy e il suo team hanno utilizzato strumenti Light Detection and Ranging, o lidar, per monitorare l'atmosfera nelle ore precedenti all'arrivo di una linea di raffica. Questi strumenti hanno scandagliato il cielo con sottili raggi laser, che hanno riflettuto sugli aerosol agendo come traccianti per il vento.

"Nella grande maggioranza dei nostri casi, i dati lidar hanno mostrato cambiamenti piuttosto abrupti nel profilo del vento iniziando circa 90 minuti prima che la linea di raffica giungesse sul sito", dice Murphy. A diversi livelli della bassa atmosfera, la taglio del vento verticale è cresciuta, inducendo più rotazione nella linea di raffica, spiega.

E non è stato solo il taglio del vento a cambiare in modo drammatico; tutti gli ingredienti chiave del PERiLS per la formazione di tornado "possono cambiare molto rapidamente entro un'ora o due prima dell'arrivo di una linea di raffica", dice Murphy.

Utilizzando i dati raccolti durante PERiLS, insieme a 10 anni di dati radar raccolti dal National Weather Service, Murphy e i suoi colleghi hanno indagato su come l'atmosfera sia cambiata avanti ai mesovortici nelle linee di raffica. Più specificamente, hanno analizzato le velocità del vento a diversi livelli dell'atmosfera prima dei mesovortici che hanno formato tornado e quelli che non l'hanno fatto.

Prima dei mesovortici tornadici, sembrava esserci leggermente più taglio del vento, dice Murphy. Ancora più importante, c'era più rotazione, e questa firma era più evidente avanti alle linee di raffica che hanno generato almeno cinque trombe d'aria.

I dati suggeriscono che certe strutture del vento potrebbero essere allineate avanti ai mesovortici tornadici, dice Murphy. I mesovortici si formano all'interno delle correnti ascendenti, che continuano a formarsi e dissiparsi lungo tutta la lunghezza di una linea di raffica. Quando una corrente ascendente si incontra e si allinea con l'aria in circolazione vicino al suolo, la corrente ascendente potrebbe allungare la circolazione verso l'alto, facendola girare più veloce.

“Lo chiamiamo effetto pattinatore su ghiaccio”, dice Murphy, facendo riferimento al famoso esempio di uno skater che gira più velocemente quando entrambe le braccia sono tirate vicino al corpo. “Se allunghi quella rotazione”, dice, “causa il raggio a ridursi, ma il giro si rafforza.”

Se i meteorologi stanno monitorando le condizioni 60-90 minuti prima di una linea di raffica e il profilo del vento inizia a sviluppare questa firma, allora potrebbero aver bisogno di considerare l'emissione di avvisi, dice Murphy.

“Una volta verificato”, dice, “[questo segnale] sembra essere una firma operativa molto chiara che il Servizio Meteorologico potrebbe probabilmente utilizzare.”

Gran parte dei dati raccolti durante PERiLS sta ancora essendo analizzata, e risultati più concreti potrebbero emergere nei prossimi anni. Skinner lavora sul progetto NOAA Warn-on-Forecast, un progetto per aumentare il tempo di previsione dei tornado e altre tempeste violente. Sta analizzando i dati di PERiLS per determinare di quanta risoluzione hanno bisogno le attuali simulazioni meteo per rappresentare con precisione i mesovortici nelle linee di raffiche.

Saranno necessari vasti miglioramenti nelle nostre simulazioni meteo per poter predire i mesovortici tornadici così come possiamo predire i tornado a supercella, dice Murphy. Ma alla fine, afferma, “penso che ci arriveremo”.