Торнадо являются одними из самых смертоносных и причиняющих самый большой ущерб стихийных бедствий в США, и их труднее всего предсказать. В декабре 2021 года самая разрушительная вспышка зимних торнадо, известная как «вспышка торнадо в четырёх штатах», привела к гибели 89 человек, ранениям 672 человек и материальному ущербу на сумму не менее 3,9 млрд $. Учёные из Кооперативного института морских и атмосферных исследований Университета Майами и Атлантической океанографической и метеорологической лаборатории NOAA исследовали эту вспышку и обнаружили, что она произошла в условиях исключительно сильного и продолжительного негативного тихоокеанско-североамериканского паттерна (PNA), что создало благоприятные условия для вспышек торнадо.

Напомним, что Тихоокеанско-североамериканский паттерн (PNA) – один из наиболее заметных видов низкочастотной изменчивости во внетропических зонах Северного полушария, проявляющийся во все месяцы кроме июня и июля. PNA отражает картину аномалий высоты в 500 миллибар, причем аномалии аналогичного знака расположены к югу от Алеутских островов и над юго-востоком Соединенных Штатов. Аномалии со знаком, противоположным центру на Алеутах, расположены в окрестностях Гавайев и над межгорным регионом Северной Америки (Центральная Канада) зимой и осенью.

К ключевым атмосферным факторам, приводящим к образованию торнадо, относятся атмосферная нестабильность, то есть тёплый влажный воздух у земли и более холодный сухой воздух наверху, а также сдвиг ветра, изменение скорости и/или направления ветра с высотой. На территориях США, расположенных к востоку от Скалистых гор, такие явления чаще всего наблюдаются в апреле, мае и июне. Тем не менее, зимние торнадо всё ещё случаются и вызывают серьезные социально-экономические последствия.

10 декабря 2021 года на северо-востоке Арканзаса разразилась вспышка торнадо, охватившая четыре штата, и в течение двух дней торнадо обрушились на некоторые районы долины Огайо, включая Миссури, Иллинойс, Теннесси и Кентукки. В этом исследовании исследователи показывают, что вспышка произошла в условиях многолетнего периода Ла-Нинья, тёплых температур поверхности Мексиканского залива и необычно сильной и устойчивой отрицательной динамики PNA, характеризующейся аномально высоким и низким атмосферным давлением над северной частью Тихого океана и Северной Америкой, соответственно. Эта длительная и отрицательная динамика PNA развилась примерно 1 декабря и сохранялась в течение месяца. Исследование показывает, что крупномасштабные атмосферные и океанические условия, связанные с длительной отрицательной PNA, способствовали возникновению условий окружающей среды, которые привели к возникновению торнадо в четырёх штатах.

Более конкретно исследование показывает, что продолжительный (>6 дней) период отрицательный PNA создаёт «атмосферный хребет», область высокого атмосферного давления, вдоль южного и восточного побережья США, что способствует нагреву Мексиканского залива. Тёплые температуры поверхности Мексиканского залива и «атмосферный хребет» высокого давления создают благоприятные атмосферные условия для вспышек торнадо в США в обширном регионе центральной и восточной части США. И наоборот, короткий период (менее 6 дней) не приводит к значительному потеплению в Мексиканском заливе, поэтому его воздействие ограничено. Исследование также предполагает, что Ла-Нинья, возможно, способствовала длительному отрицательному атмосферному давлению во время «вспышки торнадо в четырёх штатах». Учёные полагают, что продолжительность PNA может быть потенциальным фактором, определяющим прогнозы торнадо в США на субсезонный период (от 2 недель до 3 месяцев).