Ежегодно во всем мире экстремальные осадки вызывают катастрофические наводнения, которые приводят к человеческим жертвам и ущербу для инфраструктуры и имущества. Однако различная погода может вызывать эти экстремальные явления, поэтому детальное понимание атмосферных процессов, которые приводят к их формированию, имеет решающее значение.
Впервые глобальный анализ показывает, что два взаимосвязанных атмосферных процесса приводят к формированию многих крупномасштабных экстремальных атмосферных осадков по всему миру, особенно в засушливых субтропических регионах, где они могут вызвать катастрофические наводнения, как это произошло в марте 2015 г. в пустыне Атакама.
Предыдущие исследования экстремальных осадков в основном были сосредоточены на влажных регионах, где их причиной являются циклоны, в то время как засушливые субтропические регионы были менее изучены. Однако именно в них, включая пустыни, «эти загадочные события должны происходить реже», – отмечает Андриес-Ян де Фрис, изучающий атмосферу в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и Химическом институте Макса Планка, автор нового исследования.
Результаты, опубликованные в журнале Европейского союза геонаук (EGU) Weather and Climate Dynamics, улучшают понимание атмосферных процессов и погодных систем, которые приводят к экстремальным осадкам. Это, в свою очередь, может помочь улучшить прогнозы, что, возможно, приведет к разработке систем раннего предупреждения, которые могут спасти жизни.
Результаты также могут улучшить понимание того, как эти экстремальные явления будут реагировать на изменение климата. Интенсивность и частота этих сильных дождей увеличивались в последние десятилетия, и эта тенденция, по прогнозам, сохранится в условиях глобального потепления.
Разрушение волн и перенос влаги
В этом исследовании подчеркивается роль двух атмосферных процессов в формировании экстремальных осадков: разрушение волн Россби и интенсивный перенос влаги.
Волны Россби называются планетарными волнами, потому что возникают из-за вращения Земли. Это волны, возникающие в океане и атмосфере, которые были впервые обнаружены в 1930-х годах Карлом Россби. В атмосфере волны Россби в значительной степени определяют погоду в регионах средних широт. Из-за нелинейных процессов волны Россби могут усиливаться и в конечном итоге разрушаться (подобно океанским волнам, движущимся к берегу).
Интенсивный перенос влаги означает горизонтальное перемещение больших масс водяного пара в атмосфере. Этот процесс был связан с сильными осадками и наводнениями, часто на западных побережьях континентов. Когда перенос влаги проявляется в структуре вытянутой формы, длина которой достигает нескольких тысяч километров, она более известна как «атмосферная река».
«Когда волны Россби усиливаются и разрушаются, массы холодного воздуха проникают из высоких широт в более низкие, и наоборот», – рассказывает Де Фриз – «этот атмосферный процесс может вызвать интенсивный перенос влаги, дестабилизировать тропосферу и заставить воздушные массы подниматься, что в совокупности способствует образованию сильных осадков».
Одним из ключевых выводов исследования является то, что на количество экстремальных осадков сильно влияют характеристики двух атмосферных процессов. «Чем сильнее разбивается волна и чем интенсивнее переносится влага, тем больше выпадает осадков», – говорит Де Фриз.
Экстремальные осадки и катастрофическое наводнение
Де Фриз проанализировал ежедневные экстремальные осадки, зафиксированные во всем мире в период с 1979 по 2018 год. Анализ был сосредоточен на более крупномасштабных явлениях и не рассматривал локальные кратковременные сильные дожди, которые обычно вызываются одиночными грозами.
Он обнаружил, что разрушение волн Россби может объяснить более 90 процентов экстремальных осадков в центральной части Северной Америки и Средиземного моря. Однако над прибрежными зонами более 95 процентов экстремальных осадков были вызваны интенсивным переносом влаги, что согласуется с результатами предыдущих исследований атмосферных рек.
Одним из наиболее интересных открытий стало выделение мест, где оба процесса вместе вызывают экстремальные явления. «Важно отметить, что совместное возникновение этих двух атмосферных процессов может объяснить до 70 процентов экстремальных осадков в регионах, где их меньше всего можно было бы ожидать – в засушливых субтропиках», – говорит Де Фриз. «Волны, которые распространяются из средних широт, необычно далеко к экватору, могут перетянуть влагу из влажных тропиков в сухие субтропики, что напитывает сильные дожди».
Исследование также продемонстрировало, что комбинированные процессы сыграли ключевую роль в 12 исторических экстремальных атмосферных осадках, которые привели к катастрофическим наводнениям, тысячам смертей и травм, ущербу в миллиарды долларов и устойчивым социально-экономическим последствиям, фиксировавшимся долго после наводнения. Эти события включали наводнение в Натале, Южная Африка, в сентябре 1987 г.; альпийские наводнения в октябре 2000 г.; Уттаракханд, Индия, наводнение в июне 2013 г.; наводнение в Колорадо в сентябре 2013 г.; и наводнение в пустыне Атакама в марте 2015 года.