Новое глобальное спутниковое исследование распределения пресной воды на Земле показало, что влажные районы Земли становятся более влажными, а засушливые - суше. Данные свидетельствуют о том, что эта модель обусловлена множеством факторов, в том числе человеческими методами управления водными ресурсами, антропогенным изменением климата и естественными климатическими циклами.
Исследовательская группа под руководством НАСА, в которую входил Хироко Бодоинг, преподаватель Междисциплинарного центра изучения систем Земли (ESSIC) Университета Мэриленда, использовала 14-летние наблюдения миссии Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). отслеживать глобальные тенденции пресной воды в 34 регионах мира.
Исследование, опубликованное в выпуске журнала Nature от 17 мая 2018 года, также включало спутниковые данные об осадках из Глобального климатологического проекта осадков под руководством ESSIC; Снимки Landsat от НАСА и Геологической службы США; карты орошения; и опубликованные отчеты о деятельности человека, связанной с сельским хозяйством, добычей полезных ископаемых и работой с резервуарами. Период исследования охватывает период с 2002 по 2016 год.
«Это первый раз, когда мы оценили, как меняется доступность пресной воды повсюду на Земле, используя спутниковые наблюдения», - сказал Мэтт Роделл, ведущий автор статьи и руководитель Лаборатории гидрологических наук в космическом пространстве Годдарда НАСА. Центр полетов.«Основная цель заключалась в том, чтобы отличить сдвиги в запасах наземных вод, вызванные естественной изменчивостью - влажные периоды и засушливые периоды, связанные, например, с Эль-Ниньо и Ла-Нинья, - от тенденций, связанных с изменением климата или антропогенным воздействием, таким как откачка грунтовых вод из водоносного горизонта. быстрее, чем он пополняется."
Пресная вода содержится в озерах, реках, почве, снеге, грунтовых водах и ледниковом льду. Его потеря в ледяных щитах на полюсах, связанная с изменением климата, имеет последствия для повышения уровня моря. На суше это один из самых важных ресурсов Земли для питьевой воды и орошения. В то время как запасы воды в некоторых регионах относительно стабильны, в других обычно наблюдается их увеличение или уменьшение. Но текущее исследование выявило новую и тревожную закономерность.
«То, что мы наблюдаем, - это серьезные гидрологические изменения», - сказал соавтор Джеймс Фамильетти из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Мы впервые видим очень характерную картину того, как влажные районы мира становятся все более влажными - это высокие широты и тропики - и сухие районы между ними становятся еще суше. В засушливых районах мы видим несколько горячих точек, возникших в результате истощения грунтовых вод».
Фамильетти отметил, что, хотя потеря воды в некоторых регионах явно вызвана потеплением климата, например, таянием ледяных щитов и альпийских ледников, пройдет больше времени, прежде чем другие закономерности можно будет однозначно отнести к изменению климата.
Модель «влажно-становится-влажнее», «сухость-становится все суше» предсказывается Межправительственной группой экспертов по изменению климата на конец 21-го века, но нам потребуется гораздо более длинный набор данных, чтобы иметь возможность чтобы окончательно сказать, что изменение климата несет ответственность за появление подобной закономерности в данных GRACE», - сказал Фамильетти. «Однако текущая траектория, безусловно, вызывает беспокойство».
Двойные спутники GRACE, запущенные в 2002 году в рамках совместной миссии с Немецким аэрокосмическим центром (DLR), точно измерили расстояние между двумя спутниками, чтобы обнаружить изменения в гравитационном поле Земли, вызванные движением массы на планете внизу.. Используя этот метод, GRACE отслеживала изменения запасов наземных вод в месячных и годовых масштабах до завершения своей научной миссии в октябре 2017 года.
Однако наблюдения со спутника GRACE сами по себе не могли сказать Бодоингу, Роделлу, Фамильетти и их коллегам, что вызвало очевидную тенденцию.
«Мы изучили информацию об осадках, сельском хозяйстве и откачке грунтовых вод, чтобы найти возможное объяснение тенденций, оцененных по данным GRACE», - сказал Бодуэн, который также работает в NASA Goddard.
Одной из серьезных причин истощения грунтовых вод по всем направлениям было сельское хозяйство, которое может быть осложнено естественными циклами, как это наблюдается в Калифорнии, сказал Фамильетти. Уменьшение запасов пресной воды, вызванное сильной засухой с 2007 по 2015 год, усугублялось забором грунтовых вод для поддержки ферм в Центральной долине штата.
Юго-Западная Калифорния теряла 4 гигатонны пресной воды в год за тот же период. Гигатонна воды эквивалентна массе воды в 400 000 олимпийских бассейнов. Большая часть пресной воды Калифорнии поступает в виде осадков и снега, которые собираются в Сьерра-Неваде в виде снежного покрова, а затем по мере таяния попадают в ряд резервуаров. Когда естественные циклы приводили к засушливым годам, вызывая уменьшение снежного покрова и поверхностных вод, люди больше полагались на подземные воды.
Тенденции снижения запасов пресной воды, наблюдаемые в Саудовской Аравии, также отражают нагрузку на сельское хозяйство. С 2002 по 2016 год регион терял 6,1 гигатонн запасов подземных вод в год. Снимки серии спутников Landsat показывают рост орошаемых сельскохозяйственных угодий в засушливых ландшафтах с 1987 года по настоящее время, что объясняет усиление просадки.
Естественные циклы дождливых и засушливых лет также могут вызвать тенденцию в 14-летней записи данных, которая вряд ли сохранится, сказал Роделл. Примером может служить западный бассейн Замбези и дельта Окаванго, жизненно важный водопой для диких животных в северной Ботсване. В этом регионе наземные запасы воды увеличивались в среднем на 29 гигатонн в год с 2002 по 2016 год. Этот влажный период во время миссии GRACE последовал за по крайней мере двумя десятилетиями засухи. Роделл считает, что это случай естественной изменчивости, которая происходит в течение десятилетий в этом регионе Африки.
Исследователи обнаружили, что сочетание природных и антропогенных воздействий может привести к сложным сценариям в некоторых регионах. Ранее незадокументированные спады воды произошли на северо-западе Китая в провинции Синьцзян. Этот регион размером примерно с Канзас граничит с Казахстаном на западе и пустыней Такла-Макан на юге и охватывает центральную часть гор Тянь-Шаня..
Роделл и его коллеги должны были собрать воедино несколько факторов, чтобы объяснить исчезновение 5,5 гигатонн наземных запасов воды в год в провинции Синьцзян. Меньшее количество осадков не было причиной. Пополнения поверхностных вод также происходили в результате таяния ледников, вызванного изменением климата, и откачки грунтовых вод из угольных шахт. Но эти прибавления были более чем компенсированы истощением, вызванным увеличением потребления воды для орошения пахотных земель и испарением речной воды со дна пустыни..
Преемник GRACE под названием GRACE Follow-On, совместная миссия с Немецким исследовательским центром геонаук (GFZ), находится на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии, где проходят последние приготовления к запуску.