Ураганы «Флоренс» и «Майкл» в США и супертайфун «Мангхут» на Филиппинах продемонстрировали широкомасштабное и вредное воздействие экстремальных погодных явлений как на экосистемы, так и на построенные сообщества, при этом внезапные наводнения приводят к большему количеству смертей, а также к потерям имущества и сельского хозяйства. чем от любых других серьезных опасностей, связанных с погодой. Эти потери росли в течение последних 50 лет и за последнее десятилетие превысили 30 миллиардов долларов в год. В настоящее время почти миллиард человек во всем мире живет в поймах рек, что повышает их подверженность речным наводнениям в результате экстремальных погодных явлений и подчеркивает безотлагательность понимания и прогнозирования этих явлений.
Исследователи Columbia Engineering впервые продемонстрировали, что экстремальные стоки резко увеличиваются в ответ на климатические и антропогенные изменения. Их результаты, опубликованные сегодня в Nature Communications, показывают значительное увеличение экстремальных осадков и стока, вызванное как деятельностью человека, так и изменением климата. Группа, возглавляемая Пьером Жентином, доцентом кафедры инженерии Земли и окружающей среды, работающей в Институте Земли, также обнаружила, что ливневые стоки более сильно реагируют, чем осадки, на антропогенные изменения (изменение климата, изменения землепользования, растительного покрова, так далее). Это говорит о том, что прогнозируемая реакция экстремальных ливневых стоков на климатические и антропогенные изменения будет резко возрастать, создавая большие угрозы для экосистемы, влияя на устойчивость сообщества и инфраструктурные системы.
Исследователи обнаружили, что изменения экстремальных значений ливневого стока в большинстве регионов мира соответствуют изменениям экстремальных осадков или превышают их. Они отметили, что различная реакция осадков и ливневых стоков на температуру может быть связана не только с потеплением, но и с такими факторами, как изменения землепользования и растительного покрова, управление водными и земельными ресурсами, а также изменения растительности, которые изменили состояние подстилающей поверхности и гидрологические обратные связи, которые, в свою очередь, увеличили ливневой сток.
«Наша работа помогает объяснить лежащие в основе физические механизмы, связанные с усилением осадков и экстремальными стоками», - сказал Гентине. «Это поможет улучшить прогнозирование наводнений и раннее оповещение. Наши результаты могут помочь предоставить научное руководство для планирования устойчивости инфраструктуры и экосистем, а также могут помочь сформулировать стратегии борьбы с изменением климата».
Осадки образуются после конденсации водяного пара в атмосфере, а интенсивность осадков определяется наличием водяного пара в атмосфере. Поскольку при повышении температуры атмосфера может удерживать больше влаги, ученые-климатологи ожидают увеличения количества экстремальных осадков по мере изменения климата.
Поскольку в предыдущих исследованиях в основном изучалась реакция осадков, команда Гентина решила изучить реакцию экстремальных осадков и ливневых стоков на естественные и антропогенные изменения температуры поверхности и содержания влаги в атмосфере. Они провели гидрологический анализ в глобальном масштабе, чтобы охарактеризовать реакции и лежащие в их основе физические механизмы. Затем исследователи оценили влияние изменчивости в течение десятилетий на масштабирование экстремальных значений стока и температуры, а затем систематически сравнили это с изменениями экстремальных значений осадков. Их данные наблюдений за суточным стоком были получены из наборов данных Глобального центра данных о стоке (GRDC), а данные о суточных осадках и приземной температуре воздуха - из набора данных Global Summary of the Day (GSOD)..
«Мы пытались найти физические механизмы, объясняющие, почему экстремальные осадки и стоки увеличиваются по всему миру», - сказал ведущий автор исследования Цзябо Инь, приглашенный студент из Уханьского университета, работающий в группе Гентина.«Мы знаем, что экстремальные осадки и экстремальные стоки в будущем значительно усилятся, и нам необходимо соответствующим образом модифицировать нашу инфраструктуру. Наше исследование устанавливает основу для изучения реакции стока».
Осадки определяются как термодинамикой (отношение водяного пара к температуре), так и динамикой атмосферы. Затем команда Гентина планирует попытаться разделить влияние термодинамики и динамики на осадки, чтобы получить более глубокое представление об интенсификации осадков. Они также сосредоточатся на выявлении изменений, вызванных потеплением, по сравнению с изменениями, вызванными деятельностью человека, чтобы создать адаптивную систему управления водными ресурсами.