Гималаи. Каракорум. Гиндукуш. Названия высоких горных хребтов Азии вызывают в воображении приключения у тех, кто живет далеко, но для более миллиарда человек это названия их самого надежного источника воды.
Снег и ледники в этих горах содержат самый большой объем пресной воды за пределами полярных ледяных щитов Земли, поэтому гидрологи называют этот регион Третьим полюсом. Одна седьмая населения мира зависит от рек, стекающих с этих гор, в качестве воды для питья и орошения сельскохозяйственных культур.
Быстрые изменения климата региона, однако, влияют на таяние ледников и снега. Люди в регионе уже меняют свои методы землепользования в ответ на изменение водоснабжения, и экология региона трансформируется. Будущие изменения, вероятно, повлияют на продовольственную и водную безопасность в Индии, Пакистане, Китае и других странах.
НАСА следит за подобными изменениями во всем мире из космоса, чтобы лучше понять будущее круговорота воды на нашей планете. В этом регионе, где сбор данных наземных наблюдений сопряжен с серьезными трудностями, спутник НАСА и другие ресурсы могут принести существенную пользу климатологам и местным лицам, принимающим решения, которым поручено управлять и без того скудными ресурсами.
В настоящее время проводится наиболее полное исследование снега, льда и воды в этих горах и того, как они меняются. Команда NASA High Mountain Asia (HiMAT) под руководством Энтони Арендта из Вашингтонского университета в Сиэтле работает уже третий год. Проект состоит из 13 скоординированных исследовательских групп, изучающих данные об этом регионе за три десятилетия в трех широких областях: погода и климат; лед и снег; опасности и воздействия ниже по течению.
Все три предметные области меняются, начиная с климата. Потепление воздуха и изменения в характере муссонов влияют на региональный водный цикл - количество снега и дождя, а также то, как и когда тают снежный покров и ледники. Изменения в круговороте воды повышают или снижают риск местных опасностей, таких как оползни и наводнения, и оказывают широкое влияние на распределение воды и урожай, который можно выращивать.
Делая невозможную науку возможной
На протяжении большей части истории человечества подробное научное изучение этих гор было невозможно. Горы слишком высоки и круты, а погода слишком опасна. Эпоха спутников дала нам первую возможность безопасно наблюдать и измерять снежный и ледяной покров в местах, где никогда не ступала нога человека.
«Взрывной рост спутниковых технологий был невероятным для этого региона», - сказал Джеффри Каргель, старший научный сотрудник Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, и руководитель группы HiMAT, изучающей ледниковые озера.«Сейчас мы можем делать то, чего не могли делать десять лет назад, а десять лет назад мы делали то, чего раньше не могли». Каргель также отдает должное достижениям в области компьютерных технологий, которые позволили гораздо большему количеству исследователей проводить масштабные исследования ледниковых озер и вздымающихся ледников, блокирующих доступ к горным деревням и пастбищам. За последние несколько десятилетий эти события уничтожили города и инфраструктуру, такую как дороги и мосты.
Команда Каргеля изучает катастрофические наводнения из ледниковых озер. Эти озера начинаются как лужи таяния на поверхности ледников, но при определенных условиях они могут продолжать таять до уровня земли, скапливаясь за ненадежной грудой льда и обломков, которая изначально была передней частью ледника. Землетрясение, камнепад или просто растущий вес воды могут прорвать плотину из обломков и вызвать внезапный паводок.
Озера, подобные этому, были почти неизвестны 50 или 60 лет назад, но по мере того, как большинство высокогорных азиатских ледников сокращались и отступали, ледниковые озера множились и росли. Самый большой из измеренных Каргелем, Нижний Барун в Непале, имеет глубину 673 фута (205 метров) и объем почти 30 миллиардов галлонов (112 миллионов кубических метров), или около 45 000 полных бассейнов олимпийского размера. Команда HiMAT нанесла на карту каждое ледниковое озеро диаметром более 1 100 футов (330 метров) за три разных периода времени - около 1985, 2001 и 2015 годов - чтобы изучить, как развивались озера.
По мере увеличения размера и количества ледниковых озер растет и угроза, которую они представляют для местного населения и инфраструктуры. Далия Киршбаум из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, возглавляет группу, которая использует спутниковые данные, чтобы предсказать, какие области наиболее подвержены оползням в высокогорной Азии, что затем может дать информацию о размещении новой инфраструктуры региона.
Чем темнее снег, быстрее тает снег
Одним из важнейших факторов будущих темпов таяния снега и льда является роль пыли, сажи и загрязнений, которые оседают на замерзших поверхностях. Чистейший белый снег отражает более 90% поступающей солнечной радиации обратно в атмосферу. Но когда снег покрыт более темными частицами сажи или пыли, это покрытие поглощает больше тепла, и снег тает быстрее. Исследования показали, что причиной окончания Малого ледникового периода в Европе был слой сажи, отложившийся в Альпах в результате промышленной революции. В Азии за последние 35 лет наблюдалось значительное увеличение количества сажи, оседающей на горном снегу. Будут ли эти азиатские хребты реагировать так же, как Альпы столетия назад, - важный вопрос.
Несколько команд HiMAT сосредоточены на этом вопросе. Си-Чи Цай из NASA Goddard использует спутниковые данные, чтобы лучше понять свойства снега, льда, частиц пыли и сажи в этом регионе. Его группа также работает в сотрудничестве с региональными исследователями в Непале, чтобы установить датчики на уровне земли на ледниках, расположенных, среди прочего, на горе Эверест, Аннапурне и Дхаулагири. Эти датчики позволят исследователям проверять точность спутниковых показаний, полученных на одних и тех же участках.
Том Пейнтер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе возглавляет группу, использующую спутниковые данные спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS) НАСА и комплекта радиометров видимого инфракрасного изображения NOAA/НАСА (VIIRS) в сообществе Weather Research. и Модель прогнозирования для количественной оценки прошлых и возможных будущих изменений снежного покрова и других факторов, таких как изменение сажи и пыли. Другая команда, возглавляемая Сарой Капник из NOAA, учитывает пыль и сажу в моделях глобального климата, чтобы улучшить понимание как исторических, так и прогнозируемых будущих региональных изменений.
Самые высокие горы в мире создают уникальные проблемы для прогнозирования погоды. Команда под руководством Саммер Руппер из Университета штата Юта в Солт-Лейк-Сити решила одну из этих проблем, разработав модель, которая различает лед и снег, отложившиеся в регионе в сезон дождей, и те, что образовались в результате зимних штормов. что ученые могут изучить, где и когда может выпадать снег в течение года.
Предварительные выводы
В последний год исследования HiMAT, по словам Арендт, исследования собираются вместе, и научные статьи групп готовятся к публикации. Один из наиболее тревожных выводов заключается в том, что к 2100 году ледники будут на 35-75% меньше в объеме из-за быстрого таяния. Статья, опубликованная 19 июня в журнале Science Advances членами команды HiMAT, подтверждает этот вывод анализом спутниковых данных о ледниках в Гималаях за 40 лет. (Первые годы данные, которые исследователи использовали для этого исследования, получены с рассекреченных спутников-шпионов.) Мало того, что все ледники в Гималайском хребте теряют лед, средняя скорость потери льда удвоилась за первые 25 лет спутниковых данных, 1975-2000 гг., и последние 16 лет, 2000-2016 гг.
Изменятся ли также дождь и снегопад, и будут ли изменения усугублять или смягчать последствия потери льда, пока не ясно. Осадки уже значительно варьируются от одного диапазона к другому в этом регионе в зависимости от сезона дождей и потока зимних штормов в этом районе. Например, количество осадков в настоящее время увеличивается в Каракорумском хребте, где ледники либо стабильны, либо наступают, но в любом другом хребте этого региона почти все ледники отступают. Пока неясно, будет ли эта аномалия продолжаться, усиливаться или восстанавливаться по мере того, как климат будет продолжать меняться. «Глобальная динамика климата будет определять, где заканчиваются штормы и как они пересекают горы», - сказала Арендт. «Даже небольшие изменения в отслеживании штормов могут привести к значительной изменчивости».
Подобные выводы объясняют, почему команды HiMAT стремятся дополнить свой набор инструментов GMELT, отметила Арендт. Новые продукты предложат лицам, ответственным за принятие решений, наилучший из возможных набор знаний о том, как высокогорная Азия менялась за последние десятилетия, а также новый набор ресурсов, которые помогут им спланировать, как лучше всего подготовиться к будущему этого труднопредсказуемый регион.