Ученые проследили изменения количества и сроков наводнений в связи с изменением климата

Ученые МГУ имени М. В. Ломоносова в составе международного коллектива установили, как изменения климата влияют на наводнения в западной части Евразии: в странах Европы и на европейской части России.

Возможно, именно анализ сезонности наводнений станет ключом к пониманию того, как изменения климата влияют на водность рек. Результаты многолетних исследований опубликованы в журнале Science.
Исследователи задались целью — понять, в какое время года расход воды в реках Европы максимален и как эта величина изменилась за последние десятилетия. Чтобы определить, как формируются наводнения, а также какое влияние на них оказывает изменение климата, ученые проанализировали, как изменились сроки начала и окончания периодов максимального расхода воды. Расход воды — это объем воды, протекающей за секунду через поперечное сечение реки.

Существуют три механизма возникновения наводнений, каждый из них характерен для определенного региона. Одни наводнения образуются за считанные дни или даже часы после выпадения интенсивных ливней. В других регионах наводнения связаны исключительно с таянием снега, а в третьих для их возникновения необходим длительный период подготовки: влага накапливается в почве за счет небольших дождей, и уже не столь выдающееся событие приводит к образованию наводнения. Ученые следили за наводнениями, связанными как с дождевыми осадками, так и со снеготаянием, но особое внимание было уделено фактору почвенной влаги.

«Впервые в масштабе целого континента были выявлены существенные сдвиги в сроках прохождения наводнений. В различных регионах тенденции имеют разный знак», — сообщает Наталья Фролова, доктор географических наук, соавтор исследования, заведующая кафедрой гидрологии суши географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Чтобы охарактеризовать, как меняется полноводность рек, ученые используют понятие водность — сколько воды проносит река за отрезок времени по сравнению с нормой для данного периода. На северо-востоке Европы максимумы водности сдвинулись назад на 8 дней. Наиболее сильные изменения наблюдаются на Атлантическом побережье (Португалия — Великобритания): там максимумы водности сместились на 16 дней раньше. В Средиземноморье тенденции неоднозначны и зависят от конкретного региона.

В Южной Англии и на северо-западе Испании (в Иберии) наводнения в основном происходят не из-за экстремальных осадков, а из-за почвенной влаги. Несмотря на то, что на юге Англии осадки достаточно обильные, в течение 50 лет прослеживается синхронность наводнений именно с показателями увлажненности почвы. То есть сами по себе интенсивные осадки в меньшей степени вызывают наводнения, чем продолжительный период повышенной влажности в регионе. В Иберии механизм работает в чем-то также, а в чем- то иначе: здесь синхронность характерна для временной изменчивости всех трех показателей: максимум увлажненности почвы, максимум осадков и наводнений совпадают в многолетней динамике.

«На северо-западе Европейской России даты прохождения максимумов увлажненности сдвинулись почти на неделю. А на юге эти тенденции также присутствуют, но выражены менее ярко», — комментирует Мария Киреева, соавтор исследования, младший научный сотрудник кафедры гидрологии суши географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Работа является уникальным обобщением данных наблюдений за наводнениями в Европе. Ученые подчеркивают, что своему пространственному масштабу она охватывает целый континент и является, пожалуй, единственной в своем роде работой за последние десятилетия. Это связанно с колоссальной трудоемкостью единообразной обработки больших массивов информации. Было проанализировано около 300 000 значений максимальных расходов и еще столько же дат, к которым они приурочены. Втрое больше цифр было обработано для анализа метеоинформации.

«В Европе не существует единой системы обмена данными гидрологических наблюдений, в отличие от метеорологической информации, обмен которой между странами налажен в рамках WMO. Гидрологические данные во многих странах являются закрытыми, и организовать обмен ими было крайне сложно. Фактически, ученые всех европейских стран объединили свои усилия для понимания процесса формирования наводнений. Только совместные усилия могут пролить свет на фундаментальные вызовы, которые ставит перед нами меняющая природная среда», — комментирует Мария Киреева.

Ученые МГУ анализировали данные станций западной половины европейской части России, на стыке со странами Восточной Европы. На территории общей площадью 500 000 км² удалось собрать информацию с 300 точек наблюдений (гидрологических постов). В целом в работе приводятся данные почти 5000 гидрологических станций по всей Европе за последние 50 лет.

Для обработки рядов наблюдений ученые использовали авторские программы, написанные на современных языках программирования и визуализации Big Data. В качестве метеорологических показателей (предикторов) были выбраны средняя дата прохождения максимума осадков за 7 дней, средняя дата максимального влагозапаса в почве за месяц и средняя дата первого за год интервала с температурой выше нуля.

Связь изменений климата и характеристик масштабности наводнений к настоящему моменту проследить не удалось, поскольку продолжительность рядов наблюдений еще слишком мала. Кроме того, эта связь может быть нарушена за счет изменения хозяйственной освоенности земель: чем более обжита территория, тем вероятнее возникновение ущербов от подъема уровня воды. Именно поэтому в качестве показателя — маркера — была принята сезонность максимумов водности.

«В дальнейшем планируется проанализировать более детально процессы, происходящие в отдельных регионах с различным генезисом наводнений (дождевые паводки, снеготаяние). В частности, есть задумка продолжить более детальные исследования в Восточной Европе», — заключает Мария Киреева.

Если изменения продолжатся, то последствия для экономики различных регионов могут стать ощутимыми. Так, например, более позднее прохождение максимумов водности рек может сократить продуктивность сельскохозяйственных угодий на побережье Северного моря из-за того, что почва будет более сухой в период начала сельскохозяйственных работ. Более ранние сроки прохождения максимумов в Восточной Европе могут привести к неэффективности работы водохранилищ и необходимости пересмотра графиков их наполнения.

Исследование проходило в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ). Работа велась в течение трех лет в сотрудничестве с коллегами из Венского Технического Университета (Institute of Hydraulic Engineering and Water Resources Management, Technische Universität Wien, Vienna, Austria).