Чтобы решать проблемы экстремальных погодных явлений и нехватки воды, ученые изучают «невидимые реки»

На поверхности земли есть обычные реки, которые обеспечивают местных жителей средствами к существованию и поддерживают биоразнообразие, а вот по небу текут реки невидимые, и они переносят больше водяного пара, чем все реки на планете вместе взятые. Эти магистральные пути переноса влаги — так называемые атмосферные реки — оказывают огромное влияние на погоду и характер осадков во всем мире. 

Изменение климата и деятельность человека влияют на свойства атмосферных рек, что ведет к изменению их траектории и таким экстремальным погодным явлениям, как наводнения, бури и засухи. Изучение изотопов в атмосферных реках может помочь нам понять и отследить их передвижение, что позволит с большей точностью предсказывать погоду и экстремальные погодные явления.

Атмосферные реки — это естественно возникающие полосы концентрированного водяного пара длиной в тысячи километров, проходящие через атмосферу Земли. Они образуются, когда вдоль экватора испаряется сильно нагретая солнцем морская вода. Ветром водяной пар относит к полюсам, что создает «реки в небе», которые обычно «текут» не выше 3000 метров над землей — это примерно треть высоты Эвереста. Достигая побережья, атмосферные реки поднимаются вверх, а приближаясь к горам, проливаются в виде дождя и снега.

Атмосферные реки обеспечивают пресной водой многие регионы мира, особенно прибрежные. В Калифорнии, на западном побережье Соединенных Штатов Америки, атмосферные реки являются источником около половины годового объема осадков, которые необходимы для заполнения водохранилищ и ведения сельского хозяйства. На них также приходится 30–60% годового объема осадков на побережье восточного Китая, Корейского полуострова и на западе Японии.

По мере повышения температуры на планете в атмосфере накапливается все больше влаги, в результате чего вода, накопленная в атмосферных реках, проливается более частыми и обильными осадками. Во многих прибрежных регионах Восточной Азии на это явление приходится более 80% сильных дождей.

«По мере потепления климата экстремальные погодные явления становятся все более интенсивными, и многие из них связаны с атмосферными реками», — рассказывает Джули Калански, заместитель директора Центра западных погодных и водных экстремальных явлений при Скриппсовском институте океанографии.

Вместе с тем атмосферные реки перемещаются от экватора к полюсам. Они становятся менее распространенными в субтропических регионах, которые сегодня сталкиваются с сокращением запасов воды и засухой, в то время как в других регионах — например на северо-западе Тихого океана, в Европе и Арктике — выпадают более обильные осадки и чаще происходят наводнения.

«Каждый год характеристики атмосферных рек сильно меняются, поэтому предсказать количество связанных с ними осадков трудно, — объясняет Калански. — Такая непредсказуемость сезонных осадков создает серьезные проблемы для управления запасами воды».

Для изучения влияния изменения климата на атмосферные реки ученые используют стабильные изотопы — нерадиоактивные формы атомов. Эти методы позволяют определять источники водяного пара, расстояние, преодолеваемое им в атмосфере, место выпадения в виде осадков и связь с круговоротом воды. Эта информация может быть использована, чтобы прогнозировать экстремальные погодные явления и смягчать их последствия, определять риски наводнений и управлять водными ресурсами, особенно в период засухи.

В рамках нового проекта координированных исследований МАГАТЭ изотопные индикаторы интегрируются в гидрологические и климатические модели, чтобы отслеживать и моделировать перемещения воды в различных состояниях и ее изменения в ходе круговорота воды.

«Данные, которые мы получим в рамках этого проекта исследований, помогут оценить растущие риски наводнений, засух и дефицита воды, — объясняет руководитель секции изотопной гидрологии МАГАТЭ Джоди Миллер. — Кроме того, благодаря проекту страны смогут разработать стратегии по снижению рисков, совершенствовать методы управления водными ресурсами и повышать устойчивость к изменению климата».

«Мы используем данные об изотопах водяного пара, чтобы повысить точность прогнозов погоды, — рассказывает участник проекта Кэй Йосимура, профессор Института технических наук Токийского университета. — Благодаря данным об изотопном составе, которые особенно актуальны для средних широт, можно будет с большей точностью предсказывать пути переноса влаги и характер осадков, связанных с атмосферными реками».

Проект осуществляется на основе данных Глобальной сети «Изотопы в осадках» (ГСИО), которая в течение 65 лет отслеживает осадки на более чем 1000 станциях мониторинга по всему миру. Данные ГСИО можно использовать для анализа происхождения, характера осадков, связанных с атмосферными реками, и путей их перемещения, что позволит лучше изучить динамику их свойств в условиях потепления климата.