05/10/2024
0Затопленная елочная ферма в Буне, штат Северная Каролина, 27 сентября 2024 года. Melissa Sue Gerrits/Getty Images
Ураган “Хелене” вызвал смертоносные и разрушительные наводнения, пронесшиеся по Юго-Востоку 26-29 сентября 2024 года. На обширной территории западной части Северной Каролины, где произошло самое сильное наводнение, количество осадков превысило уровень, который в среднем ожидается лишь раз в 1000 лет. Но это был не первый такой ливень в Северной Каролине в этом году. В середине сентября безымянный малоподвижный шторм принес более фута осадков ближе к атлантическому побережью. Этот шторм затопил районы, которые уже были залиты тропическим штормом “Дебби” в августе. Как ученые-атмосферологи и климатологи штата, мы считаем важным, чтобы общественность понимала риск возникновения экстремальных явлений. Это особенно актуально в связи с тем, что изменение климата меняет условия, которые создают и подпитывают штормы. Вот как ученые рассчитывают вероятность шторма и почему такие события, как шторм в 1000 лет, могут происходить в некоторых местах гораздо чаще, чем это можно предположить.
Расчетное количество осадков, полученное с помощью радаров и осадкомеров за 72 часа после урагана “Хелене” (справа, в дюймах), и места, где вероятность превышения 0,1% в год (слева). Расс Шумахер, Университет штата Колорадо
Прогнозирование будущего на основе прошлого
Оценки периодов возврата осадков – сколько времени в среднем проходит между штормами определенного размера – поступают от Национального управления океанических и атмосферных исследований США, в котором работает Национальная метеорологическая служба. NOAA публикует эти прогнозы в серии отчетов под названием “Атлас 14”. Архитекторы и инженеры используют их при проектировании зданий, плотин, мостов и других сооружений, способных выдержать сильные осадки. В прогнозах используются данные о прошлых осадках, чтобы рассчитать, как часто в данном месте случаются ливни разного размера. В местах, где исторические наблюдения за осадками собирались в течение десятилетий, можно с высокой степенью достоверности рассчитать количество осадков, которое в среднем превышается один или два раза в год.
На метеорологических станциях по всей территории США уже более века используется стандартный 8-дюймовый дождемер для измерения количества осадков. Воронка в верхней части направляет осадки во внутреннюю трубку, которая вмещает ровно 2 дюйма воды. Когда внутренняя трубка заполняется, вода переливается во внешнюю трубку, которая вмещает 20 дюймов воды. Национальная метеорологическая служба
Затем эксперты используют статистические методы, чтобы оценить, как часто будут выпадать большие объемы осадков. По мере увеличения количества осадков расчеты становятся все менее точными. Но все же можно сделать разумные оценки очень редких дождевых явлений.
В результате получаются средние вероятности того, что определенное количество осадков выпадет в данном месте в любой год. Если вероятность того, что в течение 24 часов выпадет 6 дюймов (15 сантиметров) осадков, составляет 1 %, то мы ожидаем, что такой шторм будет происходить раз в 100 лет, поэтому период возврата считается равным 100 годам. Событие с вероятностью 0,1 % может произойти в любой год в среднем раз в 1000 лет, поэтому его называют 1000-летним событием.
Это не “раз и готово”.
Проблема с такими терминами, как “100-летнее событие” или “1000-летнее событие”, заключается в том, что многие люди, услышав их, полагают, что они означают, что еще один шторм такого размера не должен произойти в течение 99 или 999 лет. Это разумный вывод, но он неверен. Каждый шторм – это отдельное событие, поэтому если один из них стал необычайно сильным, это не значит, что другой шторм через год также не может превысить все шансы.
Представьте, что вы бросаете пару игральных костей. Вероятность того, что выпадет пара шестерок, невелика – всего 1 к 36, или чуть меньше 3 %. Но если вы бросите кости еще раз, шансы не изменятся – они такие же, как и в предыдущем броске.
6Более точный способ оценить шансы шторма – подумать о годовой вероятности превышения – шансе, что ливень данного размера может произойти в любой отдельный год. Вероятность того, что шторм продолжительностью 1 000 лет произойдет в любой год, составляет 0,1 %, и такая же вероятность повторится в следующем году и в последующие годы.
Места на континентальной части США, где в период 2002-2023 гг. выпало 1000-летнее 72-часовое количество осадков. На северо-западе США точки не показаны, так как атлас NOAA Atlas 14 не был доступен в этом регионе до недавнего времени. Расс Шумахер, CC BY-ND
Поскольку США – большая страна, нам следует ожидать, что каждый год будет происходить множество ливней с вероятностью 0,1%. Вероятность того, что такой шторм произойдет в каком-то конкретном месте, крайне мала, но вероятность того, что он произойдет где-то, становится намного выше.
Другими словами, даже если вы вряд ли столкнетесь с 1000-летним штормом в своем месте, скорее всего, где-то в стране каждый год будут происходить 1000-летние штормы.
В разных районах бывают разные виды штормов
В реальном мире дождевые штормы не распределяются случайным образом; они являются результатом атмосферных процессов, таких как грозы и ураганы, которые порождаются местными и региональными климатическими закономерностями. Так, на карте реальных 1000-летних ливней можно увидеть скопления ураганов на Восточном побережье, атмосферных рек на Западном побережье и грозовых комплексов на Великих равнинах, где формируются грозовые системы.
Типы штормов имеют значение, потому что они отличаются по продолжительности. Почти все редкие 1-часовые экстремальные осадки связаны с грозами, в то время как те, что длятся 48 или 72 часа, часто вызываются ураганами или их остатками.
На этой карте показан период возврата ураганов любой силы до 2018 года. Районы с наибольшим периодом возврата ураганов – это прибрежные районы Северной Каролины, южной Флориды и юго-восточной Луизианы – примерно раз в пять-семь лет. Карта не отражает влияния изменения климата с 2018 года. NOAA
В Северной Каролине и Южной Каролине, которые часто страдают от ураганов и тропических штормов, за последние годы выпало множество экстремальных осадков. Среди них – рекордные по силе ливни в октябре 2015 года в Южной Каролине, ураган Мэтью в 2016 году, ураган Флоренс в 2018 году, вышеупомянутый безымянный шторм в сентябре 2024 года, а теперь еще и ураган “Хелене”.
Более того, с 2002 года три урагана в США, которые обрушили на самые большие территории осадки величиной в 1000 лет, обрушились на Каролину: ураган в октябре 2015 года, “Флоренс” и “Хелене”.
Загрузка погодных кубиков
Почему всего за несколько лет на Каролины обрушилось так много штормов, которые, по историческим и статистическим данным, должны быть крайне редкими? Есть две основные причины, которые связаны между собой.
Во-первых, оценка вероятности редких событий требует все большего объема данных. Атлас 14 NOAA последний раз обновлялся для Каролинских островов в 2006 году, и в этих расчетах использовались данные только по 2000 году. По мере того как происходит больше штормов и собирается больше данных, оценки становятся все более надежными. Учитывая, что надежные измерения осадков проводятся только в течение 100 лет, истинная вероятность такого количества осадков в Каролинах до сих пор могла быть недооценена.
Во-вторых, эта статистика предполагает, что климат не меняется, но мы-то знаем, что он меняется. Особенно в регионах, расположенных вблизи побережья, частота сильных дождей увеличилась в результате антропогенного изменения климата. Более теплый воздух способен удерживать больше влаги, а более теплые океаны обеспечивают эту влагу топливом для сильных дождей.
В результате изменения климата ливни, которые раньше случались крайне редко, теперь становятся несколько более вероятными. И хотя в последние годы Каролинам особенно не везло, кости также складываются в пользу более сильных дождей – тенденция, которая создает серьезные проблемы для обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям и восстановления.
В настоящее время NOAA разрабатывает Атлас 15, в котором будут обновлены текущие оценки с учетом более свежих данных и последствий изменения климата. Агентство также планирует модернизировать свои оценки связанной с этим величины, известной как вероятный максимум осадков, который представляет собой оценку наихудшего количества осадков, которое может выпасть в том или ином месте.
Инженеры используют эти оценки для проектирования крупных важных объектов, таких как плотины, которые могут выдержать наводнение, которое может произойти при самом неблагоприятном сценарии выпадения осадков в этих местах. Северная Каролина разработала собственную версию Атласа 15 в связи с острой необходимостью планирования транспортной инфраструктуры на случай таких событий, как Флоренция и Хелена.
Эти обновления предоставят информацию, которая может быть использована для более эффективного планирования и принятия решений. Несмотря на это, экстремальные осадки по-прежнему будут представлять собой серьезную опасность, оказывая значительное воздействие на многие населенные пункты США.
