Это база торнадо!

За 118 лет в России зафиксировано более 1700 сухопутных смерчей. Однако в течение долгого времени эта информация оставалась неизвестной, а проблема угрозы смерчей и в целом опасных конвективных явлений в нашей стране недооценивалась. Несколько лет назад сотрудник Лаборатории теории климата Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, доцент факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ Александр Чернокульский вместе с коллегами решил создать базу данных по смерчам в России. А IQ.HSE поговорил с учёным о том, как он пришёл к изучению этой темы и что из этого получилось.

— Какова область ваших исследований? Вы всегда занимались климатологией?

— Да, пойти на кафедру метеорологии и климатологии я решил ещё в 2000 году, а уже в 2002 году начал заниматься научной деятельностью. В 2010 году защитил кандидатскую. Основная тема, которой занимался — облачность, облака, влияние облаков на климат, как меняется облачный покров в связи с изменением климата и как сам облачный покров влияет на климат.

Сейчас я работаю в Лаборатории теории климата Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. Мы занимаемся исследованием современных климатических изменений и их причин, оцениваем возможные будущие изменения климата и их последствия. Это основной профиль лаборатории, которая была создана ещё в 1970-х годах, а значит занималась изменением климата с тех времен, когда это не было мейнстримом.

— Тогда откуда у вас появился интерес к смерчам?

— В 2012-ом году в Ханты-Мансийске случился смерч. И у нас с коллегами появилась идея заняться вопросом — смерч в таком северном городе — это случайность или что-то большее? В 2013 году мы выпустили статью, где проанализировали синоптическую ситуацию — как случился этот смерч.

А далее возник следующий вопрос — увеличивается ли количество смерчей в связи с изменением климата? И вот тогда пришло понимание, что у нас вообще нет актуальной, современной, более или менее достоверной информации о количестве смерчей в России. Поэтому с 2014 года я запустил несколько проектов на эту тему, стал собирать базу данных по смерчам, и начал взаимодействовать с коллегой из Перми — Андреем Шиховым, который занимался поиском смерчей по спутниковыми данным.

— Сколько времени заняло создание базы? Из каких источников вы собирали информацию?

— На создание базы ушло около шести-семи лет. В 2020 году я опубликовал первую большую статью на эту тему. Источников было очень много. В том числе, литературные — вплоть до древних летописей. По советскому периоду использовали базу отсканированных газет «Известия», «Правда». В целом, что касается исторических периодов, то главные источники — это газеты, научные статьи, обобщающие книги и хроники. Свою базу по отсканированным газетам нам предоставила компания East View.

А в изучении последних десятилетий, начиная с 1990-х, был активно задействован интернет — поиск по новостям, соцсетям. Информация из соцсетей проходила обязательную проверку, иногда за какой-нибудь ростовский смерч выдавалось торнадо из Оклахомы или Техаса. Мы отсмотрели тысячи фотографий и видео.

Конечно, мы использовали официальную статистику — то, что было собрано Гидрометцентром. Например, одна из баз содержит расчёты для сферы ядерной энергетики, поскольку при постройке атомных станций необходимо учитывать риск возникновения смерчей. Но всё же в этих базах число смерчей существенно недооценивалось.

Если в США создана специальная служба, смерчи стараются отслеживать и оценивать по разрушениям их характеристики, то у нас этим системно не занимаются. В США большую роль играют метеорологические радиолокаторы, у нас есть проблемы с доступом к данным с таких локаторов, да и их сеть покрывает лишь часть нашей страны. Зато мы воспользовались другим преимуществом России — большим количеством лесов. Смерчи в лесах оставляют следы, своеобразные «шрамы», которые мы научились искать на спутниковых снимках.

По сути наша база состояла из двух информационных частей. Первая — о смерчах, у которых были очевидцы. Они наблюдали либо сами смерчи, либо их последствия — разнообразные разрушения. Всего, согласно нашим данным, 55% смерчей наблюдались очевидцами. Вторая часть касается ветровалов. Это как раз смерчи, оставившие следы в лесах, которые хорошо видны на спутниковых снимках. Их, соответственно, — 45%.

— Какие характеристики смерчей есть в вашей базе?

— Это место, время, интенсивность, длина и ширина пути смерча. Также — количество погибших, пострадавших и экономический ущерб, если есть какая-либо информация об этом.

— Как вы определяли время и интенсивность смерчей, которые были обнаружены с помощью спутниковых снимков?

— Если у нас было два безоблачных снимка, на одном из которых лес стоял, а на другом уже нет, то это означало, что где-то между датами создания этих снимков прошёл ветровал. А далее — с помощью данных реанализа — по сути это «прогноз назад» (модель прогноза погоды используется для восстановления характеристик атмосферы на исторических данных), мы восстанавливали дату и время появления смерча.

Интенсивность можно определить с помощью теоретических предпосылок. Грубо говоря, чем длиннее и шире трек, тем мощнее смерч. Мы использовали специальную формулу на основе распределения Вейбулла. У смерчей, которые прошли через постройки, мы устанавливали интенсивность по характеру разрушений, если была информация о них.

— Можно уточнить, чем смерч отличается от схожих явлений, например, от торнадо?

— Смерч по типу водного или слабого сухопутного образуется, когда под облако стекается тёплый воздух и происходит его конвергенция. Иными словами, воздух стекается в одну точку и начинает подниматься вверх — по сути смерч растёт снизу вверх. Такие смерчи случаются на черноморском побережье, иногда они выходят на сушу, но обычно проходят без серьёзных разрушений.

А торнадо — это сильный смерч, который формируется в облаке. Изначально в облаке начинается циклоническая циркуляция, так называемый мезоциклон, который при определённых условиях может дорасти до поверхности земли и перейти в смерч. Таким образом, если водный смерч растёт снизу вверх, то смерч-торнадо — сверху вниз. Например, подобный смерч был в Янауле в 2013 году, в Рузском районе Подмосковья в 2016 году, в Курганской области в 2017.

Золото, лягушки и сало с небес

— Какие существуют закономерности, связанные со смерчами? К каким выводам вы пришли в ходе своих исследований?

— Во-первых, число зарегистрированных смерчей в России за последние десятилетия значительно увеличилось. Так, согласно собранной статистике, всего на территории РФ за период с 1900-го по 2018 год случилось 1763 смерча, из них 1087 пришлось на 2009–2018 годы. Это не значит, что самих смерчей стало больше, но мы точно стали их гораздо лучше фиксировать.

Также, составляя базу, мы, как минимум, восстановили годовой и суточный ходы. Мы видим, что максимум сухопутных смерчей наблюдается в июне. В этом же месяце случается 40% самых сильных смерчей. То есть июнь — самый опасный месяц в плане подобных событий. Время суток — от пяти до шести вечера. В это время стоит быть осторожными. Водные смерчи, черноморские, формируются в основном с июля по сентябрь, в первой половине дня.

— Занимаясь созданием базы, какие интересные открытия вы ещё сделали? Что хотелось бы отметить?

— Самое главное, повторюсь, что мы существенно недооценивали количество смерчей. Предыдущие оценки, популярные в научной среде, были близки к обывательскому представлению о том, что почти все смерчи приходятся на США. Да, для США — это действительно более актуальная угроза. Там формируется свыше 1000 смерчей в год. Для России же смерчи — климатическая угроза второго порядка. Но её масштабы всё же гораздо шире, чем было принято думать. Считалось, что в основном у нас случаются водные смерчи на Черноморском побережье, а сухопутных, по типу торнадо — единицы, максимум десять в год.

Мы же показали, что в России случается на порядок-два больше сухопутных смерчей — 100-300 ежегодно. При этом десятки смерчей — от 10 до 50 — это сильные, со скоростью ветра больше 50 м/с, и один-три — со скоростью ветра больше 70 м/с. Подобный смерч способен на очень сильные разрушения, вплоть до сноса дома.

— С чем связана такая недооценка?

— В первую очередь с тем, что во времена, когда ещё не было таких развитых цифровых технологий, как сегодня, информация о многих смерчах просто оставалась неизвестной. Но тут как раз можно сказать о втором сделанном нами открытии: даже если смерч проходит через метеостанцию, он не всегда фиксируется наблюдателями.

Хрестоматийный случай описан нами в статье в журнале «Метеорология и гидрология» . В 2017 году в Архангельской области через село Карпогоры прошёл смерч. Наблюдатель на местной метеостанции зафиксировал только сильный ветер (порывы до 41 м/с). Смерч не попал ни в какую статистику.

Росгидромет при этом ведёт базу данных опасных явлений, которые нанесли экономический ущерб. Но и в ней ущерб от смерчей также недооценивается. Даже если смерч снёс полдеревни, никакой информации в базе может не появиться. На тот же 2017 год мы зафиксировали в базе 342 смерча, которые случились на территории России. Один из них был четвёртой категории. Это одна одна из самых высоких (всего существует пять категорий). Более того, максимальная из тех, что когда-либо были зафиксированы в нашей стране. Тот смерч произошёл в Курганской области в деревне Малое Песьяново — и он не попал в базу данных Росгидромета.

Однако при этом в базе оказался относительно слабый смерч, случившийся в Перми, который прошёл через складские помещения. Вероятно, компания, которой принадлежали склады, просто вызвала представителей гидрометслужбы, чтобы они зафиксировали и установили природу разрушений. В итоге это единственный смерч за год, попавший в базу официально.

Также в начале августа 2017 года в Тверской области случилась самая крупная вспышка смерчей за всю историю — 56 за день. И опять ни один из них не попал ни в какие статистики.

— Почему метеостанции могут пропустить смерч?

— Если говорить, например, о смерче в Архангельской области, то метеостанция пропустила его потому, что он был как бы скрыт в дожде. Если идёт сильный дождь, и в нём порывы ветра, то наблюдатель не всегда может отследить смерч и зафиксировать, что сначала ветер дул в одну сторону, а потом поменял своё направление.

Кроме того, люди на метеостанциях не обучены распознавать смерчи. Они могут видеть шквал ветра и фиксировать его, не предполагая, что это смерч. Само по себе это явление достаточно локальное. Ширина смерча — десятки, иногда сотни метров, а длина пути — несколько километров. Редкий смерч проходит десятки километров. Таким образом, это достаточно узкий канал. А метеостанций у нас не так много, поэтому смерчи просто могут проходить мимо. Чтобы фиксировать все смерчи, нам необходимо менять систему наблюдений, привлекать метеорологические локаторы, впрочем и они могут также их пропускать.

— Ваша база может дать какие-либо практические результаты в области прогнозирования смерчей?

— Да, но не сама по себе. Дальше мы уже смотрим на условия атмосферы, при которых формируются смерчи, на повторяемость этих условий, происходят ли они чаще или реже. С помощью климатических моделей мы показываем, например, что таких событий в будущем может быть больше в средней полосе России, на юге Дальнего Востока, на юге Сибири.

— Кроме базы по смерчам, вы составляли базы по другим явлениям?

— Да, поскольку для прогнозирования нужно больше данных, мы расширяем информацию и уже берём весь комплекс опасных конвективных явлений. Так, мы создали с коллегами базу опасных конвективных явлений по Центральному федеральному округу (ЦФО), которая включает шквалы, сильные ливни, град. При этом мы разделили осадки на разные типы — обложные и ливневые.

— А в чём разница между ними?

— Обложные осадки — это монотонный дождь, который зарядил, и всё время льёт с одной интенсивностью. А ливневые — короткий сильный заряд, вроде ничего не было, солнце, а потом — хоп! — и все промокли, улицы залило.

Мы показали, что за последние годы — с 1965 по 2019 — резко изменился характер осадков. Общая сумма осадков, которая фигурирует в отчётах Росгидромета, изменилась слабо — за десятилетие лишь небольшой рост — примерно на 2%. Но характер осадков изменился резко. Если в 1970-е годы большую часть составляли обложные дожди, то где-то с 1980-х ситуация развернулась в обратную сторону. И сейчас на юге Сибири, например, две трети вклада в общую сумму вносят ливневые осадки, и только треть — обложные. Причём мы видим рост числа сильных ливней, то есть интенсификацию опасных конвективных явлений. В 2022 году у меня на эту тему также вышла обзорная статья в журнале «Метеорология и гидрология».

— Можно ли сказать, что опасные конвективные явления — сильные ливни, шквалы, смерчи — это одна из угроз, связанных с изменением климата?

— Об этом можно говорить очень осторожно. Например, в США мы видим скорее смещение зоны смерчей — от классической аллеи торнадо в Оклахоме — в сторону востока. Там становится больше смерчей, но общее число этих явлений в стране практически не меняется, даже уменьшается. Применительно к югу Европы можно говорить о росте числа условий для образования смерчей. И также осторожно об этом мы можем говорить относительно России.

Мы видим, что, например, площадь крупных вывалов, связанных с сильными шквалами и смерчами, растёт. За последние 55 лет на европейской территории России есть статистически значимый положительный тренд увеличения числа сильных ливней, и вообще вклада ливневых осадков в общую долю. Также есть статистически значимый тренд роста доли небосвода, занятой кучево-дождевыми облаками. То есть эти облака становятся более мощными. В Арктике за последние 80 лет наблюдается существенный рост количества конвективных облаков.

В дополнение ко всему этому — существует статистически значимый положительный тренд высоты конвективных облаков. Согласно спутниковым данным, они становятся всё выше. А чем выше конвективные облака, тем больше у них, например, молниевая активность. Грозопеленгационные данные показывают, что в течение последнего десятилетия растёт число молниевых вспышек, особенно в северных районах нашей страны.

Можно сказать, что вся семья опасных конвективных явлений точно становится более активной. И это необходимо учитывать при разработке планов адаптации регионов к изменению климата. Особенно на юге Сибири, в средней полосе России, которые подвержены риску возникновения подобных явлений.

Но также без внимания не должен оставаться и центральный регион. Стоит вспомнить шквал ветра в Москве 29 мая 2017 года, когда погибло 18 человек. Такие события могут повторяться. В том числе и сильные ливни, способные затапливать мегаполис. При строительстве ливневок, и в целом при разработке норм строительства, стоит учитывать, что теперь выпадают более сильные осадки за более короткий промежуток времени.

Александр Гиляровский о смерче 1904 года в Москве

— Вы упомянули о росте числа молниевых вспышек, а чем они опасны?

— Чем больше молний и вспышек, тем больше пожаров в удалённых от человека регионах. Понятно, что вблизи населённых пунктов 99% пожаров возникают по вине человека, а на удалённых территориях до трети, а то и половины пожаров случается из-за молниевых ударов. В лесу может начаться пожар, когда молния попадает в дерево. И тушить такие пожары сложнее, поскольку они охватывают бо́льшую площадь.

Стоит учитывать при этом, что пожары — не единственная уязвимость леса, связанная с климатом. В отдельные годы ветровалы, по ущербу для леса, сопоставимы с пожарами.

Например, летом 2010 года, когда стояла мощнейшая жара на европейской территории России, ставшая причиной лесных пожаров, сильного загрязнения атмосферы и огромного количества преждевременных смертей, впервые в нашей стране было зафиксировано два так называемых события деречо (от испанского «прямой» — derecho). Это долгоживущий прямолинейный ветер, шквал, который проходит расстояние более 400 км, причём в отдельных местах с ураганной скоростью.

Деречо случились во время разрушения блокирующих антициклонов, которые сформировали жару. Одно из них в конце июня пошло на северо-восток — Ярославская, Кировская область. А второе пронеслось по территории Новгородской, Ленинградской областей и ушло в Финляндию.

Кстати, базу по шквалам в лесной зоне мы также собирали. Она опубликована в открытом доступе.

— Что может помочь в кратковременном прогнозировании опасных конвективных явлений? И насколько качественно работает система оповещения людей о таких потенциальных опасностях?

— Предупреждение людей об опасных погодных явлениях — большая и серьёзная задача. И пока она решается не с той детализацией, с какой хотелось бы. Мы можем получить смс от МЧС о штормовом предупреждении на достаточно размытый промежуток времени по территории, например, Московской области. Но МО — большая. Обычному пользователю такое смс может ни о чём не говорить. В какой-то момент люди просто перестают обращать внимание на подобные сообщения. А значит — предупреждения должны быть более точными.

Что может помочь в прогнозировании — данные метеорологических радаров, которые делают обзор каждые 10 минут. Таких радаров должно быть больше по стране. Сейчас ими более или менее покрыта европейская территория России, да и то не вся, а также отдельные районы на юге Сибири.

— Может ли обычный человек самостоятельно увидеть данные этих радаров?

— В обобщенном виде на сайте Гидрометцентра есть фактические данные радаров. На основе этих данных свой прогноз делает «Яндекс».

— Над какими проектами вы работаете сейчас?

— Их несколько. Один — на полученный нами грант от Российского научного фонда (РНФ) — связан с изучением условий образования и возможности прогнозирования мезомасштабных конвективных систем, например, облачных кластеров, под которыми формируются семейства опасных явлений. Мы обучили нейронную сеть на нескольких тысячах спутниковых снимков, чтобы с её помощью оценивать риск возникновения тех или иных событий. На данный момент есть проблемы с точной оценкой их повторяемости.

Другие проекты направлены на оценку различных климатических рисков для конкретных регионов, коммерческих компаний, адаптации регионов к климатическим рискам. В частности, такой проект сейчас есть и в НИУ ВШЭ, где я также участвую.
IQ