08 апреля 2024
Мнение: Считается, что экстремальные погодные явления чаще случаются за пределами крупных городов — на открытых пространствах.
На деле: Оказалось, что в Москве чаще наблюдаются более сильные дожди и ветер, нежели в её окрестностях.
Учёные из НИУ ВШЭ, МГУ им. М.В. Ломоносова, Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и Пермского государственного университета изучили эффект влияния городской среды на экстремальные осадки и ветер на примере Москвы. Исследование, выполненное на основе долгосрочного моделирования, в России проведено впервые. Выяснилось, что мегаполис существенно усиливает экстремальные погодные явления. Более сильные дожди и ветер чаще наблюдаются в пределах Москвы и к северо-востоку от неё, нежели в пригородах. Результаты работы опубликованы в журнале Urban Climate.
Полученные выводы важно учитывать при реализации мер адаптации Москвы к изменению климата, также они могут быть полезны при выборе районов для проживания, полагает один из авторов исследования, климатолог, доцент базовой кафедры Института географии РАН факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ Александр Чернокульский.
Исследование является частью стратегического проекта НИУ ВШЭ «Национальный центр научно-технологического и социально-экономического прогнозирования».
Городские территории, особенно крупные, оказывают серьёзное влияние на климатические процессы в нижних слоях атмосферы. Один из наиболее известных эффектов — городской остров тепла — превышение температуры в городской черте по сравнению с сельской местностью или окружающим природным ландшафтом. Данное явление связано с антропогенными выбросами тепла, влаги и загрязняющих веществ, а также изменением радиационного баланса из-за специфических свойств искусственных материалов и т.п.
Влияние городских эффектов на осадки и облачность давно известно благодаря исследованиям в области городской метеорологии. Однако осадкам всегда уделялось меньше внимания, чем температуре воздуха, его качеству, ветрам и радиации. Впервые на тенденцию образования гроз над городами учёные обратили внимание в 1920-е годы. Позже эта проблема изучалась в 1970-1980-е на примере таких крупных городов США, как Сент-Луис, Чикаго, Кливленд, Вашингтон, Хьюстон и Новый Орлеан.
Недавние обзоры литературы показывают, что влияние городов на осадки и конвективные явления, связанные с вертикальным подъёмом воздуха, зафиксированы практически на всех континентах. Согласно научным данным, главные физические драйверы подобных процессов:
термодинамические — более высокие температуры и тепловые потоки;
динамические — более высокая неровность;
микрофизические — аэрозольное загрязнение атмосферы.
Согласно ряду исследований, эти факторы могут модифицировать существующие конвективные системы, способствовать образованию новых, а также выступать в качестве триггера усиления грозовой активности. Так, в одной из работ, на основе десятилетнего моделирования климата в четырёх мегаполисах средних широт, было показано, что урбанизация может значительно увеличить частоту и чуть менее — интенсивность экстремальных осадков.
Кроме того, город способствует увеличению объёма крупного града примерно на 20%, а урбанизация может усилить потенциал торнадо. Эти результаты были получены на примере Канзас-Сити (США). К сожалению, на территории Евразии подобные исследования ранее не проводились, отмечают авторы новой работы.
Влияние Москвы на на комплекс атмосферных явлений оценивалось впервые. В ходе работы климатологи использовали набор данных, основанный на долгосрочном моделировании погодных явлений в Московском регионе в тёплое время (с 1 мая по 31 августа) в 2007-2016 годах. Соответствующие данные были созданы с помощью региональной климатической модели COSMO-CLM. Анализировались такие переменные, как максимальная скорость ветра в пределах часа на высоте 10 метров, вертикальные компоненты скорости ветра на высоте 1, 1,5, 2 и 5 км, часовая норма осадков и их суточное количество, в том числе частота сильных ливней.
Кроме того, использовался показатель спиральности восходящего потока. Он служит хорошим индикатором наличия в конвективном облаке мезоциклона — вращающегося столба воздуха, который иногда «опускается» до Земли и переходит в торнадо.
Результаты моделирования показали статистически значимое влияние города на различные переменные количества осадков. В среднем на большей части территории Москвы, а также в пригородах к северо-востоку от Москвы выпадает больше осадков. Смещение влияния города на погодные явления на северо-восток объясняется преобладанием ветров западного и юго-западного направления над Восточно-Европейской равниной в летний сезон.
В среднем фактор города даёт для Москвы до четырёх дополнительных дождливых дней и на два дня больше сильных ливней за летний сезон, когда выпадает более 20 мм осадков.
Более сильный ветер также чаще наблюдаются в городе и к северо-востоку от него. Дополнительно интересные данные были получены для спиральности восходящего потока и вертикальной скорости ветра. «Вертикальная скорость в пограничном слое атмосферы, а также в нижней и средней тропосфере, и спиральность (как бы “закрученность”) восходящего потока, несомненно, являются важными факторами в формировании сильных конвективных явлений», — отмечают авторы.
Речь идёт о таких экстремальных событиях, как, например, шквал, смерч и крупный град. Оказалось, что городская среда приводит к 50-процентному росту критических значений вертикальной скорости ветра. Влияние города наиболее выражено на высоте 2 и 5 км и особенно сильно на востоке Москвы.
«Примерно на 50% растёт и повторяемость событий, когда одновременно наблюдаются очень сильные ливни и очень сильный приземный ветер», — комментирует Александр Чернокульский. Таким образом, приходят к выводу учёные, городская среда может влиять на возникновение комплексных явлений — экстремальные осадки на фоне столь же экстремального ветра.
Полученные данные соответствуют предыдущим исследованиям зарубежных климатологов по другим городам. Однако неожиданным результатом оказалось увеличение частоты возникновения экстремальных скоростей ветра над городскими районами. Это противоречит общепринятому представлению о том, что скорость ветра в городах обычно снижается из-за большей шероховатости поверхности.
Впрочем, известны исключения из этого правила — при определённых условиях скорость ветра в городах действительно может превышать фоновые значения, в результате чего образуется «городской остров ветров». Полученные данные, как отмечают исследователи, подтверждают важность роли более интенсивного вертикального потока ветра над городом в формировании экстремальных погодных явлений.
Результаты исследования необходимо учитывать при прокладывании ливневой канализации в Москве или учёте влияния застройки на ветровой режим, отмечает Александр Чернокульский. Также они могут быть полезны и при выборе горожанами районов для проживания.
Авторы обращают внимание, что города станут более уязвимыми к экстремальным погодным условиям при текущих темпах урбанизации на фоне изменения климата. В будущих исследованиях, по их мнению, важно проанализировать влияние размера города на интенсивность и количество осадков, а также ветровых явлений.
IQ
Владимир Платонов, старший научный сотрудник географического факультета кафедры метеорологии и климатологии МГУ им. М.В. Ломоносова
Михаил Варенцов, доцент базовой кафедры Института географии РАН факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ, старший научный сотрудник Лаборатории суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов МГУ им. М.В. Ломоносова
Юлия Ярынич, аспирант МГУ им. М.В. Ломоносова, младший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Андрей Шихов, профессор кафедры картографии и геоинформатики Пермского государственного университета
Александр Чернокульский, доцент базовой кафедры Института географии РАН факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ, заместитель директора Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
