Влажность почвы стала ключевым фактором для прогноза наводнений

Атмосферные реки несут ответственность за большинство наводнений на Западном побережье США, но в то же время обеспечивают регион необходимой влагой. Однако размер этих штормов не всегда напрямую связан с риском затопления, поскольку важную роль играют и другие факторы на земле. Новое исследование помогает разобраться в этих скрытых причинах наводнений, чтобы лучше подготовить население и специалистов по управлению водными ресурсами.

В рамках исследования, опубликованного в Journal of Hydrometeorology, было проанализировано более 43 000 штормов, вызванных атмосферными реками, в 122 водосборных бассейнах Западного побережья в период с 1980 по 2023 год. Ученые установили, что одной из главных движущих сил наводнений является переувлажненная почва, которая не способна впитывать дополнительную воду во время шторма. Данные показывают, что пики наводнений были в среднем в 2–4,5 раза выше, когда почва была уже влажной. Эти выводы объясняют, почему некоторые атмосферные реки вызывают катастрофические наводнения, в то время как другие, сопоставимой интенсивности, не приводят к таким последствиям. Даже слабые штормы могут спровоцировать крупные наводнения, если их осадки попадают на насыщенную влагой землю, тогда как сильные штормы могут принести пользу иссушенному ландшафту, не вызывая затоплений.

Мариана Уэбб, ведущий автор исследования из Института исследования пустынь DRI и Университета Невады в Рино, объясняет, что наводнения, вызываемые любыми явлениями, и в частности атмосферными реками, зависят не только от размера и силы шторма, но и от состояния поверхности земли. Ее работа демонстрирует ключевую роль, которую может играть предварительная влажность почвы в смягчении или усилении наводнений. Интересно, что масштабы наводнений не увеличиваются линейно с ростом влажности почвы; существует критический порог влажности, при превышении которого начинают наблюдаться значительно более мощные потоки воды.

Исследование также выявило экологические условия регионов, где влажность почвы оказывает наибольшее влияние на наводнения. В засушливых районах, таких как Калифорния и юго-западный Орегон, штормы, приходящие на уже насыщенные влагой земли, с большей вероятностью вызывают наводнения. Это связано с тем, что водосборные бассейны в этих регионах обычно имеют неглубокие, богатые глиной почвы и ограниченную способность к накоплению воды. Из-за более низкого уровня осадков и высоких темпов испарения влажность почвы здесь также более изменчива. В отличие от них, в более влажных регионах штата Вашингтон, а также во внутренних районах Каскадных гор и Сьерра-Невады, водосборные бассейны, как правило, имеют более глубокие почвы и снежный покров, что обеспечивает большую водоудерживающую способность. Хотя насыщение почвы все еще может играть роль в возникновении наводнений в этих областях, учет влажности почвы менее ценен для управления паводками, поскольку земля здесь постоянно влажная или изолирована снегом.

Уэбб говорит, что целью работы было определить водосборные бассейны, где дополнительная информация о влажности почвы может улучшить понимание риска наводнений. Именно в бассейнах с более засушливым климатом, где влажность почвы более изменчива из-за испарения и нерегулярных осадков, можно добиться значительных улучшений в прогнозировании наводнений. Хотя данные о влажности почвы в настоящее время измеряются на метеорологических станциях, таких как сеть SNOTEL от Министерства сельского хозяйства США, эти наблюдения относительно редки по сравнению с другими показателями, например, количеством осадков. Влажность почвы также может сильно варьироваться в пределах одного водосборного бассейна, поэтому для получения четкой картины часто требуется несколько станций. Усиленный мониторинг в бассейнах с высоким риском, включая наблюдения за влажностью почвы в реальном времени, мог бы значительно усовершенствовать системы раннего предупреждения и управления наводнениями, особенно в условиях, когда атмосферные реки становятся все более частыми и интенсивными.

Исследование показывает, как можно улучшить прогнозы риска наводнений, адаптируя их к физическим характеристикам и климату конкретного водосборного бассейна. Риск наводнения возрастает не только с размером и силой шторма, но и с влажностью почвы, что подчеркивает ценность интеграции данных о состоянии земной поверхности в оценку последствий атмосферных рек. Мариана Уэбб подчеркивает, что ее исследование находится на стыке двух дисциплин: атмосферной науки и гидрологии. Иногда возникает разрыв, когда климатологи изучают воду до момента ее выпадения в виде дождя, а гидрологи начинают свою работу, когда вода уже на земле. Целью Уэбб было изучить, как можно лучше связать эти две области.

Кристин Альбано, экогидролог из DRI и соавтор исследования, подтверждает, что работа Уэбб помогает количественно определить тот уровень насыщения почвы, который приводит к резкому увеличению риска наводнений в различных районах Западного побережья. Она добавляет, что достижения в прогнозировании погоды позволяют видеть приближение атмосферных рек за несколько дней до их прихода. Сочетая информацию из прогнозов с данными о том, насколько влажность почвы близка к критическому уровню для конкретного водосборного бассейна, можно значительно улучшить системы раннего предупреждения о наводнениях.