Серия крупных наводнений в Австралии в последние годы попала в заголовки мировых газет. Люди во всем мире были шокированы, увидев, что Сидней, город, известный Олимпиадой 2000 года, мостом Харбор-Бридж, Оперным театром, культурой Саншайн и Бонди-бич, в этом году был затоплен внезапными наводнениями. Но были ли эти наводнения причудливым явлением или признаком грядущих событий?

Наше исследование показало тревожное увеличение по меньшей мере на 40% скорости выпадения осадков во время самых интенсивных быстрых ливней в Сиднее за последние два десятилетия. О таком быстром увеличении пиковой интенсивности осадков нигде не сообщалось, но, возможно, это происходит в других частях мира.

Наши выводы, опубликованные сегодня в журнале Science, имеют серьезные последствия для готовности города к внезапным наводнениям. Более интенсивные ливни, вероятно, приведут к переполнению систем ливневой канализации, которые были спроектированы для прошлых условий.

На приведенной ниже диаграмме показано увеличение количества осадков в результате быстрых ливней для каждого из трех метеорологических радаров (в Ньюкасле, Терри-Хиллз и Вуллонгонге). Все радары показывали скорость изменения не менее 20% за десятилетие.

Чтобы повысить нашу уверенность, мы также рассчитали изменение для быстрых дождевых вспышек, наблюдаемых двумя радарами (Вуллонгонг и Терри Хиллс) одновременно. Темпы изменения этих штормов намного выше (80-90% за десятилетие), чем для штормов, обнаруживаемых только одной радиолокационной станцией.

Одним из возможных объяснений может быть то, что это более экстремальные штормы, которые хорошо развиты и могут быть замечены двумя радарами одновременно. Таким образом, вполне возможно, что изменение количества осадков для хорошо развитых быстрых ливневых потоков еще больше.

Что такое быстрые дождевые порывы?

Быстрые ливни — это очень сильные ливни, длящиеся менее часа, часто всего десять минут.

Эти события, как правило, сильно локализованы. Они могут быть частью более крупного шторма или формироваться независимо.

Сильные дожди могут привести к быстрому накоплению огромного количества воды в небольшом регионе. Это почти не оставляет времени для того, чтобы вода впиталась в землю или была унесена реками и городскими каналами, такими как желоба и ливневые стоки.

Внезапные наводнения, особенно в городах и крутых горных районах, являются одним из основных разрушительных последствий этих штормов. Последствия включают гибель людей, ущерб имуществу и инфраструктуре, такой как мосты и дороги, потери урожая и домашнего скота, а также перебои в электроснабжении и водоснабжении.

Метеорологам и климатологам было трудно исследовать структуру быстрых ливней и их изменения с течением времени. В последнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) этот вопрос был поднят как проблема, которую необходимо преодолеть.

Главным препятствием является мелкомасштабный характер этих событий, который трудно зафиксировать обычными приборами наблюдения, такими как датчики дождя и спутники. Климатические модели также не могут непосредственно имитировать быстрые дожди. Эти трудности ограничивают нашу способность понимать и предвидеть изменения в этих событиях.

Метеорологические радары способны видеть эти штормы. Однако ранее они не использовались для изучения изменений с течением времени. Это было связано с неопределенностью в отношении того, будут ли они измеряться последовательно с течением времени, и трудностями в доступе к данным.

В сотрудничестве с Бюро метеорологии мы разработали новый метод преодоления этих ограничений. Мы использовали метеорологические радиолокационные карты Сиднея, созданные тремя перекрывающимися радиолокационными станциями (в Ньюкасле, Терри-Хиллз и Вуллонгонге) в течение двух десятилетий. Используя методы обработки изображений, мы идентифицировали и отслеживали штормы, наблюдаемые более чем одним радаром одновременно.

Все три радара подтвердили удивительно высокую скорость изменения интенсивности самых сильных быстрых ливней. Количество осадков в регионе увеличивалось по меньшей мере на 20% за десятилетие. Мы обнаружили аналогичные тенденции к увеличению кратковременных пиковых осадков на девяти высокоточных измерительных станциях в регионе.

На приведенном ниже графике показана норма осадков для первых 5% всех кратковременных дождей, регистрируемых отдельно каждым радаром каждый год, относительно среднего значения за весь период. (Цифры, приведенные для каждого радара, представляют собой соотношение. Он рассчитывается путем деления количества осадков, выпадающих в топ-5% случаев быстрых дождей каждый год, на среднюю частоту таких дождей за весь период, охватываемый этим радаром. Это позволяет нам сравнивать скорости изменения для радаров с различными калибровками и конфигурациями.)

По данным радара Вуллонгонга, средняя скорость этих быстрых выпадений осадков за последние 20 лет составляет около 35 мм в час. Средние значения для радаров Terrey Hills и Newcastle составляют около 60 мм/час и 25 мм/час соответственно.

Что это означает для инфраструктуры?

Такая высокая скорость изменений вызывает беспокойство, но также и увлекательна с научной точки зрения.

Это вызывает беспокойство, потому что инфраструктура борьбы с наводнениями была спроектирована в соответствии с количеством осадков, наблюдавшихся много лет назад. Это изменение интенсивности дождевых потоков не было должным образом учтено в стандартах проектирования таких сооружений, как водостоки, каналы, задерживающие бассейны и береговые средства защиты от наводнений.

Увеличение на 40% всего за два десятилетия означает, что мы должны пересмотреть существующие системы и стандарты борьбы с наводнениями. Нам также нужно выяснить, происходит ли это где-то еще или только в Сиднее.

Несмотря на резкое увеличение интенсивности быстрых ливней, мы обнаружили незначительные изменения в суточном или даже ежечасном количестве осадков в том же регионе, если таковые вообще были.

Непонятно, почему такие большие изменения в выпадении осадков могли произойти без изменений в среднем количестве осадков за все время штормов. Это открытие указывает на то, что нам еще многому предстоит научиться.

Хотя причины этого неожиданного изменения в быстрых выпадениях дождей до сих пор неизвестны, мы показали, что это не может быть объяснено регулярными климатическими колебаниями, такими как Эль–Ниньо -Южное колебание, диполь Индийского океана и Южный кольцевой режим. Исключение этих объяснений оставляет изменение климата в качестве вероятного фактора этих изменений. Необходимы дальнейшие исследования штормов, чтобы понять основной вклад климатических процессов.

Следующим шагом является более широкое применение этой новой техники анализа погодных радаров, включая другие города по всему миру, для изучения возможных причин этого тревожного изменения в наших штормах.