Города усиливают экстремальные погодные явления — но не все

Города не просто преображают ландшафт — они меняют погоду. Как именно — выяснили специалисты по физике атмосферы из Техасского университета A&M.

В основу исследования легли данные о более 40 000 теплых сезонных штормов, которые прошли над Даллас/Форт-Уэртом, Остином, Сан-Антонио, Хьюстоном и их окрестностями с 1995 по 2017 год. Результаты анализа опубликованы в журнале Nature.

Новацией этой работы стало, что ее авторы не рассматривали все погодные явления скопом, а сначала классифицировали их по типам. Это помогло объяснить, почему предыдущие исследования городских осадков часто давали противоречивые выводы и почему общие утверждения о том, что города «становятся влажнее» или «суше», не передают всей сложности реальных атмосферных процессов.

«Разные штормы движимы разными физическими механизмами. Как только мы разделяем их по типам, закономерности становятся гораздо яснее», — уверяет соавтор статьи профессор Джон Нильсен-Гаммон, климатолог штата Техас.

Вместо того чтобы полагаться на средние многолетние показатели осадков, исследователи ориентировались на отдельные стадии развития каждого ливня — зарождение, движение и распад. Опираясь на детальные данные метеорадаров, штормы сгруппировали в пять распространенных типов:

• одиночные грозовые ячейки;
• более крупные изолированные штормы;
• холодные фронтальные штормы;
• теплые фронтальные штормы;
• тропические системы, включая ураганы.

Мгновенно возникающие грозы

Наиболее сильно урбанизация сказывается на небольших грозах — тех, что мгновенно возникают в жаркие летние дни над городом. Во всех четырех городах такие локальные штормы случались над урбанизированными территориями на 7–31% чаще, чем над сельскими окрестностями. Радарные данные также показали, что над городами эти грозы становятся выше и интенсивнее — признак более мощных восходящих потоков в атмосфере.

Особенно заметен этот эффект по ночам, когда разница температур увеличивается. «Урбанизированные территории сохраняют тепло даже после захода солнца. Это запасенное тепло продолжает подпитывать штормы глубокой ночью, когда аналогичные грозы над сельской местностью к этому времени, скорее всего, ослабевают», — объясняет Нильсен-Гаммон.

Схожие последствия урбанизации выявлены и для более крупных изолированных штормов, которые длятся дольше и охватывают бóльшую площадь, чем одиночные грозовые ячейки. Они тоже чаще возникают над городами и сопровождаются более интенсивными осадками.

Как правило, такие дожди непродолжительны, но очень сильны, поэтому несут дополнительный риск внезапных паводков в городах, где большая часть воды просто не успевает уйти в землю.

Холодные фронты

Иной тренд замечен за холодными фронтальными штормами — крупными, упорядоченными дождевыми системами, образуемыми разницей температур между воздушными массами. Города не влияют на частоту холодных фронтов, но меняют их силу: в городской черте интенсивность осадков снижается примерно на 16–28%.

По всей видимости, городское тепло и рукотворные препятствия — здания и сооружения — разрушают нижнюю часть шторма в ходе его движения через город, полагают исследователи.

«Дожди, связанные с холодными фронтами, определяются резкими перепадами температуры и ветра. Когда фронт входит в более теплую и турбулентную городскую среду, эти контрасты могут ослабевать, что и снижает интенсивность осадков», — считает профессор.

Вместе с тем, есть намеки, что, подходя к городу, холодный фронт может ненадолго усиливаться — но они, как и признаки усиления теплых фронтов, оказались статистически незначимыми.

Тропические ураганы

Тропические системы, включая ураганы, не продемонстрировали устойчивых изменений ни по частоте, ни по интенсивности над урбанизированными территориями. Однако структура осадков в них слегка смещается: над городами зона сильных дождей залегает ниже в атмосфере — деталь, которая может влиять на характер наводнений у поверхности.

«Более крупные системы обусловлены в основном теплом океана и крупномасштабными ветровыми потоками. Урбанизация не перестает влиять на них, но по сравнению с этими факторами ее роль отходит на второй план», — подчеркивает климатолог.

Дренажные системы и противопаводковые сооружения проектируются обычно, исходя из усредненной статистики осадков для населенного пункта. Такой подход может упускать из виду опасность кратковременных экстремальных явлений, которые усиливаются в городах.

«Если проектировать системы, лишь исходя из средних значений по региону, можно недооценить те типы осадков, которые на самом деле наносят наибольший ущерб, — предупреждает Нильсен-Гаммон. — Понимание, какие штормы подвержены наибольшему влиянию городов, поможет проектировщикам точнее оценивать реальные риски».

Учет специфики штормов может улучшить устойчивость городов к наводнениям, повысить эффективность экстренного планирования и качество прогнозов погоды для агломераций.