Наводнения заколебали спутники

Исследователи из Калифорнийского университета заявляют, что им удалось существенно улучшить метод спутникового прогноза крупных наводнений. О своей работе они рассказали в последнем номере журнала Nature Geoscience.

Суть метода сводится к тому, что накапливающиеся за зиму в бассейнах рек массы снега, льда и почвенной влаги чуть-чуть изменяют в этих местах гравитационное притяжение Земли, и спутник,

пролетая над ними, слегка изменяет скорость. Зная это увеличение, можно рассчитать вероятность весенних наводнений и их масштаб.

Для поиска подобных гравитационных аномалий NASA в марте 2002 года запустило в космос два спутника-близнеца GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment). Они движутся по полярной орбите высотой 500 км в 220 км друг от друга. Подлетая к зоне, под которой масса избыточна, спутники (сначала первый, потом второй) начинают двигаться с ускорением, а при выходе из нее замедляются. Все это влияет на расстояние между ними, которое измеряется с высокой точностью микроволновым радаром.

В течение месяца спутники успевают облететь всю Землю и набрать информацию, которая после специальной обработки превращается в очередную карту гравитационного поля планеты.

Открытыми данными миссии GRACE пользуются ученые многих стран, в том числе и в России. На их основе изучаются таяние льдов в Антарктиде, Гренландии, перераспределение влаги в почвах, сток рек, течения и перераспределение вод в океане, последствия крупных землетрясений и многое другое. В ГАИШ МГУ были также весьма удачные попытки спрогнозировать на этой основе возможность весенних наводнений, но старый добрый метод наземного прогнозирования («Газета» подробно рассказывала об этом в 2013 году), основанный на работе метеостанций и полевых работах, позволял предсказывать наводнения раньше, чем появятся данные обработки спутниковой информации.

Используя специальные статистические методики, геофизики из Калифорнии сумели это препятствие преодолеть. Изучив с помощью этих методик гравитационную ситуацию в районах крупных американских наводнений за несколько месяцев до них, главным из которых было Великое наводнение на реке Миссури в 2011 году, они показали,

что их модель с вероятностью 95% позволяет обнаружить признаки грядущего бедствия за пять месяцев до несчастья.

С меньшей надежностью, утверждают ученые, такой же прогноз можно было бы составить и за 11 месяцев. Правда, для реального прогнозирования наводнений метод калифорнийской команды пока еще не применялся, статистические результаты получены на основе данных 2011 года. Его можно применять только в районе крупных водных бассейнов, занимающих площадь более 200 тыс. кв. км. К тому же он работает только там, где наводнение собирается медленно. Скажем, в случае муссонных дождей, часто вызывающих наводнения в таких странах, как Индия и Пакистан. Также вряд ли он смог бы спрогнозировать катастрофическое наводнение в Крымске в июле 2012 года, о котором вспоминают в эти дни.

И наконец, этот метод всего лишь сравнялся по заблаговременности прогнозов с наземными методиками, которые способны делать такие предсказания за три месяца (правда, происходит это далеко не всегда — так, первое предупреждение Национальной службы погоды США о Великом наводнении было сделано лишь за месяц до катастрофы).

Самое главное препятствие — долгий срок обработки данных, поступающих со спутников GRACE, длящийся порой до трех месяцев. Но, подчеркивают ученые, то, что они сделали, лишь тестовая методика. Автоматизируя обработку данных, можно довести этот срок до 15 дней.

Работу американских исследователь прокомментировал старший научный сотрудник ГАИШ МГУ, к.ф.-м.н. Л.В. Зотов:

— В статье гидрологов из США показано, насколько важны сегодня наблюдения за Землей из космоса, в частности полезность космической гравиметрии для практических нужд. Для больших территорий, таких как бассейны крупных рек, не всегда удается провести широкомасштабные полевые исследования и вовремя предупредить наводнения. Тут имеет значение не только труднодоступность или малая населенность территории, что характерно, например, для российского севера или Сибири, но и трудность прогнозирования осадков на недели вперед.
Общая масса влаги на большой территории складывается из накопившегося за зиму снега или выпавшего количества осадков, от влажности почвы, состояния глубинных ее слоев, что не так легко измерить, но что определяет, сможет ли почва принять влагу, например, при таянии снега. Спутники GRACE как раз позволяют измерять полный влагозапас или полную массу скопившейся в бассейне реки влаги прямо с орбиты.