Засуха все чаще беспокоит американцев и обеспокоенных граждан во всем мире. Западная часть Соединенных Штатов на протяжении всей истории переживала периоды ужасных засух, а изменение климата обвиняют в том, что оно привело к более экстремальным погодным изменениям во многих других регионах. Понимание того, что вызывает недостаток осадков, помогает формировать политику и решения, которые могут усугубить или уменьшить последствия засухи.
Физические причины засухи
Обсерватория Земли НАСА перечисляет три фактора, вызывающих засуху. Это взаимосвязанные явления естественного происхождения, которые определяют местоположение, силу и частоту засух.
Температура океанов и суши
Осадки – это результат естественного процесса, при котором:
- Вода испаряется с поверхности земли, будь то из водоемов или с суши.
- Влага затем конденсируется в атмосфере.
- Наконец, влага концентрируется и снова падает на землю.
Этот процесс обусловлен солнечным теплом; чем жарче, тем выше скорость испарения. Таким образом, если температура океана или поверхности земли в определенной области относительно низкая, засуха может произойти в регионах, которые зависят от этих источников влаги. Например, низкие температуры в Тихом океане вблизи экватора обычно коррелируют с низким количеством осадков в западной и центральной части США.
Схемы циркуляции воздуха в атмосфере
Крупномасштабные погодные условия, включая распределение осадков, во многом определяются характером циркуляции воздуха в атмосфере. Когда горячий воздух поднимается и расширяется, он создает контрастный поток воздуха из более холодных областей, где воздух конденсируется и опускается. Это приводит к возникновению воздушных потоков, которые перемещают влагу по атмосфере и приводят к разным характерам выпадения осадков в разных регионах.
При аномалиях приземных температур меняются типичные закономерности циркуляции воздуха, а значит, меняется и характер осадков. Это приводит к увеличению количества осадков, превышающему средний уровень, в некоторых районах и засухе в других. Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются яркими примерами серьезных колебаний воздушных потоков, которые часто связаны с засухой в таких местах, как Африка, Австралия, Индия, Бразилия и Гавайи.
Количество влаги в почве
Влажность почвы влияет на образование облаков или на их отсутствие на более локальном уровне. Когда почва влажная, температура приземного воздуха остается ниже, поскольку большая часть солнечной энергии поглощается в процессе испарения. Если земля сухая, локального источника влаги, вызывающей образование облаков, нет. Это приводит к повышению температуры поверхности, что делает почву еще более сухой. Цикл строится сам по себе и приводит к длительным засухам.
Человеческая связь
Помимо метеорологических факторов, вызывающих засуху, фактором может быть и деятельность человека. Деятельность человека привела к сокращению количества осадков во многих регионах мира. Иногда количество воды, потребляемой людьми, и время этого потребления влияют на то, сколько воды будет доступно в будущем людям, растениям и животным. Таким образом, засуху также можно рассматривать как дисбаланс между спросом и предложением.
Вырубка лесов
Повсеместное вырубка лесов может способствовать засухе, особенно в регионах, где осадки формируются в результате местного круговорота воды. При обычных дождях вода испаряется с местной земли и источников воды при высокой температуре. Насыщенный водой воздух поднимается вверх в атмосферу, где охлаждается и опускается в виде дождя. Это обычное явление в тропиках. Леса теряют воду из-за эвапотранспирации, которая питает местный круговорот воды. Когда леса вырубаются, вода испаряется меньше, что, в свою очередь, уменьшает количество образующихся облаков.
- По данным CIFOR, этот вид осадков преобладает на 50% территории Среднего Запада США, 90% в Сахеле в Западной Африке и 30-60% в бассейне Амазонки, что делает их уязвимыми к засухе.
- Согласно научному исследованию, амазонки уже переживают подобную «самоусиливающуюся засуху».
Деградация почв
Деградация почвы происходит, когда теряется защитный растительный покров, особенно леса, обнажая почву. Еще одной широко распространенной причиной является интенсивное земледелие, предполагающее глубокую вспашку и использование химикатов, разрушающих структуру почвы.
- Потеря покрова или структуры снижает способность почвы поглощать и удерживать воду, что приводит к стоку и сокращает время, необходимое для просачивания воды в более глубокие слои почвы.
- Поэтому почвы быстро высыхают и не могут поддерживать рост растений и сельскохозяйственных культур, что в краткосрочной перспективе приводит к сельскохозяйственной засухе. Последствия этого более значительны в таких регионах, как страны к югу от Сахары, где 95% сельского хозяйства зависит от влажности почвы для сельского хозяйства.
- Когда стока больше, а инфильтрация и просачивание дождевой воды в почву меньше, добавляется меньше грунтовых вод, что приводит к длительной гидрологической засухе.
Повышенный спрос на воду
В отличие от метеорологической засухи, которая является результатом только погодных и климатических условий, гидрологическая засуха вызвана отсутствием осадков (дождя и снега) в течение более длительных периодов, а также большей потребностью в воде в данном регионе, чем доступен. Источниками воды могут быть естественные озера и реки, искусственные водоемы и подземные воды.
- Использование человеком водоемов подземных вод путем откачки для питьевых/бытовых нужд или речной воды для орошения также может привести к поглощению воды, способствующему гидрологической засухе. Строительство плотин вверх по течению для гидроэлектростанций может вызвать нехватку воды ниже по течению. Например, в Китае использование человеком увеличило количество случаев гидрологической засухи на 100-200%, а интенсивность - в 8 раз (стр. 1).
- Использование человеком в целом увеличило частоту возникновения гидрологической засухи на 27% в мире, на 35% в Азии, на 25% в Америке и на 20% в Европе.
- Выживание дикой природы и водных организмов также зависит от определенного уровня воды в озерах и реках, а растительность зависит от определенных уровней грунтовых вод.
Засуха возникает, когда все эти совокупные «потребности» превышают имеющиеся запасы воды в течение длительного периода. Для смягчения последствий гидрологической засухи требуется длительный период времени, поскольку пополнение природных источников воды происходит медленно. Когда потребность в воде высока в период небольшого количества осадков, когда реки и грунтовые воды не пополняются, как обычно, последствия могут быть еще хуже.
Время
Время выпадения осадков и потребность в воде во многом зависят от того, когда наступает засуха. Даже если общий запас воды низкий, засуха обычно не вызывает беспокойства в зимние месяцы, поскольку спрос намного меньше, чем летом.
Сельскохозяйственные засухи, как правило, случаются, когда весной не хватает воды, необходимой для укоренения всходов и обеспечения успеха урожая. Когда распределение осадков происходит больше летом, чем зимой, большая часть воды быстро теряется в результате испарения и стока, а не сохраняется в виде снежного покрова. Это приводит к засухе позже, когда люди или природные системы привыкнут к воде, получаемой в результате таяния снегов.
Изменение климата и засуха
Поскольку антропогенное изменение климата становится все более распространенным, многие ученые изучают его предполагаемое влияние на засуху. Как ясно показывают метеорологические механизмы, вызывающие засуху:
- Аномальные колебания температуры соответствуют аномальным изменениям количества осадков.
- Повышение температуры может вызвать более частые и сильные засухи, что ставит изменение климата в центр внимания как основную причину засух в наши дни.
- В период с 2000 по 2015 год в США наблюдалась более сухая, чем обычно, погода на 20-70% территории США.
- Территории мира, пострадавшие от сильной засухи, увеличились с 1% в 1950-х годах до 3% в 2000-х.
НАСА отмечает, что существуют убедительные научные доказательства того, что изменение климата в среднем делает планету жарче, что делает волны тепла более интенсивными, а засухи - более суровыми. Ожидается, что в континентальной части Соединенных Штатов частота и серьезность засух возрастут по всей стране в течение следующих нескольких десятилетий.
Защита от засухи
Причины засухи сложны, взаимосвязаны и все чаще являются антропогенными. Однако существует множество способов экономии воды, которая становится все более приоритетной задачей в регионах, пострадавших от засухи. Фактически, люди во всем мире должны рассмотреть возможность сохранения водных ресурсов в качестве превентивной меры против будущих засух.
