Исследователи выяснили: чем больше факторов вызывает наводнение, тем оно экстремальнее

На развитие наводнений влияют несколько ключевых факторов: температура воздуха, влажность почвы, глубина снега и суточные осадки в дни перед паводком. Чтобы лучше понять вклад каждого из них, исследователи из Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) изучили более 3500 речных бассейнов по всему миру и проанализировали паводковые события в период с 1981 по 2020 год для каждого из них.

Результаты показали, что осадки были единственным определяющим фактором лишь в примерно 25% из почти 125 000 паводковых событий. Влажность почвы была решающим фактором чуть более чем в 10% случаев, а таяние снега и температура воздуха — лишь в примерно 3% случаев. В противоположность этому, 51,6% событий были вызваны как минимум двумя факторами. Комбинация осадков и влажности почвы встречается наиболее часто — примерно в 23% случаев.

Анализ данных также выявил, что три или даже все четыре фактора могут быть совместно ответственны за паводок. Например, температура, влажность почвы и глубина снега были решающими факторами в примерно 5000 наводнений, а все четыре фактора — в примерно 1000 событий. Более того, как отмечает доктор Якоб Цшайшлер, глава отдела UFZ «Комплексные экологические риски» и старший автор статьи в журнале Science Advances, наводнения становятся более экстремальными, когда задействовано больше факторов.

В случае одноразовых годовых паводков 51,6% можно отнести к нескольким факторам; для пяти- и десятилетних паводков этот показатель составляет 70,1% и 71,3% соответственно. Чем экстремальнее наводнение, тем больше движущих факторов и тем вероятнее их взаимодействие в процессе его формирования. Эта корреляция, называемая сложностью наводнения, часто применима и к отдельным речным бассейнам.

По данным исследователей, низкой сложностью наводнений отличаются бассейны в северных регионах Европы и Америки, а также в Альпах, где доминирующим фактором для большинства паводков является таяние снега. То же относится к бассейну Амазонки, где высокая влажность почвы в сезон дождей часто является основной причиной наводнений разной силы. В Германии низкой сложностью характеризуются бассейны Хафеля и Цузама (притока Дуная в Баварии).

Регионы с высокой сложностью наводнений включают восток Бразилии, Анды, восток Австралии, Скалистые горы до западного побережья США, а также западноевропейские и центральноевропейские равнины. В Германии к таким относятся бассейны Мозеля и верховья Эльбы. «Речные бассейны в этих регионах, как правило, имеют несколько механизмов затопления», — поясняет Якоб Цшайшлер. Например, бассейны на европейских равнинах могут подвергаться наводнениям, вызванным сочетанием сильных осадков, активного таяния снега и высокой влажности почвы.

Сложность процессов зависит от климатических условий и характеристик поверхности в каждом конкретном бассейне. Среди прочего, исследователи учитывали климатический индекс влажности, текстуру почвы, лесной покров, размер бассейна и уклон реки. «В более засушливых регионах механизмы, приводящие к наводнениям, как правило, более разнородны. Для умеренных паводков обычно достаточно нескольких дней сильных дождей. Для экстремальных наводнений требуется более длительный дождь на уже увлажнённых почвах», — говорит ведущий автор доктор Шицзе Цзян.

Для анализа учёные использовали объяснимые методы машинного обучения, которые позволили количественно оценить, какие переменные и их комбинации способствовали стоку во время конкретного паводка и в какой степени. «С помощью этой новой методологии мы можем количественно определить, сколько движущих факторов и их комбинаций имеют значение для возникновения и интенсивности наводнений», — добавляет Цзян.

Полученные результаты, как ожидается, помогут улучшить прогнозирование будущих паводковых событий, особенно экстремальных. До сих пор такие оценки часто делались путём экстраполяции данных о менее экстремальных наводнениях, что может быть неточно, поскольку влияние отдельных факторов может меняться в зависимости от масштаба паводка.