Как можно смягчить последствия пыльных бурь?

В течение последнего месяца части Европы подверглись воздействию интенсивных пыльных бурь. Массивный шлейф пыли, зародившийся на северо-востоке Алжира, вызвал красноватое небо на обширных территориях Европы. Затем пылевые отложения окрасили снежный покров Пиренеев и Альп в бурый цвет. В конце февраля вспышка сахарской пыли серьезно затронула Канарские острова, прежде чем направиться в континентальную Европу, достигнув даже Скандинавии.

Хотя такая интенсивная и продолжительная пылевая активность необычна, для Европы не редкость испытывать несколько крупных пылевых выбросов каждый год.

Почему пыль — это проблема?

Пустынная пыль образуется в результате ветровой эрозии засушливых и полузасушливых поверхностей. Она влияет на погоду, климат и атмосферную химию, доставляет железо и фосфор в наземные и океанические экосистемы, а также усиливает фотосинтез и биологическую продуктивность.

Несмотря на некоторые положительные эффекты, в целом пыльные бури оказывают серьезное негативное воздействие, особенно в странах, расположенных ниже по ветру от основных источников в Северной Африке, на Ближнем Востоке, в Центральной и Восточной Азии. В таких регионах необычно высокие уровни пыли, достигнутые в Европе в феврале, являются обычным явлением.

Пыльные бури увеличивают число глазных инфекций, заболеваемость и смертность от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний и связаны с уровнем заболеваемости менингитом в африканском Сахеле. Интенсивные вспышки могут нарушить связь, привести к закрытию дорог и аэропортов из-за плохой видимости, а также повредить сельскохозяйственные угодья и поголовье скота.

Пыль влияет на производство солнечной энергии, уменьшая поверхностную солнечную радиацию и накапливаясь на поверхности солнечных панелей. Пыль, осевшая на снегу, резко снижает его отражательную способность и увеличивает поглощение солнечной радиации, что приводит к более быстрому таянию снежного покрова.

Смягчать источники или смягчать последствия?

Смягчение воздействия у источника возможно в регионах, где ветровая эрозия усугубляется деятельностью человека, нарушающей почву, включая земледелие, выпас скота, рекреацию, субурбанизацию и отвод воды для орошения. Классический пример — «Пыльный котёл» 1930-х годов на Великих равнинах США, где плохие методы землепользования в сочетании с продолжительной засухой привели к сильной ветровой эрозии и пыльным бурям беспрецедентного масштаба.

Когда источники пыли имеют естественное происхождение (например, пустынная территория), смягчение воздействия у источника возможно путем стабилизации поверхности и установки барьеров, когда переносимый ветром песок и пыль угрожают деятельности человека. Однако ни то, ни другое не является осуществимым или желательным в больших масштабах. В глобальном масштабе потенциал для смягчения воздействия у источника довольно ограничен, что делает смягчение последствий еще более важным.

Смягчение негативных последствий пыльных бурь, а не их источников, требует систем мониторинга, моделирования, прогнозирования и раннего предупреждения. Тактические меры смягчения последствий сосредоточены на действиях, которые можно предпринять в краткосрочной перспективе, когда прогнозы предсказывают пыльную бурю в определенном месте и время. Например, прогнозы пыли могут помочь больницам предвидеть пики обращений в отделения неотложной помощи, связанных с респираторными заболеваниями, оптимизировать сроки посадки и сбора урожая, укрыть скот, управлять графиком выработки солнечной энергии и очисткой панелей, а также минимизировать время действия процедур низкой видимости в аэропортах.

Стратегические меры смягчения последствий связаны с долгосрочным планированием и инвестициями, например, с решением о месте размещения солнечной электростанции. Другое применение — помощь в оценке последствий пыльной бури, поскольку правительствам и международным институтам необходимо знать точные причины ухудшения качества воздуха, вспышек эпидемий или повреждения урожая. Наконец, научным сообществам, например, в области общественного здравоохранения, необходимы пространственно и временно разрешенные данные о пыли для оценки воздействия пылевых частиц на ряд заболеваний.

Возможности моделирования и прогнозирования

Предпринимаются огромные усилия по разработке надежных глобальных и региональных моделей и прогнозов пыли для смягчения последствий, например, в Региональном центре Всемирной метеорологической организации по системам предупреждения, консультаций и оценки песчаных и пыльных бурь для Северной Африки, Ближнего Востока и Европы.

Пылевые модели используют математические и численные методы для моделирования атмосферного цикла пыли, включая ее выброс, перенос и осаждение, а также взаимодействие с солнечной радиацией и облаками.

Для расчета выбросов пыли используются входные параметры — характеристики поверхности, почвы и метеорологические особенности. Однако успех схем выбросов ограничен неопределенностью параметров, включая те, что связаны с пространственной и временной неоднородностью. Действительно, из-за нелинейной связи между ветром и мобилизацией пыли небольшие ошибки в скорости приземного ветра в моделях могут привести к большим ошибкам в прогнозируемых выбросах пыли. Процессы, контролирующие осаждение пылевых частиц, особенно крупных, также подвержены значительной неопределенности.

В целом, пылевые модели демонстрируют относительно хорошие результаты, когда пылевые вспышки вызваны синоптическими системами, то есть объектами размером около 1000 километров и более. Хорошим примером является успешный прогноз событий в Европе в феврале с точки зрения сроков и географического распространения.

Предстоящие задачи

Напротив, моделирование хабубов — огромных стен из песка и пыли, создаваемых мощными нисходящими потоками, которые регулярно возникают в засушливых и полузасушливых регионах, — требует явного разрешения конвекции, что представляет собой серьезную проблему.

Прогнозы пыли, использующие фактические спутниковые данные об аэрозолях, работают лучше, чем прогнозы, зависящие только от моделирования для определения начальных условий. Дальнейшие улучшения глобальных систем наблюдения и методов ассимиляции открывают еще более захватывающие перспективы.

Помимо улучшения моделей и прогнозов, для эффективного смягчения негативных последствий пыльных бурь требуется дополнительная работа. Ограниченная интеграция количественной информации о пыли и прогнозов в практику и политику часто обусловлена отсутствием понимания точного воздействия бурь на определенные сектора. Другие факторы включают необходимость в продуктах, адаптированных для конкретных приложений; отсутствие осведомленности, понимания, потенциала или структур для использования информации; и общую проблему включения неопределенной информации или прогнозов в практику управления.