Экстремальная погода (или погодные катаклизмы) — это неожиданная, необычная, суровая или нетипичная для данного сезона погода, параметры которой находятся на крайних значениях исторического распределения, то есть выходят за рамки привычного диапазона. Оценка экстремальности явлений основывается на истории метеонаблюдений в конкретном регионе. К основным видам погодных катаклизмов относятся волны тепла, волны холода, засухи, а также обильные осадки и штормовые явления, такие как тропические циклоны. Экстремальная погода может приводить к разнообразным последствиям: от стихийных бедствий (например, наводнений и оползней) до серьёзных социальных и экономических издержек, угрожающих здоровью населения. Суровая погода является частным случаем экстремальной погоды, представляющим непосредственную угрозу для жизни и имущества. Погодные условия в любом регионе со временем меняются, поэтому экстремальную погоду можно по крайней мере частично объяснить естественной климатической изменчивостью Земли. Например, Южное колебание (Эль-Ниньо) (ЭНЮК) и Североатлантическая осцилляция — это климатические феномены, влияющие на погодные условия по всему миру. Как правило, единичное экстремальное погодное явление нельзя списать на какую-то одну причину. Однако определённые системные сдвиги в глобальных атмосферных процессах могут приводить к увеличению частоты и интенсивности таких катаклизмов. Изменение климата способно сделать некоторые экстремальные погодные явления более частыми и разрушительными. В первую очередь это касается волн тепла и холода. Отрасль науки, занимающаяся изучением причинно-следственных связей таких событий, называется атрибуцией экстремальных явлений. Климатические модели показывают, что повышение глобальной температуры может привести к усугублению погодных катаклизмов во всём мире. Экстремальная погода оказывает серьёзное воздействие на человеческое общество и экосистемы. Она влечёт за собой гибель людей, повреждение инфраструктуры и разрушение природной среды. Некоторые виды человеческой деятельности могут усугублять эти последствия: среди них непродуманное градостроительство, уничтожение водно-болотных угодий и строительство жилых домов в поймах рек.
Определение
Термин «экстремальная погода» описывает нетипичные метеорологические события, параметры которых находятся на крайних значениях исторического распределения для данной местности. Шестой оценочный доклад МГЭИК даёт следующее определение: «Явление, которое редко встречается в определённом месте и в определённое время года. Трактовка слова "редко" может варьироваться, но экстремальное погодное явление обычно является столь же редким или более редким, чем 10-й или 90-й процентиль функции плотности вероятности, вычисленной по результатам наблюдений»IPCC, 2022: Annex II: Glossary. В докладе: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press, pp. 2897–2930, doi:10.1017/9781009325844.029.. Помимо редкости, метеорологический эпизод может быть классифицирован как экстремальный на основании его суровости, скорости развития или последствий. Погода признаётся экстремальной не только когда она статистически аномальна, но и когда вызывает значительные нарушения в функционировании пострадавшего сообщества или экосистемы. Для сравнения, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) определяет суровую погоду как любой аспект погоды, создающий угрозу для жизни и имущества или требующий вмешательства властей. Таким образом, суровая погода является частным случаем экстремальной.
Виды Подходы к определению экстремальной погоды варьируются в различных научных кругах, что влияет на результаты исследований. К видам экстремальной погоды могут относиться (но не ограничиваются ими): сильные осадки, засухи, волны тепла, волны холода, торнадо и ураганы.
Волны тепла
Волны тепла — это периоды аномально высоких температур и повышенного индекса жары. Критерии определения волны тепла различаются в зависимости от климатической нормы конкретного региона. Изнуряющая жара часто сопровождается высоким уровнем влажности, но может быть и катастрофически сухой. Поскольку волны тепла не столь визуально очевидны, как ураганы, торнадо или грозы, они остаются одним из наименее осознаваемых видов суровой погоды. Сильная жара наносит огромный ущерб населению и посевам из-за риска обезвоживания, гипертермии, тепловых судорог и тепловых ударов. Иссушенные почвы более подвержены эрозии, что сокращает площадь сельскохозяйственных угодий. Увеличивается частота природных пожаров, так как сухая растительность легко воспламеняется. Испарение водоёмов оказывает губительное воздействие на водные экосистемы, сокращая среду обитания. От жары также страдает домашний скот. В периоды экстремальной жары растения закрывают поры на листьях (устьица) — это защитный механизм для сохранения влаги, который одновременно снижает их способность поглощать вредные вещества. В результате в воздухе остаётся больше загрязняющих веществ и озона. По оценкам, только из-за дополнительного загрязнения воздуха во время жаркого лета 2006 года в Великобритании погибло 460 человек. Аномальная жара в Европе летом 2003 года привела к 30 000 дополнительных смертей из-за теплового стресса и загрязнения воздуха. Эффект городского острова тепла может дополнительно повышать температуру в мегаполисах, особенно в ночное время.
Волны холода
Волна холода — это погодное явление, характеризующееся резким похолоданием воздуха. Согласно определению Национальной метеорологической службы США, волна холода — это быстрое падение температуры в течение 24-часового периода, требующее усиленных мер защиты для сельского хозяйства, промышленности и инфраструктуры. Точный критерий волны холода зависит от скорости падения температуры и её минимального значения для конкретного региона. Длительное воздействие мороза требует большего потребления калорий для животных и людей. Если похолодание сопровождается обильными снегопадами, травоядные животные могут не добраться до пищи и погибнуть от переохлаждения или истощения. Люди подвергаются риску обморожений, что может привести к потере конечностей. Экстремальные холода часто приводят к промерзанию водопроводных труб. Разрывы магистралей оставляют целые районы без водоснабжения, что, как ни парадоксально, серьёзно затрудняет борьбу с пожарами, риск которых зимой возрастает. Волны холода, приносящие внезапные заморозки в период вегетации растений, способны погубить урожай. Историческим примером является Год без лета (1816), когда аномальные летние похолодания, вызванные извержением вулканов, привели к массовому голоду. В некоторых случаях учащение волн холода (например, в феврале 2021 года) может быть парадоксальным следствием изменения климата и потепления в Арктике. Тем не менее, выводы о прямой связи глобального потепления с сильными морозами всё ещё остаются предметом научных дискуссий.
Сильные осадки и штормы
Тропические циклоны
Тропический циклон — это масштабная атмосферная система с низким давлением в центре, сопровождающаяся ураганными ветрами и проливными дождями. Они образуются над тёплыми водами океанов и получают энергию за счёт испарения воды и последующей её конденсации. В зависимости от силы и местоположения их называют ураганами (в Атлантике), тайфунами (в Тихом океане) или просто циклонами.
Засуха Изменение режима выпадения осадков может привести к тому, что в одном регионе будет выпадать избыточное количество дождей, в то время как в другом установятся экстремально жаркие и сухие условия, провоцирующие засуху. Это связано с тем, что повышение температуры также ведёт к усилению испарения с поверхности земли, поэтому глобальное увеличение влажности атмосферы не означает равномерного распределения водных ресурсов по планете.
Воздействие на сельское хозяйство и экосистемы Погодные катаклизмы наносят многогранный ущерб сельскому хозяйству и инфраструктуре населённых пунктов. Например, повышенная влажность и заболачивание почв в результате наводнений создают благоприятные условия для размножения грибковых патогенов. У растений, испытывающих температурный или водный стресс, нарушается естественный иммунный ответ. Животноводство сталкивается со схожими проблемами, включая прямую смертность скота в результате стихийных бедствий и снижение продуктивности из-за сильного теплового стресса.
Причины и атрибуция
Исследования в области атрибуции Как правило, единичное экстремальное погодное явление нельзя списать на какую-то одну причину. Однако определённые системные сдвиги в глобальных атмосферных процессах могут приводить к увеличению частоты или интенсивности погодных катаклизмов. Ранние исследования экстремальной погоды были сосредоточены в основном на прогнозировании конкретных явлений. Современные же работы больше сфокусированы на атрибуции (установлении причин) тенденций в этих явлениях. В частности, данная область науки изучает влияние изменения климата наряду с другими факторами, вызывающими подобные катаклизмы. В докладе Национальных академий наук, инженерии и медицины США за 2016 год рекомендовалось инвестировать в совершенствование общих практик в сфере исследований атрибуции, а также улучшать связь между результатами научных работ и прогнозированием погоды. По мере проведения новых исследований учёные начали глубже изучать связь между изменением климата и экстремальными погодными явлениями, а также возможные будущие последствия. Большая часть этой работы выполняется с помощью климатического моделирования. На основе данных, собираемых в наши дни, климатические модели предоставляют важные прогнозы о будущих характеристиках атмосферы, океанов и Земли в целом. Однако, несмотря на то что климатические модели жизненно важны для изучения сложных процессов, таких как изменение климата или закисление океана, они всё же остаются лишь приближёнными оценками. Более того, погодные явления имеют сложную природу и не могут быть сведены к единственной причине: помимо влияния глобального потепления или естественной изменчивости, часто приходится учитывать множество атмосферных переменных, таких как температура, давление или влажность.
Естественная изменчивость Некоторые аспекты нашей климатической системы обладают определённой степенью естественной изменчивости, и погодные катаклизмы могут происходить по ряду причин, не связанных с антропогенным воздействием, включая изменения давления или движения воздушных масс. Прибрежные территории или тропические регионы в большей степени подвержены штормам с сильными осадками, чем регионы с умеренным климатом, хотя подобные явления могут происходить и там. Атмосфера представляет собой сложную и динамичную систему, на которую влияет множество факторов, таких как естественный наклон земной оси и орбита Земли, поглощение или отражение солнечной радиации, движение воздушных масс и круговорот воды. Из-за этого погодные условия подвержены колебаниям, поэтому экстремальную погоду можно хотя бы отчасти объяснить естественной климатической изменчивостью Земли. Такие климатические феномены, как Южное колебание (Эль-Ниньо) (ЭНЮК) или Североатлантическая осцилляция (САО), влияют на погодные условия в определённых регионах мира, определяя температуру и количество осадков. Рекордные погодные катаклизмы, зафиксированные за последние двести лет, вероятнее всего, возникали в периоды, когда климатические паттерны вроде ЭНЮК или САО действовали «в том же направлении, что и антропогенное потепление».
Изменение климата