Science: Когда произойдёт следующая волна океанской жары? Учёные разрабатывают системы раннего предупреждения
Прогнозы температуры моря могут помочь в управлении рыболовством и его сохранении
Когда в июне волны тепла начали охватывать Мировой океан, Алистер Хобдей (Alistair Hobday) не удивился. Биологический океанограф предвидел предстоящие скачки температуры в прогнозах моделей, которые он помогал разрабатывать. Огромный бассейн с горячей водой в северо-восточной части Атлантического океана, убивающая кораллы жара в Карибском море и знойное море в северной части Тихого океана — всё это появилось несколькими месяцами ранее в виде оранжевых и красных пятен на экране его компьютера в Австралийском научно-исследовательском институте Содружества и организации промышленных исследований (CSIRO). Прогнозы, не получившие широкого распространения за пределами руководителей рыболовства и представителей рыбной и аквакультурной отрасли, оказались пророческим предупреждением о том, что должно было произойти.
Поскольку глобальное потепление продолжается, учёные всего мира работают над разработкой моделей, предсказывающих, когда и где могут возникнуть морские волны тепла. CSIRO, один из первых среди лидеров, начал выпускать «экспериментальные» прогнозы для австралийских вод в 2020 году. Отдельный прогноз для всех мировых океанов, подготовленный CSIRO и Австралийским метеорологическим бюро, появился в прошлом году. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в июне представило свой первый глобальный прогноз морской жары. А китайские учёные работают над разработкой прогнозов для своих прибрежных вод. «Я думаю, что пройдёт не больше года, прежде чем у нас появятся пять или шесть групп, прогнозирующих волны тепла. Это происходит очень быстро», — говорит Хобдей.
Учёные надеются, что, поскольку модели будут точно настроены, их прогнозы будут достаточно надёжными, чтобы предупреждать людей за три месяца или более, информируя о решениях в области рыболовства, аквакультуры и охраны морской среды. Например, тревожный прогноз может помочь регулирующему органу принять решение о временном прекращении промысла чувствительных к жаре видов.
Но прогнозы температуры океана ещё недостаточно надёжны, чтобы их широко использовали менеджеры и рыбаки. «Над точностью в них ещё нужно работать», — говорит Арани Чандрапаван (Arani Chandrapavan), учёный из Департамента сырьевых отраслей и регионального развития, регулирующего рыболовство в штате Западная Австралия.
Модели сочетаются с существующими моделями атмосферы и океана, которые уже используются для прогнозирования таких явлений, как засухи, а также усиление и исчезновение Эль-Ниньо-Южного колебания (ЭНЮК), циклического потепления и охлаждения воды в тропической части Тихого океана, которое может влиять на погоду во всём мире. «Мы используем [модели] в частности для прогнозирования экстремальных явлений», — говорит Диллон Амайя (Dillon Amaya), учёный-климатолог NOAA и руководитель разработки нового прогноза агентства, дающего прогнозы на 12 месяцев вперёд.
В июне его группа предсказала, что к сентябрю половина поверхности Мирового океана окажется в зоне сильной жары, а среднемесячная температура поверхности моря будет находиться в 10%-ном топе исторических температур. По состоянию на начало августа волны тепла охватили 48% поверхности океанов, что является самой большой полосой перегретого океана за три десятилетия спутниковых записей. Амайя объясняет это в основном сочетанием долгосрочного повышения температуры в результате антропогенного изменения климата и возникновения Эль-Ниньо, тёплой фазы ЭНЮК.
Подобные прогнозы температуры воды уже использовались в рыбной промышленности — в одном случае для вылова того же количества рыбы, но с меньшими усилиями. Рыболовные компании в Австралии могут подписаться на двухмесячный прогноз, созданный Хобдеем и его коллегами, о том, где, вероятно, будет находиться голубой тунец — чувствительный к температуре вид — у южного побережья страны. Оценка сочетает в себе модель, прогнозирующую температуру поверхности моря, с историческими данными отслеживания этого вида. Прогнозы помогают рыбацким судам более эффективно ловить рыбу.
В Орегоне и Вашингтоне коренные племена и государственные чиновники сверились с сезонным прогнозом региональных условий океана за последнее десятилетие, решая, как управлять промыслом крабов в Дандженессе. В 2018 году прогноз необычно низкого содержания кислорода побудил к упреждающему закрытию промысла в Вашингтоне. «Никто не хочет вытаскивать крабовую ловушку, полную мертвых крабов», — говорит Саманта Сидлецки (Samantha Siedlecki), океанограф из Университета Коннектикута, руководившая разработкой модели прогноза, включающей прогнозы температуры.
|
Горячая вода В апреле Национальное управление океанических и атмосферных исследований США предсказало, что к июлю большая часть поверхности океана будет охвачена морской тепловой волной (MHW). Данные за июль совпали с этими прогнозами во многих областях, но не во всех (MHW прогнозировалась, если существовала вероятность выше 30% того, что температура поверхности моря будет входить в 10%-ный топ исторических температур).
|
Некоторые части океана трудны для предсказания, поскольку их температура колеблется под действием труднопредсказуемых сил. Средиземноморье, которое в прошлом году пострадало от сильной жары, сильно зависит от погоды на близлежащей суше, поскольку оно относительно мелководное, а вода медленно входит в Атлантический океан и уходит из него. И хотя ЭНЮК влияет на температуру поверхности большей части Мирового океана, тихоокеанские течения вблизи Азии не сильно с ним связаны и могут быстро меняться.
Чтобы проверить точность модели NOAA, учёные агентства подключили к ней исторические климатические записи за 30 лет. Для многих частей океана прогноз модели о том, испытает ли конкретный регион волну тепла в ближайшие 3,5 месяца, соответствует исторической реальности в 85–93% случаев, сообщили они в статье в журнале Nature за 2022 год. Но предсказания модели были не лучше, чем предположения в некоторых районах, включая Средиземное море, вдоль Атлантического Гольфстрима и японского течения Куросио.
Учёные также обнаружили, что сложно предсказать величину колебаний температуры. Хотя модель CSIRO предсказывала волну жары в Атлантике этим летом вблизи Европы, прогноз не показал, что она достигнет рекордных уровней. В июне температура поверхности моря в некоторых местах достигала более чем на 4°C выше средней. «Очень сложно получить экстремальные события из моделей», — говорит Хобдей.
И австралийские, и американские прогнозы по-прежнему называются «экспериментальными», поскольку они не считаются достаточно надёжными, чтобы служить основой для принятия политических решений. Тем не менее, Чандрапаван говорит, что менеджеры по рыболовству в ее части Австралии регулярно отслеживают прогнозы правительства, и что предупреждения о горячей воде в некоторых случаях уже вызвали дополнительные исследования рыболовных сетей. Помимо стремления к большей точности, она и другие хотят, чтобы прогнозы имели более высокое разрешение. Сейчас они могут предсказывать температуру только на территориях, охватывающих сотни или тысячи квадратных километров. «Масштабный прогноз похож на предупреждение. Но мы хотим иметь возможность действовать в пространственном масштабе, который будет важен нашим заинтересованным сторонам», — говорит Чандрапаван.
Возможно, её желание скоро осуществится. Исследователи из Университета Западной Австралии приступают к реализации инициативы, финансируемой правительством и рыбной промышленностью, по разработке прогнозов морских волн тепла на региональном уровне. Одна из надежд состоит в том, чтобы использовать искусственный интеллект для получения прогнозов с высоким разрешением, которые требуют меньше компьютерной мощности, чем традиционные модели, говорит Николь Джонс (Nicole Jones), физический океанограф Университета Западной Австралии, возглавляющая эту работу. Хотя такой прогноз будет специфичным для Западной Австралии, инструменты «должны быть актуальны во всём мире», говорит она.
Учёные NOAA также стремятся свести свои прогнозы к местному уровню в прибрежных водах Соединённых Штатов. В рамках четырёхлетней инициативы стоимостью 40 миллионов долларов, направленной на помощь в управлении рыболовством в условиях меняющегося климата, агентство разработает модели, предназначенные для прогнозирования состояния океана в масштабах всего 25 квадратных километров, а не нынешних 2500–10 000 квадратных километров.
Мы надеемся, что сможем выпускать прогнозы на срок до одного года о повышенном риске морской жары в определённом районе. Поскольку условия в океане часто меняются медленнее, чем погода в атмосфере, оценка состояния океана на четверть года вперёд часто сравнима по точности с двухнедельным прогнозом погоды, говорит Чарли Сток (Charlie Stock), океанограф NOAA, который возглавляет инициативу.
Хотя результат не будет «хрустальным шаром», эта информация всё равно может помочь принять решение о том, открывать ли промысел или куда направлять рыболовный флот. Сток сравнивает это с игроками, которые ищут каждую крупицу информации, чтобы увеличить шансы на выигрыш покерной комбинации из пяти карт. По его словам, синоптики температуры океана теперь делают ставки, увидев всего три карты. «Мы пытаемся выложить четвёртую и пятую карты, чтобы сделать эти ставки немного лучше».
