Science: Град, более разрушительный, чем торнадо, может наконец получить научное внимание, которого он заслуживает
Благодаря дронам, мобильным радарам и 3D-принтерам, первая крупная полевая кампания за 45 лет, чтобы перенести исследования града «в XXI век»
Ураганы получают имена. Торнадо становятся блокбастерами. Когда дело доходит до экстремальных погодных условий, эти штормы «как правило, получают непропорционально большую долю внимания», — говорит Виктор Дженсини (Victor Gensini), метеоролог из Университета Северного Иллинойса. Между тем, градовые ливни остаются незамеченными, в прямом и переносном смысле.
Однако градовые ливни уничтожают автомобили, крыши и урожай, что обошлось Соединённым Штатам в 46 миллиардов долларов в 2023 году, это составляет от 60% до 80% убытков от града, торнадо, ветра и вызванных молниями пожаров, вместе взятых, по данным Института страхования бизнеса и безопасности жилья (IBHS). Поэтому неудивительно, что американские учёные, занимающиеся градом, разочарованы тем, что их последняя крупная исследовательская кампания состоялась в конце 1970-х годов. «Это просто большая зияющая дыра», — говорит Бекки Адамс-Селин (Becky Adams-Selin), исследователь града в Институте атмосферных и экологических исследований.
Проект под названием In-situ Collaborative Experiment for the Collection of Hail in the Plains (сокращённо: ICECHIP) призван изменить это. В августе Национальный научный фонд одобрил финансирование более 11 миллионов долларов на исследовательскую работу, которая станет крупнейшей в истории международной кампанией по изучению града. Около 100 исследователей из четырёх стран и 11 штатов планируют полевые работы в мае и июне 2025 года в штатах Центральных равнин США и вдоль Передового хребта Колорадо и Вайоминга — двух «градовых переулках» Земли, где происходят мощные грозы, которые выбрасывают капли дождя высоко в атмосферу, где они замерзают и слой за слоем превращаются в градины. Под руководством Адамс-Селин исследователи ICECHIP надеются собрать данные, которые могут улучшить прогнозирование града и помочь ответить на фундаментальные вопросы, такие как то, как изменение климата повлияет на частоту выпадения и размер градин.
«Что меня действительно волнует, так это перспектива высококачественных наблюдений с использованием технологий, которых просто не было, когда у нас была наша предыдущая [кампания]», — говорит Джон Аллен (John Allen), метеоролог из Центрального Мичиганского университета и один из ведущих учёных ICECHIP.
Один из самых актуальных вопросов как с научной, так и с экономической точки зрения — как лучше предсказывать град и градины, которые могут быть размером от гальки до грейпфрута. Изучая факторы окружающей среды, совпадающие с градами, такие как температура, влажность и ветер, исследователи ICECHIP надеются, что однажды метеорологические агентства смогут предоставлять градовые предупреждения, как они это делают для других суровых погодных явлений. Например, жители штатов, подверженных граду, могут быть вынуждены оставаться в помещениях и парковать свои машины в гаражах.
Эти данные также помогут оценить влияние потепления планеты на град. В прошлом месяце модельное исследование под руководством Дженсини, опубликованное в Climate and Atmospheric Science, показало, что в целом град должен стать менее распространённым явлением, поскольку потепление воздуха будет способствовать таянию большего числа градин по мере их падения. Но исследование также предсказало, что потепление приведёт к увеличению частоты самых сильных гроз, когда восходящие потоки воздуха будут удерживать градины дольше, позволяя им расти. Полевые измерения помогут проверить взаимосвязи между температурой, силой шторма и размером градин.
Кампания будет опираться на новые технологии в исследовании града, такие как высокоскоростная видеосъёмка, съёмка с помощью дронов и мобильный радар, например. Исследователи также будут использовать воздушные шары для доставки 3D-печатных сферических датчиков, называемых градозондами, в штормы, чтобы имитировать движение градин. Флот из 24 наземных датчиков будет измерять энергию падающих градин каждую 500-ю долю секунды, а 3D-лазерные сканеры будут регистрировать сложные формы собранных градин. Вернувшись в лабораторию, исследователи ICECHIP будут анализировать ледяные слои градин, чтобы определить температуру и высоту, на которой они образовались, и, в свою очередь, пути, которые они прошли через штормы.
Такие инструменты перенесут исследования града «в XXI век», говорит Джулиан Бримелоу (Julian Brimelow), метеоролог и исполнительный директор проекта Northern Hail Project в Канаде, исследовательской группы, участвующей в ICECHIP. Но некоторые технологии 1970-х годов сохранятся, например, противоградовые накладки: куски пены, покрытые алюминиевой фольгой, для улавливания градин и обозначения их размеров и форм.
Результаты должны помочь обществу справиться с часто упускаемой из виду угрозой. Энергия удара града экспоненциально возрастает с размером; обычная 5-сантиметровая градина падает примерно с тремя энергиями, превышающими энергию пенни, сброшенного с Эмпайр-стейт-билдинг. Но были зарегистрированы градины размером с волейбольный мяч. Хотя жертвы града крайне редки, в 2022 году ребёнок на севере Испании умер после удара по голове во время особенно сильного града. Ущерб имуществу встречается гораздо чаще; для людей в штатах, подверженных граду, таких как Небраска, Канзас и Оклахома, нет ничего необычного в том, чтобы менять крыши каждые пять лет, говорит Адамс-Селин.
Град поражает не только дома и транспортные средства, но и сельское хозяйство. Даже небольшие градины могут представлять угрозу для урожая, особенно когда бури превращают их в снаряды, которые могут лишать растения листьев и сгибать стебли, останавливая их рост и делая их восприимчивыми к болезням. В Небраске есть округа, где фермеры больше всего беспокоятся не о засухе, наводнении или ветре, а о граде, говорит Дженсини, который также является ведущим учёным ICECHIP. Некоторые фермеры даже оформляют страховку от града.
Новая уязвимость от града — это солнечные электростанции, которые часто строятся на ровных солнечных участках по всей Центральной равнине. Хотя все солнечные панели должны соответствовать стандартам испытаний на ударопрочность для градин размером с бильярдный шар, более крупные градины могут разбить стекло. Потери от града всех видов имеют тенденцию к росту, хотя неясно, связано ли это с ростом количества крупных градин, вызванным изменением климата, или с расширением собственности и инфраструктуры на ранее необитаемые территории.
Ян Джиамманко (Ian Giammanco), ведущий исследователь-метеоролог в IBHS и член ICECHIP, тестирует более прочные и гибкие кровельные материалы, которые могут лучше противостоять граду. Включение таких материалов в строительные нормы ограничит дорогостоящий ремонт и рост страховых взносов. «Затраты стали слишком большими, чтобы их игнорировать», — говорит он. «Я думаю, именно поэтому вы увидели ренессанс в исследовании града».
