В связи с глобальным потеплением, высота волн в Атлантике растёт. Однако Балтийское море не подвержено подобным трендам — в маленьком море более заметны другие процессы. О том, как их исследовать и какие выводы можно сделать, рассказывает доктор физических наук Надежда Кудрявцева, старший научный сотрудник Таллинского технического университета (эст. Tallinna Tehnikaülikool).
XX2 ВЕК. Расскажи, пожалуйста, про свои исследования.
Н. К. Мы исследуем изменения климата. Известно, что в общем по всей планете увеличивается температура. Изменение температуры вызывает изменение скорости ветра, что в свою очередь приводит к изменению параметров волн, в частности, их высоты. Так вот, мы пытаемся посмотреть на изменения климата с точки зрения высоты волн, понять, как климат и повышение температуры влияют на высоту волн. Понять это очень важно, особенно для людей, которые живут на берегу моря (а в принципе очень много людей живёт на берегу моря, сейчас — 42,7% населения земли, и прогнозируется, что их число поднимется до 60,5% к 2025-му году). Увеличение высоты волн влияет на береговую линию, — волны могут её сильно разрушить, стать причиной наводнений. Те, кто живут около берега моря, могут потерять дома в результате затопления; волны могут разрушить портовые конструкции и т. д.
XX2 ВЕК. Что влияет на высоту волн?
Н. К. На высоту волн влияет ветер — чем он сильнее, тем выше волны. Но ещё влияет геометрия. Если мы посмотрим на Атлантический или Тихий океан, — там очень большой простор для развития волн. А в Балтийском море или в маленьких морях — не такой большой из-за их геометрии. Ветер создаёт волны в том направлении, в котором он дует. И если у нас вдруг возникает суша на пути, то волны затихают. В этом плане, высота воды очень сильно влияет, потому что она изменяет геометрию моря; например, если мы поднимем высоту воды на один метр в Балтийском море, это очень сильно изменит контур суши. Также наводнения — это комбинация двух факторов, высокого уровня воды и высокого уровня волн одновременно.
При этом надо разграничивать медленные процессы (глобальные) и быстрые процессы (локальные). Есть медленные изменения, которые заметны, когда мы смотрим на 50—100 лет — когда тают ледники. Быстрые изменения уровня воды — это когда у нас возникает поток воды (в Балтийском море, например, из Атлантики) и уровень моря меняется достаточно быстро. Мы наблюдаем эти быстрые изменения и строим закономерности — статистические распределения, которые мы можем использовать для предсказания процессов. А вот медленные изменения уровня Балтийского моря пока трудно предсказать.
XX2 ВЕК. Есть мнение, что некоторые города и штаты в Америке, расположенные на побережье Атлантического океана, к 2045-му году в связи с таянием ледников будут затоплены. Можешь сказать, будет ли в Балтийском море похожая ситуация? Какова вероятность, что через 30—40 лет всё будет плохо?
Н. К. В глобальном океане уровень моря растёт с ускорением. Действительно, увеличивается температура воздуха, увеличивается температура воды, растёт уровень моря и высота волн. В Балтике уровень высоты моря увеличивается, примерно, на 4 мм в год; правда, в северных областях, таких как Финский залив, Ботнический залив, повышение уровня воды полностью компенсируется поднятием суши, вызванным снятием ледниковой нагрузки (гляциоизостазией). Для Балтийского моря предсказания о том, что будет через 30—40 лет, делать довольно сложно. Есть разные предсказания, что это будет происходить очень быстро, или это будет намного медленнее. Прогноз будет зависеть от качества климатической модели, которую учёные используют, и от проверки модели в условиях Балтийского моря. Качество климатической модели зависит от физических процессов, которые мы в неё закладываем — закономерностей между разными известными параметрами. В разных климатических моделях люди учитывают разные физические процессы по-разному. При этом какие-то закономерности до сих пор неизвестны, например, как взаимодействуют волны со льдом. Это очень важный момент, потому что если у нас увеличивается высота волн, это может влиять на разбивание льда. Таким образом волны могут ускорить таяние льда. Но сейчас это всего лишь гипотеза — неизвестно, как взаимодействуют волны со льдом.
В нашем исследовании мы смотрели на изменения высоты волн в Балтийском море за последние 30 лет, используя данные с разных спутников. Мы увидели, что практически нет изменений в средней высоте волн и нет изменений в экстремальных штормах. То есть, на данный момент повышение уровня воды и повышение уровня волн в Балтийском море — очень незаметное. В принципе, у нас тоже есть разные процессы. Но они сильно отличаются от процессов в Атлантике, так как мы от неё отделены. Есть только локальные изменения — в определённых частях моря: в западной части заметно сильное увеличение высоты волн по сравнению с восточной (0,5 см в год), что, в принципе, сравнимо с Атлантикой и мировым океаном. На локальные изменения влияет изменение направления ветра. Ветер «поворачивается», поэтому сильно увеличивается высота волн в одних местах, и ничего не происходит в других.
XX2 ВЕК. Как вы проводите свои опыты?
Н. К. Если мы говорим о высоте волн, то есть несколько методов. Один метод — проводить измерения с автоматического буя и с помощью него с хорошим качеством измерять высоту и направление волн. Но это — только одно место, оно не говорит об общей картине. Кроме того, поставить такие инструменты во многих местах — довольно дорого. В Балтийском море у нас только около 10 таких станций, и многие из них нужно убирать на зиму, когда замерзает Ботнический или Финский залив. Всё это довольно сложно, но даёт очень точные данные.
Другой метод — это моделирование. Если мы знаем показания ветра, мы можем построить модель и предсказать, какие будут высоты волн. Это даёт большее покрытие, мы можем посмотреть, что происходит, на карте. Но результат очень сильно зависит от качества ветра, а ветер опять измеряется только в нескольких местах. Поэтому в нашем исследовании мы использовали спутниковые альтиметрические данные. У них есть огромное преимущество — они дают очень большое покрытие. Спутник вращается вокруг Земли, и мы измеряем высоту волн и ветер в каждой точке. Мы можем покрыть, таким образом, всё Балтийское море, Атлантический океан и глобальный океан, и увидеть, что происходит на данный момент с волнами. От спутников получают большое количество данных. Затем их откалибровывают — сравнивают с данными, полученными с помощью буёв в определённых точках (так как эти данные — более точные), и корректируют спутниковые данные в соответствии с вычисленной ошибкой.
Спутник использует радар — он запускает радиоимпульс на Землю. Этот импульс отражается от Земли и опять идёт на спутник. Так, с помощью высотометра, можно измерить ветер и высоту волны. Как? Запускаемый импульс очень узкий по частоте и по времени, он имеет определённую форму. Когда он отражается от земли или от воды (от волн), то его форма меняется. Например, если у нас озеро, то будет определённая форма отражённого импульса, а если на поверхности воды высокие волны, то отражённый сигнал будет другой. По форме сигнала мы можем сказать, какая высота волн, и какой у нас ветер или даже уровень моря. Как сигнал зависит от высоты волн — уже изучено и откалибровано раньше.
XX2 ВЕК. В вашей статье вы пишете, что в данных, которые мы имеем от 90-х годов, — очень большая погрешность, и мы не можем на них полагаться. Я правильно поняла?
Н. К. Да, но это только с точки зрения Балтийского моря. Если мы в открытом океане, у нас нет ни островов, ни льда, то в принципе, ранние спутники дают хорошую картину. Проблема в том, что в Балтийском море или в маленьких морях, как Средиземное или Каспийское, много островов, а также сложная береговая линия, иногда появляется лёд. Все это искажает спутниковые данные. У современных спутников разрешение — один километр. Это значит, что мы усредняем высоту волн или силу ветра в радиусе километра. У ранних данных от 90-х и 80-х годов было разрешение 30 км. В таких морях как Балтийское мы не можем использовать эти данные, для нас 30 км — это слишком большое расстояние. Но если смотреть глобально, на Атлантический или Тихий океан далеко от берега, то всё это неплохо работает.
В принципе, уже были глобальные исследования, которые тоже использовали все спутники и смотрели, что происходит с ветром, с уровнем моря и с высотой волн. Они обнаружили, что, например, сила ветра увеличилась на 1,5% за последние 20 лет. Сейчас мы пытаемся использовать спутниковые данные в региональных морях, таких как Каспийское или Балтийское море.
XX2 ВЕК. А чьи это спутники?
Н. К. Они запущены либо Европейским космическим агентством (European Space Agency), либо NASA. Что хорошо в науках о земле сейчас — это то, что все данные открыты всем учёным, нет проблемы с доступом к ним (так как известно, что есть проблема с изменением климата). Если Европейское космическое агентство или NASA запускает спутник, то данные доступны всем. Есть сайты, на которых можно получить эти данные (например, EUMETSAT). Но есть ограничение — данные доступны для анализа и науки, но не для коммерческого использования. Европейское комическое агентство сейчас открыло очень хороший портал, где все данные доступны либо в реальном времени, либо в архиве — https://scihub.copernicus.eu/. Они пытаются сделать всё, что можно, чтобы люди эти данные использовали и смотрели, что происходит с климатом.