Оперативные региональные системы оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков

Отсутствие возможности для разработки эффективных заблаговременных предупреждений является одной из серьезнейших проблем, связанных с быстроразвивающимися паводками. В этой статье представлено два примера, позволяющих проанализировать полезность оперативных систем оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков (СОРВБП) при прогнозировании в регионах, которые могут находиться под угрозой быстроразвивающихся паводков. Эти примеры включают применение системы оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков для Юго-Восточной Европы (ОРВБПЮВЕ) в Хорватии и региональной системы оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков для Южной Африки (ОРВБПЮА) в Зимбабве. Обе системы внедрены в рамках глобального проекта для решения проблем, связанных с быстроразвивающимися паводками.

Важно отметить, что во всех случаях, прежде чем выпустить любые заблаговременные предупреждения, которые могут потенциально повлиять на сохранение жизни и имущества, прогнозист должен провести оценку выходной продукции СОРВБП. Поэтому эти системы были предназначены и разработаны для интерактивного использования метеорологами-прогнозистами и гидрологами-прогнозистами по всему миру, чтобы обеспечивать информационную инструктивную продукцию в реальном времени, касающуюся угрозы мелкомасштабных быстроразвивающихся паводков на всей площади региона. Они предоставляют необходимую продукцию в поддержку разработки предупреждений о быстроразвивающихся паводках, вызванных осадками, используя спутниковые оценки осадков и гидрологические модели.

Меморандум о взаимопонимании между ВМО и США в лице ЮСАИД^[1], НУОА^[2] и ГНИЦ^[3], поддерживает эту совместную инициативу по осуществлению СОРВБП по всему миру. Программа СОРВБП является общественно полезной инициативой, осуществляемой от имени организаций-партнеров.

Пример применения в Хорватии

Хорватия расположена на юго-востоке Европы вдоль побережья Адриатического моря. Это небольшая страна (56 594 км²), но ее топография производит впечатление, поскольку она примыкает к нескольким крупным формам рельефа Европы. Тремя основными рельефными формами являются Среднедунайская низменность, Динарское нагорье и Адриатическое море с более чем тысячью крупных и мелких островов. Из-за ее крутых гор и холмистых районов с водопадами и бурными потоками, а также ее широкими долинами низменно-равнинных рек, страна и множество ее ценных ресурсов уязвимы к воздействию обычных и быстроразвивающихся паводков.

В Хорватии Национальная метеорологическая и гидрологическая служба является единственной организацией, имеющей полномочия выпускать общие предупреждения о гидрометеорологических опасных явлениях посредством СМИ, на своих Интернет-страницах и через европейскую систему «Метеоаларм» а также передавать напрямую в органы власти. Национальная метеорологическая и гидрологическая служба приступила к оперативному прогнозированию и верификации быстроразвивающихся паводков с помощью системы ОРВБПЮВЕ. Поскольку быстроразвивающиеся паводки являются сугубо гидрометеорологическим явлением, предупреждения о них в Хорватии выпускаются метеорологами-прогнозистами и гидрологами-прогнозистами по взаимному согласию.

В рамках хорватского примера рассматривается явление, имевшее место 11 сентября 2017 г. в городах Задар и Нин, когда около 190 мм осадков выпало менее чем за 2 часа, причинив ущерб имуществу и поставив жителей двух городов в сложную ситуацию.

Метеорологическая ситуация: фронтальная система низкого приземного давления над Скандинавией затронула и западную часть Европы. В ночь с 9 на 10 сентября вторичный циклон сформировался над Генуэзским заливом и бóльшую часть дня оставался в квазистационарном состоянии над Тирренским морем. В верхних слоях атмосферы глубокая барическая ложбина с отсеченной депрессией была видна на уровнях 500 и 300 гПа, при этом левая область выхода струйного течения входила в Адриатику. Ось барической ложбины простиралась с севера на юг и поменяла свое направление на северо-запад — юго-восток.

Ложбина в верхних слоях атмосферы также была видна на уровне 850 гПа. На ее ведущей стороне сильный поток юго-западного ветра принес в Хорватию тепло, влагу и неустойчивые воздушные массы. Этот поток вместе со сдвигом ветра вызвал 11 сентября интенсивные конвективные процессы. Имеющаяся потенциальная энергия и сдвиг (между 0 и 6 км) показывали в основном умеренную возможность для интенсивной конвекции.

Красно-зелено-синее (КЗС) составное изображение воздушных масс (см. ниже) со спутника Метеосат 9 показало мезомасштабную конвективную систему над Хорватией с горизонтальным размером более 400 км. Она определила метеорологические условия не только на Адриатическом побережье, но и во внутриматериковых горных и центральных районах Хорватии. Самая высокая температура на верхней границе облаков была около −65 °С. Это указывало на глубокую влажную конвекцию и сильные восходящие потоки воздуха, благодаря которым капли воды попадали на очень большую высоту (около 12 км над районом Задара).

Анализ продукции системы ОРВБПЮВЕ: после оценки синоптической ситуации необходимо было провести тщательный анализ продукции системы ОРВБПЮВЕ. Диагностическая продукция системы анализировалась для того, чтобы определить гидрологическую реакцию водосборных бассейнов. Продукция включала оценки осадков, полученные по алгоритму global hydroestimator и скорректированное по микроволновым спутниковым данным, совокупные средние по площади осадки, среднюю влажность почвы и оценки риска возникновения быстроразвивающихся паводков.

Выводы: 11 сентября над городами Задар и Нин в течение нескольких часов продолжалась стационарная конвективная деятельность. Это вызвало разрушительной силы быстроразвивающиеся паводки со значительным материальным ущербом, но без гибели людей. Из 276 мм осадков, зарегистрированных на метеорологической станции Земуник, 265 мм выпало всего лишь за 6 часов. Аналогичным образом на станции в Задаре было зарегистрировано 213 мм осадков за 24 часа, при этом 188 мм выпало за 6 часов.

КЗС-изображение воздушных масс, полученное со спутника Метеосат 11 сентября в 06:00 UTC (ВСВ) (ЕВМЕТСАТ)	Быстроразвивающийся паводок в городе Задар, 11 сентября 2017 г.	Быстроразвивающийся паводок в городе Нин, 11 сентября 2017 г.

Последствия быстроразвивающихся паводков могли быть еще серьезнее, но был дан точный прогноз и заблаговременно выпущены предупреждения. Национальная метеорологическая и гидрологическая служба выпустила несколько предупреждений о быстроразвивающихся паводках для Национального управления по защите и спасательным операциям, а также посредством Метеоаларм для населения и СМИ. Система ОРВБПЮВЕ оказалась очень эффективной, указав точное местоположение быстроразвивающихся паводков.

Гидрологическая реакция небольших ливневых потоков на большое количество осадков была стремительной в связи с высокой степенью насыщения почвы. Поскольку быстроразвивающиеся паводки происходят в основном в городах, важно отметить, что урбанизация может оказывать значительное влияние на режимы поверхностного стока.

Верификация предупреждений о ливневых паводках в Хорватии показала, что в последние годы вероятность возникновения городских быстроразвивающихся паводков в прибрежной зоне страны заметно повысилась. В связи с этим прогнозирование быстроразвивающихся паводков становится не только более важным, но и более затруднительным. Другим странам, использующим СОРВБП, следует рекомендовать собирать как можно больше отчетов о быстроразвивающихся паводках. Они также должны проводить исследования по верификации, которые помогут понять неопределенности в моделях прогнозирования и определить пути их совершенствования.

Опыт в области оперативной работы с системой ОРВБПЮВЕ оказался ценным для распространения предупреждений в Хорватии. Также подчеркивается потенциальная возможность для расширенного сотрудничества в области снижения риска бедствий с организациями по оказанию помощи и возможность повышения информированности общества. Поскольку время является наиболее важным фактором, сотрудничество и вовлеченность необходимы для реализации эффективных «сквозных» систем заблаговременного предупреждения и прогнозирования быстроразвивающихся и обычных паводков.

Пример применения в Зимбабве

Зимбабве — внутриматериковое государство на юге Африки, площадь которого составляет 390 754 км². 

Карта рельефа и водосборы притоков в Зимбабве, где формируются быстроразвивающиеся паводки

Географически оно поделено на 10 провинций. На юге страна граничит с Южно-Африканской Республикой, на северо-западе — с Замбией, на юго-западе — с Ботсваной и на востоке — с Мозамбиком. Страна охватывает большую возвышенную материковую территорию, высота которой уменьшается к северу, по направлению к бассейну Замбези. Это район, где Замбия граничит с Зимбабве. Высота территории также снижается на юге, по направлению к бассейну реки Лимпопо и границе с Южной Африкой.

В обязанности Департамента метеорологического обслуживания Зимбабве входит спасение жизни людей и имущества, что предусматривает обеспечение предупреждений о быстроразвивающихся паводках.

В данном примере описывается быстроразвивающийся паводок, который произошел 14 ноября 2016 г. в районах, расположенных к югу от провинции Маникаланд. Рассматривается, как система ОРВБПЮА отображала районы интенсивных осадков, а также районы насыщенных влагой почв.

Метеорологическая ситуация: в течение недели, предшествовавшей описываемому случаю, наблюдались осадки, охватившие территорию страны, при этом обильные осадки выпали в некоторых частях провинций Маникаланд, Машоналанд Восток, Машоналанд Запад, Матабелеланд Юг и на востоке Мидлендс. В этот период автоматические метеорологические системы в этих местах не работали. Такие системы важны, поскольку фиксируют время или степень наивысшей интенсивности осадков, и были бы весьма полезны для использования в этом случае, если бы они работали. Значительные суммы осадков, зафиксированные за 24 часа 11 ноября, были отмечены в аэропорту Хараре (67 мм) и городе Мвума (64 мм). Значительное количество осадков (64 мм) также выпало в городе Муканди 14 ноября.

На основании синоптических карт было сделано заключение о существовании ложбины, расположенной в Индийском океане и распространяющейся в глубь материка над территорией Мозамбика и Зимбабве. Поскольку район быстроразвивающихся паводков имеет изрезанный рельеф и был насыщен влагой в результате дождей, выпавших до описываемого случая, в сочетании с высокой температурой, имелась высокая вероятность того, что грозовая деятельность могла быть обусловлена сочетанием всех этих факторов. Эта грозовая деятельность вызвала град, который отмечался в некоторых частях этих районов быстроразвивающихся паводков.

Анализ продукции системы ОРВБПЮА: чтобы получить полное представление о распределении осадков с начала периода дождей, изучались суммы накопленных осадков по всей территории страны. На основе этого предполагалось, что относительно других районов страны районы с наибольшими суммами осадков, вероятно, имели высокий уровень влажности почвы. Этот результат был подтвержден продукцией системы ОРВБПЮА, касающейся средней влажности почвы, которая показала, что в некоторых бассейнах страны, где отмечались случаи быстроразвивающихся паводков, насыщение верхнего слоя почвы влагой составило, по меньшей мере, 75 % (в результате накопленных осадков, о которых говорилось ранее).

Продукция системы ОРВБПЮА показала, что в 12:00 UTC (Всемирное координированное время) в восточных частях страны количество осадков должно было превысить лишь 30 мм в течение последующих 6 часов, чтобы была достигнута стадия максимальной емкости русла. Именно в этот период в этих районах выпало значительное количество осадков и произошли быстроразвивающиеся паводки.

Выводы: благодаря способности прогнозировать (с достаточно высокой точностью) районы, которым может грозить опасность быстроразвивающихся паводков, система ОРВБПЮА является полезной для Департамента метеорологического обслуживания в  выполнении обязанностей по спасению жизни людей и имущества.

Оба примера показывают, что СОРВБП способствует наращиванию потенциала и позволяет выпускать эффективные заблаговременные предупреждения о быстроразвивающихся паводках. Национальные метеорологические службы других стран могли бы использовать СОРВБП. Партнеры СОРВБП — ВМО, ЮСАИД, НУОА и ГНИЦ — стремятся расширить внедрение системы по всему миру.