Затопление прибрежной зоны происходит вдоль уязвимых береговых линий. Сочетание штормового нагона (обычно вызванного тропическими или внетропическими циклонами) и волн с затоплением прибрежной зоны рек при разных состояниях приливов постоянно приводит к большому количеству человеческих жертв. За последние 200 лет по меньшей мере 2,6 миллиона человек утонули вследствие затопления прибрежной зоны, вызванного штормовыми нагонами (Dilley et al., 2005). Однако в большинстве стран с уязвимой береговой линией отмечается увеличение числа населённых пунктов и более активное развитие рыболовства, туризма и другой инфраструктуры в прибрежной зоне, вследствие чего всё больше людей подвергаются опасности. Поэтому затопление прибрежной зоны вызывает всё большее беспокойство.
Изменения происходят также в водосборных бассейнах из-за активной деятельности человека в пойме рек, землепользования и происходящих в результате этого изменений речного стока, которые могут усугубляться океанскими штормовыми нагонами, экстремальными волнами и т. д. Штормовые нагоны часто сопровождаются сильными осадками, в результате чего реки выходят из берегов, ещё больше ухудшая ситуацию с затоплением на местах. Повышение глобального уровня моря также способствует повышению уязвимости.
Эти и другие статистические данные подчёркивают рост угрозы для населения, особенно в прибрежных зонах, указывая на необходимость систем предупреждения о затоплении этих зон, которые надлежащим образом учитывают различные опасные явления и их взаимодействия. Совместная техническая комиссия ВМО/МОК (Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО) по океанографии и морской метеорологии (СКОММ) и Комиссия по гидрологии (КГи) ВМО приняли решение о совместной работе по борьбе с этой угрозой. В 2009 году они инициировали Показательный проект по прогнозированию наводнений в прибрежной зоне (ПППНПЗ) для решения проблем безопасности населения прибрежных зон и поддержки повышения устойчивости за счёт совершенствования систем прогнозирования и предупреждения о затоплении прибрежных зон в национальном и региональном масштабах.
Показательный проект по прогнозированию наводнений в прибрежной зоне
ПППНПЗ сыграл особую роль в содействии проектированию и развитию комплексной системы оповещения и предупреждения о затоплении прибрежной зоны, вызванном несколькими факторами. Основное внимание уделялось заблаговременному предупреждению в прибрежных зонах и бассейнах, подверженных воздействию тропических циклонов и штормовых нагонов, сильного волнения от удалённых источников, приливов и речных паводков.
Эта инициатива и её подпроекты были направлены на повышение безопасности населения в зоне риска, что является основным приоритетным направлением деятельности ВМО. СКОММ и КГи, совместно с многочисленными экспертами и соответствующими учреждениями прежде всего обеспечивали точный и своевременный прогноз затопления прибрежной зоны исходя из общего набора показателей для уровня воды, взаимодействия с прибрежной речной средой и влияния на уязвимое население. Структура моделирования, наглядно демонстрирующая уровень сложности, который необходим, чтобы отразить локальные опасные явления и их взаимодействия, описывается в плане осуществления ПППНПЗ (WMO, 2017a).
Лишь ограниченное число национальных агентств одновременно используют модели штормового нагона, волнения и гидрологические модели, а так же сопряжённые системы прогнозирования в прибрежной зоне, и фактически ни одно из них не находится в развивающихся странах. Следовательно, ПППНПЗ был предназначен, чтобы поддерживать национальные агентства в разработке и оперативном использовании прогностической продукции, а также в установлении связей между ними и программами по борьбе с наводнениями в прибрежной зоне, а также другими соответствующими сообществами пользователей. Это требовало углублённого обучения в области использования этой продукции в различных гидрометеорологических и опасных ситуациях.
ПППНПЗ содействовал разработке и осуществлению обслуживания по предупреждению о затоплении прибрежных зон, связанном с океанографическими и гидрологическими явлениями, возникавшими в результате сильных гидрометеорологических бедствий. Цель состояла в том, чтобы использовать и поддерживать надёжную систему прогнозирования, которая помогает принимать решения по борьбе с затоплением прибрежной зоны на национальном уровне, используя следующие рычаги:
- определение национальных и региональных потребностей, особенно потребностей конечных пользователей;
- стимулирование всестороннего участия всех заинтересованных сторон;
- ввод в действие сквозных систем оперативного прогнозирования и предупреждения о затоплении прибрежных зон;
- развитие междисциплинарного сотрудничества между представителями различных научных дисциплин и сообществами пользователей;
- создание коммуникационных платформ для исследователей, прогнозистов и специалистов по обеспечению готовности к бедствиям и ликвидации их последствий, участвующих в мероприятиях по борьбе с затоплением прибрежных зон;
- передача технологий участвующим странам;
- предоставление специализированного обучения операторам, прогнозистам и специалистам по обеспечению готовности к бедствиям и ликвидации их последствий.
Подпроекты ПППНПЗ
Четыре отдельных и разнородных подпроекта были предприняты в Бангладеш (завершён в 2017 году), странах Карибского бассейна (завершён в 2018 году), Индонезии (завершён в 2019 году) и на Фиджи (предполагается завершить в конце 2019 года). В каждом проекте использовался разный комплект механизмов воздействия, что, в сочетании с разными возможностями и разной структурой управления в чрезвычайных ситуациях в указанных странах, сделало эти проекты уникальными. Их успешная работа показала, что комплексная система прогнозирования и предупреждения о затоплении прибрежных зон может совершенствоваться и координироваться Национальными метеорологическими и гидрологическими службами (НМГС). В окончательных отчётах о подпроектах содержится подробная информация о выполненных работах (WMO, 2017b, 2018,2019).
Бангладеш
 |
|
Рисунок 1. Прогнозируемое распространение затопления прибрежной зоны во время циклона Фани 1 мая 2019 года с использованием системы прогнозирования затопления прибрежной зоны, разработанной в рамках подпроекта ПППНПЗ Бангладеш. Источник: фото любезно предоставлено Камралем Хассаном (МДБ) и Бапоном Фахрутдином (компания «Тонкин Тейлор»). |
Побережье Бангладеш подвержено воздействию сильных штормовых нагонов, выходов рек из берегов и приливов. Протяжённый континентальный шельф, мелководная батиметрия, сложная прибрежная морфология и протяжённая береговая полоса между восточным и западным побережьями относятся к числу известных факторов, способствующих возникновению высоких штормовых нагонов большой продолжительности. Ежегодно в этом регионе формируются в среднем пять-шесть тропических циклонов.
Программа развития ООН (ПРООН) назвала Бангладеш самой уязвимой страной в мире в отношении тропических циклонов и вызванных ими штормовых нагонов. Кроме того, на территории страны находятся три крупные речные системы: Брахмапутра, Ганг и Мегхна. Сочетание расходов воды этих крупных речных систем и высоты штормового нагона, которая может достигать более 10 метров относительно среднего уровня моря, может вызвать катастрофическое затопление прибрежной зоны. Поэтому в 2009 году Бангладеш была выбрана в качестве страны осуществления первого подпроекта ПППНПЗ по соглашению с Метеорологическим департаментом Бангладеш (МДБ). Финансирование осуществляло Бюро по оказанию помощи другим странам в случае стихийных бедствий Агентства США по международному развитию (ЮСАИД).
Была усовершенствована модель штормового нагона Японского метеорологического агентства (ЯМА) для включения входных данных о волнах и приливах в прогнозирование оценок общего уровня воды. Гидрологические и гидродинамические входные данные по речному расходу были параметризованы для ввода в систему прогнозирования. Информация о циклонах поступала из Регионального специализированного метеорологического центра, Объединённого центра предупреждений о тайфунах и от региональной комплексной системы заблаговременных предупреждений о многих опасных явлениях для Африки и Азии. Использовалась система интеграции Дельфтской системы заблаговременных предупреждений о паводках (СЗПП). Батиметрические данные, будучи основными входными данными для системы предупреждения, поступали из различных источников, при этом лучшим источником были Военно-морские силы Бангладеш. Данные цифровой модели высотных отметок рельефа чрезвычайно важны для моделирования затопления прибрежной зоны, и для этой цели использовались данные Геодезической службы Бангладеш. Всё это иллюстрирует определённые виды сотрудничества, необходимые на этапах от использования данных до моделирования, и способствует созданию успешной системы прогнозирования затопления прибрежной зоны.
Перед тем как выбрать вариант проектирования сквозной системы заблаговременных предупреждений с учётом воздействий был рассмотрен ряд интеграционных и оперативных требований. Это включало использование в некоторых случаях упрощённого моделирования (например, моделирования расхода воды в реках), чтобы обеспечить режим вычислений, приемлемый для выпуска прогнозов с заблаговременностью, достаточной для эффективного реагирования — по меньшей мере, чтобы выпускать предупреждения с заблаговременностью от 12 до 24 часов. Цель состояла не в изменении каких-либо процедур по обеспечению готовности к бедствиям и ликвидации их последствий, действующих в стране, и не в изменении полномочий, а в совершенствовании и поддержке процесса принятия решений с использованием уже существующих процедур. Намерение состояло в том, чтобы создать систему, которая лучше реагирует на потребности Бангладеш и местных заинтересованных сторон.
С тех пор как эта система была введена в эксплуатацию, число погибших снизилось: 26 — в 2016 году, 2 — в 2017 году, по сравнению с тысячами погибших во время бедствий в 1998 и 2007 годах. Усовершенствованные заблаговременные предупреждения оказали информационную поддержку при принятии решений на местном уровне, обеспечивая таким образом вклад в общий успех Бангладеш в области снижения рисков бедствий, связанных с затоплением прибрежной зоны. В будущем бедствия по-прежнему могут наносить стране урон, но имеются чрезвычайно положительные свидетельства того, что этот подпроект ПППНПЗ оказался успешным. МДБ уже использует эту систему, и недавний пример её использования во время циклона Фани в мае 2019 года показан на рис. 1.
Индонезия
 |
|
Затопление прибрежной зоны города Семаранг, Индонезия, которое нарушило транспортное движение и подтопило здания в городе |
С точки зрения затопления прибрежной зоны Индонезия уникальна в плане уязвимости прибрежных населённых пунктов. Располагаясь на архипелаге, страна имеет побережье протяжённостью почти 100 000 км, которое подвержено катастрофическим наводнениям, вызванным рядом опасных явлений, действующих по отдельности или одновременно. К ним относятся высокие приливы, интенсивные осадки, речные паводки, аномалии высоты поверхности моря и океанские волны. Даже едва заметные колебания давления и ветра могут вызвать нагонные волны высотой 0,5 м, которые способны оказать воздействие на низко лежащие участки суши. Ещё одним уникальным и осложняющим фактором в отношении затопления прибрежной зоны в Индонезии является сильное оседание грунта в городских районах, часто — более 25 см в год, в сочетании с всё более интенсивным освоением прибрежных земельных участков. Со временем всё это может повысить уязвимость.
Многие организации сотрудничают в создании успешной системы прогнозирования затопления прибрежной зоны в Индонезии. Соглашение о реализации подпроекта в Индонезии, подписанное в 2017 году, предусматривало участие пяти министерств/учреждений: Морского метеорологического центра Агентства по метеорологии, климатологии и геофизике (АМКГ), Научно-исследовательского центра по освоению водных ресурсов Министерства сельского хозяйства, Управления по эксплуатации прибрежной зоны и малых островов, Центра геодезического и геодинамического контроля Национального картографического агентства (BIG) и Управления по обеспечению готовности.
Выходные данные различных прибрежных прогностических систем интегрировались в рамках Дельфтской СЗПП, включая гидродинамическую модель штормового нагона Delft 3D, волновую модель Национального управления США по исследованию океанов и атмосферы (НУОА) WAVEWATCH III, используемую АМКГ для индонезийских прибрежных вод, и ряд других национальных и международных моделей, в том числе модели глобальных приливов и оперативных прогнозов аномалий поверхности моря Австралийского бюро по метеорологии.
Важно отметить, что АМКГ располагает широкими возможностями для прогнозирования и хорошо подготовленным персоналом и процедурами. Это позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование системы, а также делать её более устойчивой. Основное финансирование проекта также осуществлялось АМКГ, возможности и потенциал которого значительно расширились в результате осуществления ПППНПЗ. Подпроект был завершён в январе 2019 года, а в апреле 2019 года была развёрнута национальная оперативная программа по прогнозированию затопления прибрежной зоны.
Страны Карибского бассейна
Каждый год в сезон ураганов (с 1 июня по 30 ноября) тропические циклоны представляют угрозу для Эспаньолы — острова, на котором расположены две страны — Доминиканская Республика и Гаити. С 1851 года в радиусе 300 км от острова наблюдалось свыше 150 тропических циклонов, которые вызывали сильные ветры, высокие штормовые нагоны, большие волны, интенсивные осадки и речные паводки. До подпроекта ПППНПЗ Доминиканская Республика и Гаити не имели информационной продукции, касающейся планирования и обеспечения готовности к штормовому нагону и затоплению прибрежной зоны, которая могла бы содействовать мерам по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Это также относится ко многим другим странам Карибского бассейна.
Что касается разработки и осуществления проекта, Региональный специализированный метеорологический центр ВМО по тропическим циклонам и Национальный центр по ураганам НУОА (НЦУ) внесли основной технический вклад в сотрудничество с Руководящей группой проекта ПППНПЗ и другими партнёрами. Финансирование осуществляло агентство ЮСАИД. Национальная координационная группа включала экспертов, прогнозистов и специалистов по обеспечению готовности к бедствиям и ликвидации их последствий из различных организаций Доминиканской Республики. Гаити принимала участие в мероприятиях и различных совещаниях, так что специалисты этой страны также могли полноценно использовать продукцию, чтобы выпускать предупреждения и влиять на мероприятия по реагированию на чрезвычайные ситуации.
Подход к моделированию прибрежной зоны в рамках Карибского ПППНПЗ отличался от подхода, применявшегося в других подпроектах. Вместо применения затратной по времени вычислений полной модели штормового нагона в реальном времени, сопряжённой с моделью волнения, в подпроекте использовался подход НЦУ в Майами, который можно реализовать на обычном стационарном компьютере. С помощью модели сгонно-нагонных явлений на морях, озёрах и суше, вызванных ураганами (SLOSH), в рамках этого подхода рассчитывались различные категории ураганов и различные траектории движения ураганов, которые могли обрушиться на Эспаньолу. С помощью суперкомпьютера рассчитывались все возможные сценарии интенсивности, скорости и направления распространения, общее число которых составляло около 10 тысяч. Расчёты по модели волнения производились с наложением на выходные данные модели штормового нагона, чтобы учесть воздействие волн и подъём уровня воды.
SLOSH позволила рассчитать максимальную зону затопления в результате нагона (maximum envelope of water, MEOW) и получить максимальные оценки размеров этой зоны (MEOWS). Важнейшим элементом стало использование цифровой модели рельефа местности, предоставленной немецким спутником (TanDEM-X) с разрешающей способностью сетки 12 м. Требовалось такое высокое разрешение, поскольку вообще-то были доступны только данные в узлах сетки с низким разрешением, которые не подходили для использования в расчётах по модели штормового нагона. Батиметрические данные были данными однолучевых измерений, которые используются для моделей цунами.
Полученные в результате прогнозы предоставляются почти моментально, обеспечивая больше времени на подготовку предупреждений и связь со службами по чрезвычайным ситуациям. Такая оперативная система также позволяет корректировать руководящие указания и предупреждения в случае изменений параметров циклона.
Показательный проект был завершён в декабре 2018 года и действовал во время сезона ураганов в Атлантике в 2019 году. Продолжается работа и на пост-демонстрационном этапе с целью установления связей между прогнозами штормового нагона и прогнозами речных паводков; последние будет выпускать Национальный институт гидрологических ресурсов. В рамках этой деятельности также будет рассматриваться воздействие прогнозирования штормового нагона на условия развития речных паводков, преобладающее влияние на которые могут оказывать интенсивные осадки, сопровождающие тропические циклоны.
Фиджи
 |
|
Затопление курортных отелей вдоль Кораллового побережья острова Вити-Леву, вызванное волнами, надвигающимися с юга (Фото: Тихоокеанское сообщество (SPC) 2011 год) |
Фиджи включает в себя свыше 330 островов Тихого океана, из которых лишь 110 имеют постоянно проживающее население. На дву х основных островах — Вити-Леву и Вануа-Леву — проживает 87 % всего населения, насчитывающего почти 850 000 человек. Примерно 75 % населения Фиджи проживает на побережье Вити-Леву.
Из-за своего расположения Фиджи уязвимо к тропическим циклонам. Они могут вызывать опасные и разрушительные штормовые нагоны в местах со значительными мелководными прибрежными зонами (шельфами), особенно на северо-западном побережье Вити-Леву, которые вносят свой вклад в штормовые нагоны в городах Нади и Лаутока. На южном побережье Вити-Леву нет такой шельфовой зоны, и оно не подвержено воздействию штормовых нагонов, вызванных ветром, но находится под влиянием наката ветровых волн, преодолевающих огромное расстояние с юга от Австралии и Новой Зеландии.
Тропические циклоны могут стать причиной продолжительных периодов обильных осадков на Фиджи, вызывая затопление в форме ливневых или речных паводков. Когда случается речной паводок в сочетании со штормовым нагоном, возникающее в связи с этим затопление может быть значительно интенсивнее того, которое могло бы произойти либо отдельно из-за штормового нагона либо отдельно из-за речного паводка. Это подчёркивает важность совместного моделирования штормовых нагонов и речных паводков. Например, это касается Нади — прибрежного города, который может быть подвержен воздействию крупных и разрушительных наводнений, приводящих к гибели людей.
Основное внимание в подпроекте ПППНПЗ уделялось главному острову Вити-Леву, в частности двум крупным населённым районам с активной экономической деятельностью — Коралловому побережью на южной оконечности острова и северо-западному побережью в окрестностях Нади. Подпроект финансировался Корейским агентством по международному сотрудничеству и Корейской метеорологической администрацией. В результате осуществления подпроекта на Фиджи была создана система с тремя различными компонентами:
a) Южное побережье, подверженное затоплению от волн, пришедших издалека
b) Северо-западное и Северо-восточное побережья, преимущественно подверженные воздействию штормовых нагонов (включая нагоны, вызванные тропическими циклонами)
c) Затопление прибрежной речной зоны с акцентом в первую очередь на речном бассейне Нади.
Паводок, вызванный волнами, приближающимися к Фиджи с юга, в сочетании с высокими приливами может привести к серьёзному и разрушительному затоплению. Что касается последствий, то на Коралловом побережье находится крупная транспортная магистраль и туристические отели. Вместо того чтобы осуществлять в реальном времени расчёты по комплексной модели волнения с высоким разрешением, прогностическая система получает доступ к результатам нескольких сотен возможных сценариев, касающихся высоты, периода и направления волн. Это позволяет быстро получать результаты и выполнять расчёты на стандартном стационарном компьютере. Оповещения передаются с заблаговременностью 48 часов, а предупреждения выпускаются с заблаговременностью 24 часа. На предоперативном этапе для нескольких серьёзных бедствий были успешно предоставлены заблаговременные и подробные предупреждения для Южного побережья.
Для изучения штормовых нагонов на прибрежных склонах северо-западного и северо-восточного участков Вити-Леву ЯМА использовало модель штормового нагона с особым акцентом на этом острове, но также с охватом всех островов Фиджи. Она используется в демонстрационном режиме с 2018 года и предполагается, что будет полностью введена в эксплуатацию к сезону циклонов 2019/2020 годов.
Река Нади может выйти из берегов относительно быстро, в течение 2– 4 часов, после обильных осадков, которые могут сопровождать тропические циклоны и штормы. Для удовлетворения потребности в заблаговременных предупреждениях о речных паводках в рамках подпроекта внедрена система предупреждений о затоплении поймы реки Нади. Для предоставления синоптикам руководящих указаний, основываясь на знаниях экспертов, система использует логику дерева принятия решений с входными данными о наблюдённых и прогнозируемых осадках, уровне штормового нагона и гидрологических условиях в верхнем течении реки. Эта система позволяет выпускать оповещения и потенциальные предупреждения о возможном затоплении в сложных условиях нагонных явлений на реке.
Все компоненты ПППНЗП для Фиджи были выполнены в предэксплуатационном режиме. Предполагается, что демонстрационный этап, включая переход на полный режим работы, будет завершён к концу 2019 года.
Последние разработки
ВМО поручила провести независимый обзор (Barrett and Canterford, 2018) ПППНЗП, по результатам которого была дана тщательная оценка инновационной концепции показательного проекта с различными выводами и рекомендациями. Обзор подтвердил, что подпроекты успешно продемонстрировали способность выпускать прогнозы с учётом воздействий и предупреждения о затоплении прибрежных зон при наличии сложных комбинаций механизмов воздействия. Обзор показал, что было бы полезно распространить подходы, использованные в ПППНЗП, на другие уязвимые развивающиеся страны и усовершенствовать их.
Например, подпроект для Фиджи обеспечил отличную модель для применения на других малых островах в южной части Тихого океана, а пример Эспаньолы можно легко адаптировать к другим островам Карибского бассейна. Осуществление подпроекта в Бангладеш можно применить в других странах в районе Бенгальского залива, а исследование в Индонезии, которое сосредоточено на городах Джакарта и Семаранг, можно провести и в других районах Индонезии или соседних странах.
На восемнадцатой сессии Всемирного метеорологического конгресса были одобрены основные результаты и рекомендации обзора, а у ПППНЗП отменён статус «показательный» с целью создания новой программы «Инициатива по прогнозированию наводнений в прибрежной зоне» (ИПНПЗ). Эта инициатива вписывается в концепцию системы заблаговременных предупреждений о многих опасных явлениях (СЗПМОЯ), которая поддерживается в рамках Сендайской рамочной программы по снижению риска бедствий. Таким образом, в рамках этой инициативы будут изыскиваться возможности для взаимодействия, где это возможно, в том числе с процессами заблаговременного предупреждения о цунами.
Успешное завершение ПППНПЗ продемонстрировало ценность разработки систем заблаговременных предупреждений с обеспечением гибкого подхода, позволяющего учитывать затопление, обусловленное действием различных факторов. За последнее десятилетие целенаправленные усилия Членов, сотрудничающих со своими партнёрами из участвующих стран, а также представителей СКОММ, КГи и многих других экспертов, продемонстрировали полезность инновационной системы заблаговременных предупреждений и значимость междисциплинарного сотрудничества в международном масштабе в целях повышения безопасности населения.
Литература
Barrett, C. and R. Canterford, 2018: Assessment Report, Coastal Inundation Forecasting Demonstration Project (CIFDP). Geneva, World Meteorological Organization.
Dilley, M., R.S. Chen, U. Deichmann, A.L. Lerner-Lam, M. Arnold, J. Agwe, P. Buys, O. Kjevstad, B. Lyon and G. Yetman, 2005: Natural Disaster Hotspots: A Global Risk Analysis. Disaster Risk Management Series No. 5. Washington, DC, World Bank.
World Meteorological Organization, 2017a: Coastal Inundation Forecasting Demonstration Project Implementation Plan. Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology Technical Report No. 64. Geneva.
———, 2017b: Final Report of the Coastal Inundation Forecasting Demonstration Project (CIFDP) for Bangladesh. Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology Technical Report No. 95. Geneva.
———, 2018: Final Report of the Coastal Inundation Forecasting Demonstration Project (CIFDP) for Caribbean. Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology Technical Report No. 96. Geneva.
———, 2019: Final Report of the Coastal Inundation Forecasting Demonstration Project (CIFDP) for Indonesia. Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology Technical Report No. 97. Geneva.
Авторы
Вэл Суэйл, Министерство окружающей среды и изменения климата Канады
Сара Граймс, Секретариат ВМО
Пол Пайлон, Секретариат ВМО
Кертис Барретт, Специалист по природным опасным явлениям, Австралия
Рэй Кентерфорд, Агентство США по международному развитию
Юрий Симонов, Росгидромет
