Экстремальная погода включает неожиданную, необычную, суровую или несезонную погоду ; погода находится на крайних точках исторического распределения — диапазоне, который наблюдался в прошлом. [1] [2] Экстремальные события основаны на записанной истории погоды в определенном месте. Они определяются как находящиеся в самых необычных десяти процентах (10-й или 90-й процентиль функции плотности вероятности). [2] К основным типам экстремальных погодных явлений относятся волны жары , волны холода и сильные осадки или штормы, такие как тропические циклоны . Последствиями экстремальных погодных явлений являются экономические издержки, человеческие жертвы, засухи , наводнения , оползни . Суровая погода – это особый тип экстремальной погоды, который представляет опасность для жизни и имущества.
Изменение климата увеличивает периодичность и интенсивность некоторых экстремальных погодных явлений. [3] Уверенность в том, что экстремальные погодные и другие явления связаны с антропогенным изменением климата, наиболее высока в отношении изменений частоты или масштабов экстремальных жары и холода, с некоторой уверенностью в увеличении количества обильных осадков и усилении интенсивности засух. [4] Текущие данные и климатические модели показывают, что повышение глобальной температуры усилит экстремальные погодные явления по всему миру, тем самым увеличивая человеческие потери, ущерб и экономические издержки, а также разрушение экосистем.
Экстремальные погодные условия оказывают значительное воздействие на человеческое общество, а также на природные экосистемы. Например, по оценкам глобальной страховой компании Мюнхен Ре , в 2015 году стихийные бедствия нанесли глобальный прямой ущерб на сумму более 90 миллиардов долларов США. [5] Некоторые виды человеческой деятельности могут усугубить последствия, например плохое городское планирование , разрушение водно-болотных угодий и строительство домов вдоль пойм рек .
Экстремальная погода описывает необычные погодные явления, которые находятся на крайних точках исторического распределения для данной территории. [2] : 2908 Шестой оценочный доклад МГЭИК определяет экстремальное погодное явление следующим образом: «Событие, которое является редким в определенном месте и в определенное время года. как или реже, чем 10-й или 90-й процентиль функции плотности вероятности, оцененной на основе наблюдений». [2] : 2908
Для сравнения, термин « суровая погода» означает любой аспект погоды, который представляет угрозу для жизни, имущества или требует вмешательства властей. [ нужна цитата ] Таким образом, суровая погода представляет собой особый тип экстремальной погоды.
Определения экстремальной погоды различаются в разных частях общества, что меняет результаты исследований в этих областях. [5]
Волны тепла – это периоды аномально высоких температур и теплового индекса . Определения волны тепла различаются из-за разницы температур в разных географических точках. [6] Чрезмерная жара часто сопровождается высоким уровнем влажности , но также может быть и катастрофически сухой. [7]
Поскольку волны тепла не видны, как другие формы суровой погоды, такие как ураганы, торнадо и грозы, они являются одной из менее известных форм экстремальной погоды. [8] Очень жаркая погода может нанести вред населению и посевам из-за потенциального обезвоживания или гипертермии , тепловых судорог , теплового расширения и теплового удара . Высохшие почвы более подвержены эрозии, что приводит к уменьшению земель, доступных для сельского хозяйства . Частота вспышек лесных пожаров может увеличиться, поскольку сухая растительность имеет повышенную вероятность возгорания. Испарение водоемов может иметь разрушительные последствия для морских популяций, уменьшая размер доступной среды обитания, а также количество питательных веществ, присутствующих в водах . Поголовье скота и других животных также может сократиться.
Во время чрезмерной жары растения закрывают поры листьев ( устьица ), что является защитным механизмом для сохранения воды, но также ограничивает ее поглощающую способность. Это оставляет больше загрязнения и озона в воздухе, что приводит к более высокой смертности населения. Подсчитано, что дополнительное загрязнение жарким летом 2006 года в Великобритании унесло жизни 460 человек. [9] Волны жары в Европе летом 2003 года, по оценкам, стали причиной 30 000 дополнительных смертей из-за теплового стресса и загрязнения воздуха . [10] В более чем 200 городах США зарегистрированы новые рекордно высокие температуры. [11] Самая сильная волна жары в США произошла в 1936 году и непосредственно унесла жизни более 5000 человек. Самая сильная волна жары в Австралии произошла в 1938–1939 годах и унесла жизни 438 человек. Вторая худшая волна была в 1896 году.
Отключения электроэнергии также могут возникать в районах, где наблюдается жара, из-за повышенного спроса на электроэнергию (например, использования кондиционеров). [12] Эффект городского острова тепла может привести к повышению температуры, особенно в ночное время. [13]
Волна холода – погодное явление, отличающееся охлаждением воздуха. В частности, по определению Национальной метеорологической службы США , волна холода — это быстрое падение температуры в течение 24 часов, требующее существенно усиленной защиты сельского хозяйства, промышленности, торговли и социальной деятельности. Точный критерий волны холода определяется скоростью падения температуры и минимумом, до которого она падает. Эта минимальная температура зависит от географического региона и времени года. [14] Волны холода обычно могут возникать в любом геологическом месте и образуются большими массами холодного воздуха, которые накапливаются в определенных регионах в результате движения воздушных потоков. [6]
Волна холода может привести к гибели и ранениям домашнего скота и диких животных. Воздействие холода требует увеличения потребления калорий для всех животных, включая людей, а если волна холода сопровождается сильным и стойким снегом, пасущиеся животные могут оказаться не в состоянии получить необходимую пищу и воду и умереть от переохлаждения или голода. Волны холода часто вызывают необходимость закупки кормов для скота, что обходится фермерам дорого. [6] Человеческие популяции могут получить обморожение при длительном воздействии холода, что может привести к потере конечностей или повреждению внутренних органов.
Сильные зимние холода часто приводят к замерзанию плохо изолированных водопроводных труб . Даже некоторые плохо защищенные внутренние водопроводные системы могут разорваться из-за расширения замерзшей воды внутри них, что приведет к повреждению имущества. Пожары, как это ни парадоксально, становятся более опасными во время сильных холодов. Водопроводные сети могут выйти из строя, а водоснабжение может стать ненадежным, что затруднит тушение пожара . [6]
Волны холода, которые приносят неожиданные заморозки и заморозки во время вегетационного периода в зонах средних широт, могут убить растения на ранних и наиболее уязвимых стадиях роста. Это приводит к неурожаю, поскольку растения погибают до того, как их можно будет собрать экономически выгодно. Такие волны холода вызвали голод . Холодные волны также могут привести к затвердеванию и замерзанию частиц почвы, что затрудняет рост растений и растительности на этих территориях. Одной из крайностей был так называемый «Год без лета» 1816 года, один из нескольких лет 1810-х годов, когда многочисленные урожаи погибли из-за резких летних похолоданий после того, как извержения вулканов уменьшили количество поступающего солнечного света.
В некоторых случаях более частая чрезвычайно холодная зимняя погода – например, в некоторых частях Азии и Северной Америки, включая волну холода в Северной Америке в феврале 2021 года – может быть результатом изменения климата, например, из-за изменений в Арктике . [15] [16] Однако выводы, связывающие изменение климата с волнами холода, по-прежнему считаются спорными. [17] [ ненадежный источник? ] [ необходимы дополнительные ссылки ] Проект JRC PESETA IV в 2020 году пришел к выводу, что общее изменение климата приведет к снижению интенсивности и частоты экстремальных холодов, при этом более мягкие зимы уменьшат количество смертей от экстремального холода, [18] [ дополнительные необходима ссылка(и) ] даже если отдельные холодные экстремальные погодные условия иногда могут быть вызваны изменениями, вызванными изменением климата, и, возможно, даже стать более частыми в некоторых регионах. Согласно исследованию 2023 года, «слабые экстремально холодные явления (ECE) значительно уменьшаются по частоте, площади проекций и общей площади в северном полушарии с глобальным потеплением. Однако частота, площадь проекций и общая площадь сильных ECEs не показывают значительной тенденции». тогда как в Сибири и Канаде они растут». [19]
Вообще говоря, одно событие экстремальной погоды не может быть связано с какой-либо одной причиной ; однако некоторые общесистемные изменения в глобальных погодных системах могут привести к увеличению частоты или интенсивности экстремальных погодных явлений. [5]
Аспекты нашей климатической системы имеют определенный уровень естественной изменчивости, и экстремальные погодные явления могут возникать по нескольким причинам, выходящим за рамки человеческого воздействия, включая изменения давления или движение воздуха. Районы вдоль побережья или расположенные в тропических регионах чаще подвергаются штормам с обильными осадками, чем регионы с умеренным климатом, хотя такие явления могут произойти. Не каждое необычное погодное явление можно винить в изменении климата. Атмосфера — сложная и динамичная система, на которую влияют несколько факторов, таких как естественный наклон и орбита Земли, поглощение или отражение солнечной радиации, движение воздушных масс и гидрологический цикл. Из-за этого погодные условия могут испытывать некоторые изменения, и поэтому экстремальные погодные условия можно, по крайней мере частично, объяснить естественной изменчивостью, существующей на Земле. Климатические колебания, такие как Эль-Ниньо-Южное колебание или Северо-Атлантическое колебание, влияют на погодные условия в конкретных регионах мира, влияя на температуру и количество осадков. [21] Рекордные экстремальные погодные явления, которые были каталогизированы за последние двести лет, скорее всего, возникают, когда климатические модели, такие как ЭНСО или САК, действуют «в том же направлении, что и антропогенное потепление». [21]
Некоторые исследования утверждают о связи между быстрым потеплением арктических температур и, следовательно, исчезновением криосферы , с экстремальными погодными условиями в средних широтах. [23] [24] [25] [26] В исследовании, опубликованном в журнале Nature в 2019 году, ученые использовали несколько моделей моделирования, чтобы определить, что таяние ледяных щитов в Гренландии и Антарктиде может повлиять на общий уровень моря и температуру моря. [27] Другие модели показали, что современное повышение температуры и последующее добавление талой воды в океан могут привести к нарушению термохалинной циркуляции, которая отвечает за движение морской воды и распространение тепла по земному шару. [28] Коллапс этой циркуляции в северном полушарии может привести к повышению экстремальных температур в Европе, а также к более частым штормам из-за естественной изменчивости климата и условий. [28] Таким образом, поскольку повышение температуры приводит к таянию ледников, в средних широтах могут наблюдаться изменения погодных условий или температур. [28]
В 2000–2019 годах было зарегистрировано около 6681 связанного с климатом явления по сравнению с 3656 связанными с климатом явлениями, зарегистрированными в период 1980–1999 годов. [29] В этом отчете под «событием, связанным с климатом» понимаются наводнения, ураганы, засухи, оползни, экстремальные температуры (например, волны тепла или заморозки) и лесные пожары; он исключает геофизические события, такие как извержения вулканов, землетрясения или массовые движения. [29] Хотя есть свидетельства того, что изменение глобального климата, такое как повышение температуры, повлияло на частоту экстремальных погодных явлений, наиболее значительные последствия, вероятно, возникнут в будущем. Именно здесь пригодятся климатические модели, поскольку они могут обеспечить моделирование того, как атмосфера может вести себя с течением времени и какие шаги необходимо предпринять в настоящее время, чтобы смягчить любые негативные изменения. [30]
Возрастающая вероятность возникновения рекордных недельных экстремальных температур зависит от темпов потепления, а не от уровня глобального потепления. [31] [32]
Некоторые исследователи связывают рост числа случаев экстремальных погодных явлений с более надежными системами отчетности. [29] Можно также привести доводы в пользу разницы в том, что квалифицируется как «экстремальная погода» в различных климатических системах. Завышение или занижение информации о жертвах или потерях может привести к неточности в оценке воздействия экстремальных погодных условий. Однако отчеты ООН показывают, что, хотя некоторые страны испытали более серьезные последствия, на всех континентах увеличилось количество экстремальных погодных явлений. [29] Текущие данные и климатические модели показывают, что повышение глобальной температуры усилит экстремальные погодные явления по всему миру, тем самым увеличивая человеческие потери, ущерб и экономические издержки, а также разрушение экосистем. [ нужна цитата ]
В 2020 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований (НОАА) правительства США прогнозировало, что в XXI веке частота тропических штормов и ураганов в Атлантике снизится на 25 процентов, а их максимальная интенсивность увеличится на 5 процентов. [33]
Изменение климата может повлиять на тропические циклоны по-разному: усиление осадков и скорости ветра, уменьшение общей повторяемости, увеличение частоты очень интенсивных штормов и распространение к полюсам того места, где циклоны достигают максимальной интенсивности , являются одними из возможных вариантов. последствия антропогенного изменения климата. [34] Тропические циклоны используют теплый влажный воздух в качестве источника энергии или «топлива». Поскольку изменение климата приводит к повышению температуры океана , потенциально доступно больше этого топлива. [35]
В период с 1979 по 2017 год наблюдался глобальный рост доли тропических циклонов категории 3 и выше по шкале Саффира-Симпсона . Эта тенденция была наиболее четкой в Северной Атлантике и южной части Индийского океана. В северной части Тихого океана тропические циклоны двинулись к полюсу в более холодные воды, и за этот период не наблюдалось увеличения их интенсивности. [36] Ожидается, что при потеплении на 2 °C (3,6 °F) больший процент (+13%) тропических циклонов достигнет категории силы 4 и 5. [34] Исследование 2019 года показывает, что изменение климата стало движущей силой наблюдаемой тенденции к быстрому усилению тропических циклонов в Атлантическом бассейне. Быстро усиливающиеся циклоны трудно прогнозировать, и поэтому они представляют дополнительный риск для прибрежных сообществ. [37]Существует множество антропогенных видов деятельности, которые могут усугубить последствия экстремальных погодных явлений. Городское планирование часто усиливает последствия городских наводнений , особенно в районах, которые подвержены повышенному риску ураганов из-за их местоположения и изменчивости климата. Во-первых, увеличение количества непроницаемых поверхностей, таких как тротуары, дороги и крыши, означает, что земля поглощает меньше воды от надвигающихся штормов. [38] Разрушение водно-болотных угодий, которые действуют как естественный резервуар, поглощая воду, может усилить воздействие наводнений и экстремальных осадков. [39] Это может произойти как внутри страны, так и на побережье. Однако разрушение водно-болотных угодий вдоль побережья может означать уменьшение естественной «подушки» территории, что позволяет штормовым нагонам и паводковым водам проникать дальше вглубь суши во время ураганов или циклонов. [40] Строительство домов ниже уровня моря или вдоль поймы подвергает жителей повышенному риску разрушения или травм в случае экстремальных осадков.
Увеличение количества городских территорий также может способствовать увеличению числа экстремальных или необычных погодных явлений. Высокие конструкции могут изменить способ движения ветра по городской территории, выталкивая более теплый воздух вверх и вызывая конвекцию, вызывая грозы. [38] С этими грозами увеличивается количество осадков, которые из-за большого количества непроницаемых поверхностей в городах могут иметь разрушительные последствия. [38] Непроницаемые поверхности также поглощают энергию солнца и нагревают атмосферу, вызывая резкое повышение температуры в городских районах. Это, наряду с загрязнением и теплом, выделяемым автомобилями и другими антропогенными источниками, способствует образованию городских островов тепла. [41]
Ранние исследования экстремальных погодных условий были сосредоточены на утверждениях о предсказании определенных событий. Современные исследования больше фокусируются на объяснении причин тенденций событий. [5] В частности, в этой области основное внимание уделяется изменению климата наряду с другими причинными факторами этих событий. [5]
В отчете Национальной академии наук, техники и медицины за 2016 год рекомендовано инвестировать в улучшение общих практик в этой области, работая над исследованиями атрибуции, улучшая связь между результатами исследований и прогнозированием погоды. [4]
По мере того, как в этой области проводится больше исследований, ученые начали изучать связь между изменением климата и экстремальными погодными явлениями и возможные последствия в будущем. Большая часть этой работы выполняется посредством моделирования климата. Климатические модели дают важные прогнозы о будущих характеристиках атмосферы, океанов и Земли, используя данные, собранные в наши дни. [30] Однако, хотя климатические модели жизненно важны для изучения более сложных процессов, таких как изменение климата или закисление океана, они по-прежнему являются лишь приближениями. [30] Более того, погодные явления сложны и не могут быть связаны с какой-то одной причиной — часто существует множество атмосферных переменных, таких как температура, давление или влажность, которые следует учитывать помимо любых влияний изменения климата или естественной изменчивости. [30]
Важная информация об экстремальных погодных явлениях — это собранная статистика со всего мира, которая может помочь ученым и политикам лучше понять любые изменения погодных и климатических условий. Эта статистика также может повлиять на моделирование климата. Статистика показывает рост числа экстремальных погодных явлений на протяжении 1900-х и в 2000-х годах. [ нужна цитата ]
Последствия экстремальных погодных условий включают, помимо прочего: [44] [45]
По данным IPCC (2011), оценки ежегодных потерь с 1980 года варьировались от нескольких миллиардов до более 200 миллиардов долларов США (в долларах 2010 года), причем самый высокий показатель пришелся на 2005 год (год урагана Катрина ). [46] Глобальные потери от стихийных бедствий, связанные с погодой, такие как гибель людей, культурное наследие и экосистемные услуги , трудно оценить и монетизировать, и поэтому они плохо отражаются в оценках потерь. [47] [48] Тем не менее, недавние аномально интенсивные штормы, ураганы, наводнения, волны тепла, засухи и связанные с ними крупномасштабные лесные пожары привели к беспрецедентным негативным экологическим последствиям для тропических лесов и коралловых рифов по всему миру. [49]
По данным Международной базы данных по катастрофам , число погибших в результате стихийных бедствий снизилось более чем на 90 процентов с 1920-х годов, несмотря на то, что общая численность населения Земли увеличилась в четыре раза, а температура выросла на 1,3 °C. В 1920-х годах от стихийных бедствий погибло 5,4 миллиона человек, а в 2010-х — всего 400 000. [50]
Наиболее резкое и быстрое снижение смертности от экстремальных погодных явлений произошло в Южной Азии. Если тропический циклон 1991 года в Бангладеш унес жизни 135 000 человек, а циклон 1970 года — 300 000, то циклон аналогичного размера « Амфам» , обрушившийся на Индию и Бангладеш в 2020 году, унес в общей сложности всего 120 жизней. [51] [52] [53]
23 июля 2020 года Мюнхен Ре объявил, что общее количество смертей в результате стихийных бедствий в мире за первую половину 2020 года было рекордно низким и «намного ниже средних показателей как за последние 30 лет, так и за последние 10 лет». " [54]
Исследование 2021 года показало, что 9,4% смертей в мире в период с 2000 по 2019 год (около 5 миллионов в год) могут быть связаны с экстремальными температурами, при этом смерти, связанные с холодом, составляют большую долю и уменьшаются, а смерти, связанные с жарой, составляют ~0,91% и увеличиваются. . [55] [56]
Изменение климата привело к увеличению частоты и/или интенсивности некоторых типов экстремальных погодных явлений. [58] Штормы, такие как ураганы или тропические циклоны, могут вызывать большее количество осадков, вызывая крупные наводнения или оползни из-за насыщения почвы. Это связано с тем, что более теплый воздух способен «удерживать» больше влаги из-за того, что молекулы воды обладают повышенной кинетической энергией, а осадки происходят с большей скоростью, поскольку больше молекул имеют критическую скорость, необходимую для падения при выпадении дождя. [59] Изменение режима выпадения осадков может привести к увеличению количества осадков в одном районе, в то время как в другом климате будет гораздо жарче и суше, что может привести к засухе. [60] Это связано с тем, что повышение температуры также приводит к увеличению испарения с поверхности земли, поэтому увеличение количества осадков не обязательно означает более влажные условия во всем мире или увеличение количества питьевой воды во всем мире. [59]