Когда ураганы или сильные штормы проходят вдоль восточного побережья США и достигают берегов крупнейшего эстуария страны — Чесапикского залива, привычная картина штормовой активности усложняется.
Новое исследование, опубликованное в Journal of Geophysical Research: Oceans, показывает, что уровень воды в заливе может повышаться гораздо более драматично, чем в открытом океане, что увеличивает риски наводнений для прибрежных и внутренних сообществ.
Исследование
Доктор философии Джэнерно Ноулз из Университета штата Северная Каролина и его коллеги сосредоточились на штормовых нагонах — суммарной высоте обычных приливов и дополнительной воды, подталкиваемой сильными ветрами и низким давлением воздуха, вызывающими штормовые нагоны. В экстремальных случаях величина штормового нагона может достигать нескольких метров, например, пики почти 9 метров на побережье Миссисипи во время урагана «Катрина» в 2005 году.
Используя модель Чесапикского залива с высоким разрешением, исследователи сравнили, как экстремальные уровни воды могут различаться в зонах открытого побережья (например, Вирджиния-Бич) и в более защищённых местах внутри залива (таких как Хэмптон и Норфолк).
Они модифицировали параметры шторма, такие как сила ветра, размер шторма, скорость и траектория, чтобы создать широкий спектр возможных сценариев штормов. Диапазон возможных пиковых штормовых нагонов в заливе оказался на 47 % больше, чем в зонах открытого побережья. Это означает, что уровень воды был почти на 2 метра выше обычного.
Хотя может показаться очевидным, что в крупном эстуарии, таком как Чесапикский залив, частично защищённом от полной силы океана, экстремальные значения будут ниже, исследование показывает обратное — закрытые или полузакрытые водоёмы, такие как заливы, могут фактически усиливать риск наводнений при определённых условиях.
Выводы
Ключевую роль играет сочетание физических факторов: форма и геометрия залива, взаимодействие приливов и штормовых нагонов, а также чувствительность нагона к небольшим изменениям в поведении шторма.
Исследователи использовали модель, проверенную на основе наблюдаемых данных об уровне воды во время урагана «Ирен» в 2011 году, чтобы обеспечить реалистичность моделирования. Модифицируя характеристики шторма (например, смещая траекторию шторма немного ближе или дальше от залива или изменяя интенсивность ветра), они обнаружили, что уровни воды внутри залива реагировали гораздо более вариативно, чем на побережье. Во многих смоделированных случаях это приводило к штормовым нагонам, значительно превышающим типичные прогнозы для открытого океана.
Эта повышенная изменчивость и амплификация возникают из-за того, что заливы и эстуарии являются сложными гидродинамическими системами. Их форма, глубина и сужение или расширение каналов могут приводить к тому, что вода скапливается или течёт иначе, чем на прямой открытой береговой линии.
Результаты имеют реальное значение. Многие сообщества вокруг Чесапикского залива могут недооценивать риск наводнений, если полагаются исключительно на прогнозы нагонов, основанные на поведении открытого побережья. Неопределённость в прогнозах штормов имеет значение, поскольку небольшое смещение траектории или интенсивности шторма может означать разницу между управляемым подъёмом воды и серьёзным затоплением.
Это особенно важно в контексте продолжающегося повышения уровня моря, связанного с изменением климата. Залив уже столкнулся с повышением уровня воды из-за глобального повышения уровня моря и локальной просадки земель, что делает прибрежные и эстуарные сообщества более уязвимыми. Поэтому будущий шторм, приближающийся к сообществу в Чесапикском заливе, может начаться с более высокого базового уровня, и новое исследование предполагает, что результирующий штормовой нагон может быть намного больше, чем предполагают многие модели.
Усугубляет ситуацию то, что более тёплые океаны также обеспечивают больше энергии для тропических штормов, увеличивая вероятность более сильных ветров и более сильных осадков — двух факторов, влияющих на поведение штормовых нагонов.
Хотя это исследование было сосредоточено на нижнем Чесапикском заливе, последствия выходят за рамки этого региона. Многие заливы и эстуарии по всему миру имеют схожие физические характеристики: закрытые или полузакрытые водоёмы, сужающиеся каналы и сложное взаимодействие между приливами и нагонами.
Для местных планировщиков, управляющих чрезвычайными ситуациями и жителей, посыл ясен: регионы с заливами нельзя рассматривать так же, как зоны открытого побережья, когда речь идёт об оценке риска наводнений. Стратегии обеспечения готовности и устойчивости должны учитывать большую изменчивость и потенциал усиления штормовых нагонов в закрытых прибрежных водоёмах.