Посуха на південно-західних територіях триватиме до 2100 року

Нові дослідження, проведені Університетом Техасу в Остіні, свідчать про те, що мегасухість, що охопила південно-західну частину США, є не тимчасовим явищем, а зміною клімату, яка, ймовірно, триватиме до кінця XXI століття. Завдяки інтеграції палеокліматичних проксі, сучасного моделювання з високою роздільною здатністю та останніх спостережень з супутникових місій, дослідження надає всебічну картину того, як потепління, спричинене парниковими газами, змінює теплові патерни Тихого океану та знижує рівень опадів у регіоні.

Основні результати дослідження

Команда на чолі з аспіранткою Вікторією Тодд об’єднала записи з осадових корів з озерних басейнів Скелястих гір з моделюваннями CMIP6 та палеокліматичними реконструкціями, щоб виявити примусову зміну в температурі поверхні моря Північного Тихого океану (SST). Їхні результати показують:

1. Тенденції потепління — спричинені зростанням концентрацій CO₂ з приблизно 280 ppm до понад 420 ppm сьогодні — змінюють аномалії SST, надаючи перевагу негативній фазі Тихоокеанської декадальної осциляції (PDO) на протязі кількох десятиліть.
2. Ця примусова негативна фаза PDO зменшує частоту та інтенсивність систем низького тиску в струменевому потоці, що призводить до зменшення зимових опадів на 15–25% у Аризоні, Нью-Мексико та південній Каліфорнії.
3. Гідрологічні моделі — налаштовані за допомогою супутникових вимірювань гравітації GRACE-FO та мереж вимірювання снігового покриву — виявили зниження стоку та поповнення водоносних горизонтів на 30–40% з 2000 року.

‘Якби ці зміни SST були просто випадковою варіацією, ми б назвали це безпрецедентною серією невдач. Натомість наші результати вказують на примусову реорганізацію динаміки океан-атмосфера,’ зазначила Тодд.

Механізми Тихоокеанської декадальної осциляції

PDO — це довготривала кліматична осциляція, схожа на ENSO, яка зазвичай змінює фази кожні 20–30 років. У своїй негативній фазі, води, що є холоднішими за середні, зосереджуються біля західного узбережжя США, відхиляючи полярний струменевий потік на північ і позбавляючи південно-західні території вологих штормів. Дослідження Тодд показує, що антропогенне радіаційне примушування створило аномалії SST, подібні до PDO, які, як прогнозується, триватимуть до 2100 року за сценаріями, такими як SSP5-8.5 і навіть помірним SSP2-4.5 шляхом.

Палеокліматичні свідчення та аналіз осадових корів

Аналізуючи геохімічні проксі — співвідношення магнію до кальцію та стабільні ізотопи кисню в датованих U–Th осадових шарах, дослідники реконструювали умови вологості в середньому голоцені (~6,000 років тому). Тоді відбулася зміна тропічної рослинності, а темніші земні поверхні поглинали на 1–2 Вт/м² більше сонячної радіації, що викликало столітні посухи. Подібні підписи SST спостерігаються в сучасних даних з ARGO та мережах буїв NOAA, що підтверджує аналогію.

Сучасне моделювання клімату та інтеграція ШІ

Щоб зафіксувати детальні процеси на інтерфейсі океан-атмосфера, команда використала 50-місний ансамбль запусків CMIP6 з горизонтальною роздільною здатністю 0,25°, в поєднанні з робочим процесом зниження масштабу на основі ШІ. Використовуючи конволюційні нейронні мережі, навчені на історичних даних повторного аналізу (ERA5), моделі покращили прогнози місцевих опадів, зменшивши середню квадратичну похибку на 12%. Хмарні обчислювальні кластери (AWS EC2 P4 з NVIDIA A100 GPU) обробили 30 років даних моделювання менш ніж за 48 годин.

‘Інтеграція машинного навчання дозволяє нам уточнити прогнози ризику екстремальної посухи на рівні округів, що є критично важливим для управлінців водними ресурсами,’ зазначила доктор Олена Мартінез, спеціалістка з кліматичної інформатики в Національному центрі атмосферних досліджень.

Управління водними ресурсами та технологічні рішення

Оскільки рівень води в озерах Пауелл і Мід нижче 35% ємності, штати впроваджують ряд технологій:

• Супутникове дистанційне зондування (NASA SWOT) для моніторингу рівнів резервуарів і аномалій вологи в ґрунті в режимі близькому до реального часу.
• Датчики з підтримкою IoT та системи SCADA для іригаційних округів, що дозволяють точне крапельне зрошення та автоматизований контроль потоку в каналах.
• Платформи прогнозування на основі ШІ, які інтегрують моделі погоди, снігового покриву та підземних вод для оптимізації розподілів відповідно до угоди 1922 року щодо річки Колорадо.

У прибережній південній Каліфорнії будуються кілька пілотних установок з десалінізації, що використовують зворотний осмос та сонячний тепловий попередній обігрів. Тим часом племінні нації та федеральні агентства ведуть переговори про динамічні угоди про розподіл води, що полегшуються за допомогою технології блокчейн для відстеження прав на воду.

Вплив на енергетику та сільське господарство

Тривала посуха зменшує виробництво гідроелектроенергії на греблях Гувера та Глен-Каньйону на 30–50%, що змушує енергетичні компанії збільшувати використання газових пікерових електростанцій і інвестувати в сонячні мікромережі з накопичувачами. У сільському господарстві приблизно 20% зрошуваних площ в Імперському та Центральному долинах можуть перейти на посухостійкі культури, підтримувані сортами, створеними за допомогою CRISPR, та розширеннями вертикального землеробства в міських центрах.

Напрями майбутніх досліджень

Дослідники пропонують:

1. Покращити з’єднання моделей біогеохімії океану, щоб захопити зворотні зв’язки від морських теплових хвиль.
2. Збільшити частоту супутникових місій для виявлення гідрологічних екстремумів на підмісячному рівні.
3. Розширити використання федеративного навчання в міжнародних кліматичних центрах для уточнення прогнозів екстремальної посухи.

Як підкреслює Тім Шанахан, співавтор і доцент у Школі геонаук Джексона при Університеті Техасу в Остіні, планувальники повинні сприймати цю мегасухість як нову норму і використовувати сучасні обчислювальні та ШІ-інструменти для підвищення стійкості в системах водопостачання, енергетики та харчування.