Беспрецедентные антропогенные изменения в глобальном круговороте воды, выявленные в результате многолетних наблюдений НАСА и анализа почти 20-летних спутниковых данных, показали значительные изменения в глобальном круговороте воды. Исследование охватывает период с 2003 по 2020 год и использует передовые технологии дистанционного зондирования. Основными причинами этих изменений являются крупномасштабные антропогенные действия, такие как сельское хозяйство, быстрая урбанизация, вырубка лесов и добыча подземных вод. Эти действия нарушают естественные процессы, вызывая дисбаланс в доступности, хранении и распределении воды.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , престижном научном издании, освещающем антропогенные изменения в глобальном круговороте воды.

Роль деятельности человека в преобразовании круговорота воды

Запасы грунтовых вод сокращаются неустойчивыми темпами из-за увеличения орошения посредством интенсивной сельскохозяйственной практики. Водоемкие виды деятельности, такие как выращивание таких культур, как рис и хлопок, усугубляют проблемы нехватки воды. При этом деградация почвы становится вполне реальной возможностью. Чрезмерное орошение приводит к засолению, снижению качества почвы и дальнейшему влиянию на способность удерживать воду.

Расширение городов и развитие непроницаемых поверхностей, таких как дороги, здания и бетон, приводит к распространению этих поверхностей, которые препятствуют естественному проникновению воды в почву. Измененные модели стока, такие как увеличение поверхностного стока во время дождей, приводят к более высоким рискам наводнений и изменению скорости пополнения грунтовых вод.

Загрязнение воды в городских районах часто связано с увеличением количества загрязняющих веществ из промышленных стоков, сточных вод и сельскохозяйственных отходов. Промышленная деятельность в таких отраслях, как добыча полезных ископаемых, производство энергии и обрабатывающая промышленность, потребляет большие объемы воды, нарушая местный водный баланс.

Промышленные отходы, химикаты и сточные воды часто загрязняют близлежащие водоемы, уменьшая доступность чистой воды для экосистем и потребления человеком. Тепловое загрязнение от электростанций, особенно угольных и атомных, может повышать температуру близлежащих водоемов, влияя на водные экосистемы и циклы испарения.

Читайте также: Ледяные шапки сокращаются быстрее, чем когда-либо: выводы НАСА и экспертов по климату

Типы изменений, наблюдаемых в круговороте воды

В ходе данного исследования были выявлены три основные тенденции:

1. Истощение запасов подземных вод

Наблюдается значительное истощение запасов грунтовых вод, что влияет на регионы, сильно зависящие от грунтовых вод, такие как Северный Китай и Американский Средний Запад. Спутниковые данные показывают значительное падение уровня грунтовых вод, что ставит под угрозу водную безопасность для сельскохозяйственных и питьевых целей. Этот быстро снижающийся уровень грунтовых вод снижает инфильтрацию почвы и влажность. Быстрое уменьшение запасов грунтовых вод связано с изменениями в характере осадков и снижением инфильтрации почвы.

Долгосрочное снижение запасов воды на суше:

Данные со спутников GRACE НАСА показывают устойчивое сокращение запасов наземных вод, особенно в таких важных регионах, как Ближний Восток, Центральная Азия и некоторые части США. Это сокращение запасов способствует уменьшению речного стока и снижению водоснабжения в засушливые периоды.

2. Сезонные сдвиги

По мере повышения глобальной температуры снеготаяние происходит раньше обычного в году. График таяния больше не совпадает с летним вегетационным периодом, что приводит к непостоянному водоснабжению в горных регионах, таких как Гималаи, Альпы и Скалистые горы.

3. Экстремальные явления

Эти тенденции также приводят к увеличению частоты так называемых « наводнений, случающихся раз в 100 лет » ; экстремальные ливневые осадки, которые ранее считались редкими (раз в столетие), теперь происходят с пугающей частотой.

Этот сдвиг связан с более высокими глобальными температурами, которые увеличивают влагоудерживающую способность атмосферы, что приводит к более интенсивным штормам и наводнениям. Прибрежные районы становятся все более уязвимыми, поскольку инфраструктура для обработки таких экстремальных событий перегружена. Спутниковые данные НАСА отслеживают растущие риски наводнений, при этом некоторые регионы переживают несколько «100-летних наводнений» за десятилетие.

Читайте также: Как изменение климата повлияло на популяции диких животных в Антарктиде?

Методология: использование современных спутниковых данных НАСА

Инструменты дистанционного зондирования и источники данных, использованные для сбора данных в этом исследовании:

Глобальная миссия по измерению осадков (GPM):

Спутник GPM отвечает за мониторинг осадков . Он был создан совместно НАСА и Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Данные со спутника GPM используются для отслеживания характера выпадения осадков на суше и в океанах, что позволяет получить представление о региональных и глобальных изменениях количества осадков за последние два десятилетия.

Этот набор данных позволяет ученым наблюдать и измерять изменения в характере выпадения осадков, например, в районах с более интенсивными дождями или в районах, сталкивающихся с длительными засушливыми периодами. Данные имеют решающее значение для понимания того, как деятельность человека и изменение климата влияют на доступность воды в регионах и на общий круговорот воды.

Инициатива Европейского космического агентства по изменению климата (ESA CCI):

Данные о влажности почвы собираются из Центра анализа и анализа влажности почвы Европейского космического агентства (ESA), который предоставляет долгосрочные глобальные наборы данных о влажности почвы, имеющие решающее значение для понимания процессов хранения воды в почве.

Изменения уровня влажности почвы тесно связаны с осадками, температурой и скоростью испарения и оказывают непосредственное влияние на сельское хозяйство, пополнение запасов грунтовых вод и прогнозирование наводнений.

Набор данных помогает ученым анализировать влияние как естественной изменчивости климата, так и деятельности человека, такой как орошение и изменения в землепользовании, на уровень влажности почвы. Информация поддерживает прогнозы засух, прогнозирование урожайности и доступности воды в различных регионах.

Эксперимент по гравитации и климату (GRACE):

Спутники GRACE отслеживают данные об уровне воды на суше, измеряя изменения гравитационного поля Земли , которые отражают изменения массы воды, хранящейся на суше, например, в реках, озерах и грунтовых водах. Наблюдая за колебаниями уровня воды, GRACE может выявлять долгосрочные тенденции в водных запасах, точно определяя регионы, испытывающие истощение грунтовых вод или чрезмерное накопление воды.

Этот инструмент имеет решающее значение для оценки состояния наземных водохранилищ в глобальном масштабе, поскольку он обеспечивает высокоточное, всеобъемлющее представление об изменениях как поверхностных, так и подземных вод. Данные помогают выявлять неустойчивые методы добычи воды и регионы, сталкивающиеся с критическим дефицитом или избытком воды.

Спектрорадиометр со средним разрешением (MODIS):

Оценка состояния растительности с помощью MODIS на борту спутников NASA Terra и Aqua для мониторинга изменений поверхности суши, включая состояние растительности, эвапотранспирацию (процесс переноса воды с поверхности земли в атмосферу) и почвенно-растительный покров.

Данные MODIS используются для отслеживания изменений в зелени растительности, которые могут указывать на стресс, вызванный засухой, производительность сельского хозяйства и общее состояние экосистемы.

Измерения эвапотранспирации дают важную информацию о том, сколько воды теряется из земли в атмосферу, помогая лучше понять динамику круговорота воды как в природных, так и в сельскохозяйственных системах. Эти данные необходимы для понимания моделей водопользования, особенно в районах, сильно зависящих от орошения.

Методы моделирования:

Методы моделирования используются NASA для объединения спутниковых наборов данных GPM, ESA CCI, GRACE и MODIS с целью максимально точного моделирования движения и хранения воды на континентах.

Читайте также: NASA разоблачает таяние вечной мерзлоты как угрозу изменению климата.

В заключение

Подобные исследования, проводимые НАСА, предоставляют нам важную информацию, демонстрирующую неотложную необходимость всемирного признания и принятия мер в ответ на глубокие изменения в глобальном круговороте воды, вызванные деятельностью человека.

Результаты исследования показывают, что модели системы Земли, используемые для прогнозирования будущих изменений глобального водного цикла, должны включать в себя текущие воздействия человеческой деятельности. Используя более полные данные и усовершенствованные модели, управляющие водными ресурсами и производители могут лучше понимать и планировать «новую норму» своих местных водных условий, по словам Ваньшу Ни, научного сотрудника NASA Goddard и ведущего автора исследования.

Устойчивое управление водными ресурсами больше не является чем-то факультативным — оно необходимо для сохранения экосистем и обеспечения продуктивности сельского хозяйства.

Читайте также: Водный кризис во Флориде: сможет ли «Солнечный штат» справиться с растущим населением?