В то время как некоторые части мира страдают от аномальной жары и постоянной засухи, другие подвергаются наводнениям. В целом объемы континентальных вод настолько сильно меняются с течением времени, что происходят колебания уровня мирового океана Объединив гидрологическую модель «WaterGAP» со спутниковыми данными «GRACE», группа геодезистов из Боннского университета получила новый набор данных, который показывает, как за последние 20 лет изменилось общее распределение воды на поверхности земли с большей точностью, чем когда-либо прежде. 

Новый метод позволяет проверить модельные расчеты будущих воздействий изменения климата, в частности, как повышение температуры и изменения в характере выпадения осадков будут воздействовать на водный баланс в различных частях света. Процесс включает в себя сопоставление климатических моделей, которые неизменно охватывают определенный период времени в прошлом, с результатами реальных измерений. Планируется провести несколько таких исследований в ближайшие месяцы.

Улучшенное разрешение, достигнутое командой, показывает, что засухи значительно чаще встречаются во всем мире, чем можно было бы предположить по спутниковым данным «GRACE» в отдельности. Наблюдается, что даже обширные засухи, подобные тем, которые поразили всю Амазонию в 2010 г., распространяются на гораздо более обширные территории, чем показывают спутниковые данные сами по себе. Это означает, что спутники не фиксируют множества локализованных засух.

Впервые были объединены спутниковые измерения с метеоданными высокого разрешения. Особенность этого метода заключается в том, что он позволяет повысить разрешение карт водораспределения, которые создаются с шагом приблизительно от 300 км до 50 км. Для этого используется гидрологическая модель «WaterGAP», разработанная Институтом Гёте во Франкфурте, а также математический метод, взятый из прогнозирования погоды. 

Массы воды, вызывающие изменения в гравитационном поле

В период с 2002 по 2017 гг. спутники-близнецы «GRACE» (Gravity Recovery and Climate Experiment) измеряли изменения силы земного притяжения. Их преемники, проект «GRACE-FO», стартовал в 2018 г., и именно эти данные были использованы исследователями из Боннского университета. Поскольку гравитационная сила Земли зависит от изменения массы, это позволяет сделать выводы о круговороте воды вблизи ее поверхности. На гравитацию влияют изменения подземных вод и поверхностных водоемов, а также таяние ледников.

Одно из уникальных преимуществ измерений «GRACE» заключается в том, что они охватывают все виды водоемов, то есть, включая изменения в запасах подземных вод, которые скрыты глубоко под поверхностью земли и в десятках тысяч искусственных озер и водно-болотных угодий. Недостатком является пространственное разрешение данных о гравитационном поле, которое  относительно неточное и составляет около 300–350 км из-за применяемого принципа измерения. Это означает, что обоснованные выводы могут быть сделаны только для территорий размером около 100 тыс. км2. Чтобы дать некоторое представление о масштабах, эта минимальная площадь все же больше, чем площадь Баварии, самой большой федеральной земли Германии, составляющей «всего» 70 тыс. км2 или около того.

Напротив, глобальные гидрологические модели допускают разрешение 50 км или даже меньше. В них используются метеорологические измерения осадков, температуры и радиации, а также карты землепользования и состав почвы, а также данные о том, как вода потребляется промышленностью, сельским хозяйством и другими потребителями. Гидрологические модели моделируют испарение, а также изменения уровня воды в почве и подземных водоносных слоях, озерах, реках и водохранилищах. Однако недостаток этих моделей заключаются в том, что они могут отражать реальность лишь в ограниченной степени, а метеорологические измерения часто содержат систематические ошибки. Ученые не просто взяли результаты гидрологической модели и спутниковые данные и вычислили средние значения. Расчеты по гидрологической модели корректируются таким образом, чтобы приблизится к спутниковым данным, при этом как можно меньше изменяя физику, на которую опирается гидрологическая модель.

Тысяча замерных точек для проведения испытаний

Исследователи использовали около 1 тыс. замерных точек для проверки качества карт распределения континентальных вод, которые были созданы путем объединения спутниковых данных с гидрологической моделью. Конечно, всегда будут видны некоторые региональные различия. Однако в целом, объединенные данные лучше соответствуют измерениям, чем расчеты, основанные исключительно на спутниковых данных «GRACE» или на гидрологической модели.

Перевод с английского

Источник - https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230809130645.htm