Опасные гидрометеорологические явления вызывают гибель людей, огромные разрушения, огромные экономические потери. Они представляют наибольшую опасность, если происходят на территориях, на которых раньше не наблюдались. Тот шквал, который случился в Московском регионе 29 мая 2017 года, по своим абсолютным масштабам, по тем скоростям ветра, которые наблюдались, не был особенно сильным: в тропических ураганах скорости ветра бывают в три раза выше, а в торнадо последней категории скорости ветра могут быть в четыре раза выше. Тем не менее такое сравнительно по абсолютным меркам небольшое явление вызвало сильные разрушения в Москве и привело к нескольким смертельным случаям.

Экстремальные явления удобно классифицировать и разделить на сверхкраткосрочные — вроде шквала, о котором я только что упомянул, — и просто краткосрочные. Когда в течение нескольких дней выпадает огромное количество осадков — такое, что природные водотоки не справляются с ними, вода переливается, разливается по окрестностям, происходят огромные наводнения и разрушения. Такое событие произошло в 2012 году в Крымске, когда через город прошло цунами, вышедшее не из моря, а спустившееся с равнины, с материка. Это было связано с огромным количеством осадков.

Рекомендуем по этой теме:
6231
Современные изменения климата

Целая серия опасных явлений — долгоживущие, когда какой-то процесс, не прерываясь или возобновляясь, происходит день за днем в течение многих дней или даже недель, вызывая катастрофическое наводнение, как было сравнительно недавно на Амуре, или, наоборот, засухи, какие были в Европе летом 2017 года. Итальянские метеорологи придумали для этого явления название «Люцифер», когда температура достигала 50 °C. На Восточноевропейской равнине это памятное всем лето 2010 года катастрофическое. Жара, сопровождавшаяся природными пожарами, задымлением. «Люцифер», горячее лето 2010 года — это явления, которые длились уже не секунды, не дни, а несколько недель.

В десятилетия происходит увеличение частоты опасных явлений и их интенсивность — речь идет о природных процессах. Иногда их сопровождают и антропогенные влияния. Так, например, жара 2010 года именно в Москве сопровождалась процессами, приводящими к фотохимическому смогу. Происходило не просто загрязнение с задымлением, но и образование в дымной среде озона, что приводило к более опасным воздействиям этого дыма.

Физика экстремальных явлений, конечно, очень разная. Шквалы представляют собой конвективные процессы — это последняя стадия развития кучевых облаков. Долгоживущие явления — это синоптические вихри, циклоны и антициклоны, то есть формирование какой-то определенной циклонической структуры, которая долгое время существует.

В теории экстремальных явлений в математике есть очень важная идея — понять, являются ли эти экстремальные явления усилением тех явлений, которые менее сильно выражены. Например, тропические ураганы делятся на многие классификации: сначала штормы, потом ураган первой категории, второй, третьей, четвертой и пятой. Все они ураганы, а разделяются между собой только своей интенсивностью. Чем сильнее ураган, тем реже он встречается — эта идея была формализована Нассимом Талебом, который ввел понятие «черные лебеди» для характеристики особо редко встречающихся мощных явлений. Если в стае белых лебедей один или два черные, они такие же лебеди, просто отличаются по некоторому признаку, то есть важно, что это явления, относящиеся к одной функции распределения. А одинаковость функций распределения указывает на то, что физика явлений одна и та же.

Рекомендуем по этой теме:
2790
Климатическая аномалия Эль-Ниньо

В последнее время появилось представление, что есть события, которые называются так же, относятся к той же номенклатуре, но отличаются совершенно другими свойствами с точки зрения теории вероятностей. Эти явления, выпадающие из «кривой лебедей», были названы Дидье Сорнетт «драконами». Дракон — это совершенно иное, отличающееся от лебедей животное. И этим подчеркивается то, что генезис этого опасного явления совершенно иной.

Возникает вопрос: есть ли связь увеличения повторяемости явлений и их частоты с глобальным потеплением? Вопрос ставится так потому, что глобальное потепление сейчас является главным процессом, который происходит в науках о Земле, поэтому с ним сейчас сопоставляется все, что мы знаем в биологии, географии и геофизике. Мы наблюдаем корреляцию потепления и роста экстремальных явлений, и важно ответить на вопрос, есть ли связь между этими трендами.

В настоящее время строгой теории существования такой связи нет, хотя сопоставление этих трендов стало довольно распространенным. Пока у нас есть только статистическое сопоставление двух выборок и некоторые иллюстративные примеры, сделанные на простых динамических моделях. То есть мы не имеем глубокого понимания причин увеличения частоты опасных явлений.

Как прогнозируют эти явления? Сверхкраткосрочные и краткосрочные явления прогнозируются путем расчета зон, где они могут случиться. Сами эти явления уже поддаются математическому моделированию и прогнозированию. Прогнозирование долгоживущих явлений представляет собой огромную трудность: когда явление уже началось, оно прогнозируется, но предсказать его появление с заблаговременностью в месяц или сезон пока просто невозможно.

Наиболее перспективными направлениями исследования выделенных проблем можно считать физику вихрей, теорию турбулентности и создание математических моделей данных явлений.