Исследование Калифорнийского университета в Сан-Диего выявило ранее недооцененный фактор, который значительно влияет на стабильность мирового урожая: изначальный источник дождевой влаги.
Результаты работы, опубликованной в журнале Nature Sustainability, проследили путь атмосферной влаги до ее первоначального источника испарения – будь то океаны или суша (почвы, озера, леса). Солнечное тепло превращает воду в пар, который поднимается в атмосферу, а затем возвращается на землю в виде осадков.
Влага, испарившаяся с поверхности океанов, может пересекать целые континенты в составе крупных погодных систем, таких как атмосферные реки, муссоны и тропические штормы. В то же время влага, образующаяся на суше – так называемые «переработанные» осадки – возникает при испарении воды из близлежащих почв и растительности, питая более локальные штормы. Ученые установили, что соотношение океанической и наземной влаги существенно определяет региональный риск засух и продуктивность сельского хозяйства.
«Наша работа переосмысливает риск засухи – это не только количество выпавших осадков, но и их источник», – объясняет Янь Цзян, ведущий автор исследования и постдокторант Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Понимание происхождения дождей, будь то океанические или наземные источники, дает политикам и фермерам новый инструмент для прогнозирования и смягчения последствий засухи еще до ее возникновения».
Используя спутниковые измерения за почти 20 лет, Цзян и соавтор Дженнифер Бёрни из Стэнфордского университета определили долю мировых осадков, берущих начало в наземном испарении. Выяснилось, что если более одной трети осадков формируется за счет испарения с суши, сельскохозяйственные угодья становятся значительно более уязвимыми к засухам, снижается влажность почвы и падает урожайность.
Системы, питаемые океанической влагой, как правило, обеспечивают более обильные и стабильные осадки, тогда как наземные системы часто порождают более легкие и менее предсказуемые дожди. Это делает урожай более уязвимым в периоды, когда наличие воды критически важно.
Это открытие предлагает новый метод для выявления регионов с повышенным риском и для более эффективного планирования стратегий управления водными ресурсами и сельскохозяйственными культурами.
«Для фермеров в районах, сильно зависящих от влаги наземного происхождения – например, в некоторых частях Среднего Запада или Восточной Африки – наличие воды на местах становится решающим фактором успеха урожая», – объясняет Цзян. «Изменения во влажности почвы или вырубка лесов могут иметь немедленные, каскадные последствия для урожайности».
Исследование выделило две основные глобальные «горячие точки» риска: Средний Запад США и тропическую Восточную Африку.
На Среднем Западе США засухи в последние годы участились и стали более интенсивными, несмотря на то что этот регион является одной из самых продуктивных сельскохозяйственных зон мира. «Наши выводы показывают, что высокая зависимость Среднего Запада от наземных источников влаги, поступающей из окружающей почвы и растительности, может усиливать засухи через так называемые «петли обратной связи осадков», – говорит Цзян. «Когда земля высыхает, это уменьшает испарение, что, в свою очередь, сокращает будущие осадки – создавая цикл самоподдерживающейся засухи».
Поскольку этот регион вносит значительный вклад в мировые зерновые рынки, сбои в производстве здесь могут повлиять на мировую продовольственную безопасность далеко за пределами США. Сельским хозяйствам Среднего Запада, по мнению Цзян, необходимо сосредоточиться на сохранении влажности почвы, повышении эффективности ирригации и стратегическом планировании сроков посева, чтобы ограничить риск усугубления последствий засухи.
Восточная Африка сталкивается с иной, но не менее серьезной проблемой. Быстрый рост посевных площадей и продолжающаяся вырубка близлежащих тропических лесов угрожают источникам влаги, которые поддерживают дожди в регионе. «Это создает опасный конфликт», – подчеркивает Цзян. «Фермеры вырубают леса, чтобы выращивать больше культур, но именно эти леса помогают генерировать дожди, от которых зависят урожаи. Если этот источник влаги исчезнет, местная продовольственная безопасность окажется под еще большей угрозой».
Цзян добавляет, что у региона все еще есть возможности предотвратить дальнейшее ухудшение ситуации. «Восточная Африка находится на передовой изменений, но еще есть время действовать. Более разумное землепользование – например, сохранение лесов и восстановление растительности – может защитить осадки и поддержать сельскохозяйственный рост».
Исследование подчеркивает, что леса и природные экосистемы играют важнейшую роль в поддержании осадков. Путем испарения и транспирации (выделения влаги растениями) леса выделяют большое количество водяного пара в атмосферу, способствуя образованию облаков, которые позднее приносят дождь над окружающими сельскохозяйственными угодьями. «Леса на возвышенностях – это словно естественные производители дождя», – образно выражается Цзян. «Защита этих экосистем – это не только вопрос биоразнообразия, но и обеспечение устойчивости сельского хозяйства».
Работа Цзян представляет новую методологию, которая увязывает решения по землепользованию, характер осадков и сельскохозяйственное планирование. Этот подход может приобрести все большее значение, поскольку регионы ищут стратегии для укрепления устойчивости к засухам.
Исследование также предлагает метод спутникового картирования, который мог бы направлять инвестиции в ирригацию, сохранение влаги в почве и защиту лесов для стабилизации режима осадков.
Полные данные исследования доступны в статье Crop water origins and hydroclimate vulnerability of global croplands.
