Обложка статьи

Куда несутся облака песка

Время прочтения
Время прочтения: 21 минута

Что если мы скажем вам, что песок под ногами на побережье Америки может быть из пустыни в Африке? Да, это возможно благодаря пылевым бурям, способным перемещаться на сотни и тысячи километров. Однако одним песком, занесенным на другой континент, дело не обходится. В рубрике HELP&SCIENCE вместе с Павлом Салюком, заведующим лабораторией спутниковой океанологии и лазерного зондирования Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН, разбираемся, чем пылевые бури опасны для человека и природы и как можно помочь в борьбе с ними.

Что такое пылевые бури: земля и воздух

Пылевые, или пыльные, бури образуются из сгустков сухой почвы — и не обязательно песка. Под действием палящего солнца и в отсутствии влаги многие почвы способны высыхать и крошиться. Так образуется пыль, которую мощные воздушные потоки поднимают в верхние слои тропосферы и выше. Фронт бури может достигать высот до 3 км, а отдельные слои способны подниматься до 5-6 км и выше тропопаузы (до ~10 км).

Нагретый воздух легко проходит над более холодными и влажными атмосферными слоями, поэтому многотонные скопления пыли могут преодолевать океаны. И в оптимальных условиях это приносит пользу: сухие массы обогащают воду железом, удобряют почвы минералами. Но это только в оптимальных условиях, что нельзя сказать о современной экологической обстановке.

В России воздействие пылевые бури можно наблюдать в дальневосточном и южных регионах. Причем частицы могут прилететь к нам даже из пустынь северной Африки и Аравийского полуострова. Ведь чем выше пыль поднимается, тем дальше ее уносит. Так, теоретически, пылевой аэрозоль из Сахары может оказаться даже за Полярным кругом.

Изображение

Как от них последствия: локальный вред и глобальная польза

С середины прошлого века количество бурь увеличилось: например, в Сахаре их стало примерно в 10 раз больше. Многочисленные пылевые бури приносят большой вред экологии: разрушают экосистемы, меняют климат в регионах и становятся причиной техногенных катастроф. Особо мощные потоки воздуха и так способны менять рельеф регионов, а в засушливые периоды и уносить за собой верхний плодородный слой почвы. А вместе с пылью они приводят к ухудшению здоровья человека, смерти животных, гибели растений и снижению видимости, из-за чего, например, нарушается транспортная навигация.

Тем не менее без пылевых бурь не существовало бы того климата, к которому привыкло человечество. Песок путешествовал с воздушными потоками и до индустриальной эпохи, и будет после нее, ведь это закономерный природный процесс. Например, взвешенные твердые частицы в верхних слоях атмосферы рессивают солнечное излучение и участвуют в радиационном балансе. А пустынные территории отражают излишки дошедшего до поверхности Земли света, тем самым контролируя температуру планеты.

Как с ними борются: деревья, деревья и немного спутников

Для снижения скорости ветров традиционно создают лесополосы, а во избежание высыхания почвенного покрова чередуют на полях полосы многолетних трав и сельскохозяйственных культур. Однако чтобы понять, где их делать, нужно выяснить, куда и откуда стремятся пылевые потоки. И основной метод для решения этой задачи — анализ космических снимков. Так, крупные агрегаторы позволяют ученым бесплатно скачать огромное количество снимков, но исследователям не под силу их обработать в одиночку. И автоматизированных систем, которые бы могли помочь в этом, пока нет.

Как их исследуют: проект «Охотники за пылевыми бурями»

Существуют гидрометеорологические модели, которые помогают исследовать предсказывать, поднимется ли пыль в тех или иных регионах и куда ее понесут воздушные потоки. Однако подобным алгоритмам нужны входные данные, которые меняются день ото дня.

Именно поэтому исследовательская группа под руководством Павла Салюка из Тихоокеанского океанологического института им. В. И. Ильичева ДВО РАН запустила проект гражданской науки «Охотники за пылевыми бурями». Сейчас в нем участвует уже больше 300 волонтеров и обработано уже более 5 200 снимков.

Долгосрочная цель ученых — создать автоматические алгоритмы анализа спутниковых снимков в реальном времени, которые бы позволить сделать прогнозирование пылевых бурь быстрее и эффективнее.

В ДВО РАН уже давно изучают атмосферные аэрозоли (системы, в которых по всему объему распределены взвешенные твердые частицы) различного типа: водный, солевой, пылевой, вулканический, индустриальный.  И последнее время для своих исследовательских задач ученые стали использовать спутниковые методы, особенно в ситуациях, когда нужно за короткое время наблюдать различные природные явления на больших масштабах.

В своем проекте исследователи планируют собрать массив данных, который бы четко коррелировал с пылевыми бурями, — создать эталоны, которые в дальнейшем можно использовать для обучения нейросетей (сравнивают реальные изображения с эталонными) или создания более совершенных алгоритмов (строят прогнозы, рассчитывая физические показатели). Но чтобы собрать данные, нужно проанализировать спутниковые снимки и найти на них признаки бурь.

Выделив дни и локации, в которые по снимкам были зафиксированы бури, можно приступать к дальнейшей их идентификации. Так, спутники позволяют получать изображения в разных диапазонах спектра электромагнитного излучения. Например, ультрафиолетовом, микроволновом или инфракрасном. Такие снимки позволяют определять характеристики пылевых частиц, из которых состоят бури, — в том числе их размер и форму.

КАК ПОМОЧЬ?

Авторы проекта «Охотники за пылевыми бурями» предлагают волонтерам проанализировать космические снимки среднего пространственного разрешения, полученные из открытых источников космических агентств разных стран Евросоюза, а также США, России, Японии. Для этого нужно лишь ответить на несколько простых вопросов.

  • Заходим на сайт проекта.
  • Изучаем небольшую инструкцию: как выглядят пылевые бури над землей и водой, с чем их можно перепутать на космических снимках, с какими сложными случаями можно столкнуться при анализе и что делать, если не уверен в ответе.
  • Смотрим на снимки, читаем подсказки и отвечаем на вопросы.
Изображение

Скриншот задания проекта «Охотники за пылевыми бурями» на платформе Experion

Важно отметить, что на снимках пылевые бури будут встречать не часто — и это нормально. И не бойтесь, что ваши ответы могут быть неправильными: одни и те же изображения смотрят сразу несколько волонтеров, а при расхождении ответов результаты перепроверяют ученые.

Еще больше климатических (и не только) проектов гражданской науки ищите на сайте проекта «Люди науки».

Редактор
Иллюстратор
3 мая

Еще почитать по теме

Обложка статьи
Еще один рабочий день
Лабораторные крысы в Колтушах занимаются на беговых дорожках, иногда обжигают лапки и отдыхают в темных комнатах. Что таким образом исследуют ученые и как стресс может положительно влиять на организм?
Обложка статьи
Еще один рабочий день
Лабораторные крысы в Колтушах занимаются на беговых дорожках, иногда обжигают лапки и отдыхают в темных комнатах. Что таким образом исследуют ученые и как стресс может положительно влиять на организм?