Пыльные бури на юге европейской части России в 2024 году

В конце сентября 2024 г. на юге европейской части России отмечались масштабные пыльные бури. Атмосферная и почвенная засуха на фоне сильных ветров юго-восточного и восточного направлений на периферии блокирующего антициклона привела к возникновению масштабных пыльных бурь 2 сентября, а также в период 27 сентября – 1 октября (рисунок 1).

 
Рисунок 1 — Развитие пыльной бури 29 сентября 2024 г. Время наблюдения: а – 09:40, MODIS Terra, б – 11:47, VIIRS Suomi NPP, в – 12:12, VIIRS NOAA20, г – 13:06, VIIRS NOAA21, д – 13:20, MODIS Aqua; е – показатель Dust Score по данным AIRS/Aqua, ж – аэрозольная оптическая толщина в голубом диапазоне спектра MODIS/Aqua, и – количество наблюдений пыльной бури указанными спутниковыми системами

Рисунок 2 — Скорость, направление ветра, количество наблюдений пыльных бурь 27 сентября – 1 октября 2024 г. (а), I -государственная граница РФ, II – границы регионов,
III – среднемаксимальная скорость ветра, м/с, IV – максимальная зафиксированная площадь покрытия песчано-пылевого облака, V – количество дней с пыльными бурями по данным метеостанций, VI – количество дней с наблюдениями пыльных бурь по данным MODIS и VIIRS), аномалии влажности почвы (б), I-V – то же, что и на рис. а; VI – отклонение величины объемной влажности почвы в сентябре 2024 г. от нормы, м3/м3)

Интенсивные дефляционные процессы, в том числе пыльные бури, особенно характерны для данной территории после чрезвычайно засушливого 2020 г., когда неблагоприятные гидротермические условия и чрезмерные пастбищные нагрузки привели к значительному росту площадей открытых песков и дефлированных территорий, лишенных растительного покрова. Цель данного исследования заключается в анализе закономерностей возникновения и распространения пыльных бурь осенью 2024 г.

Исследование основывается на спутниковых изображениях MODIS пространственного разрешения 1000 м и VIIRS пространственного разрешения 750 м. Песчано-пылевое облако идентифицировалось на основе экспертного порога разницы радиояркостной температуры, измеренной с использованием спектральных каналов на длинах волн 11 и 12 мкм. Поскольку значения радиояркостной температуры на указанных длинах волн зависят как от плотности песчано-пылевого облака, так и от его высоты, то пороговые значения разницы температур подбирались для каждого спутникового изображения в диапазоне 0,7-2,0 К. Также в качестве дополнительных источников информации для идентификации пыльных бурь использовались данные о состоянии атмосферы: AIRS (англ. Atmospheric Infrared Sounder, спутник Aqua Dust Score (рисунок е) разрешения 13,5 км (disc.gsfc.nasa.gov/datasets/AIRS2SUP_006) и аэрозольной оптической толщине, измеренной в голубом диапазоне длин волн (рисунок 1ж) пространственного разрешения 10 км.

Метеоданные получены с помощью сервисов «Погода и климат» (pogodaiklimat.ru) и «Расписание погоды» (rp5.ru). Для каждой включённой в исследование метеостанции было определено количество дней с пыльными бурями в период 26 сентября – 3 октября 2024 г., а также преобладающее направление ветра, средняя, максимальная и среднемаксимальная его скорости во время пыльных бурь (рисунок 2а). Для анализа влажности почвы использовался глобальный информационный продукт Soil moisture gridded data from 1978 to present пространственного разрешения 0,25°, который предоставляет сведения об объёмной влажности почвы в м3/м3 на глубинах 2–5 см. Указанный информационный продукт базируется на комбинации данных, получаемых на основе технологий активного и пассивного дистанционного зондирования Земли из космоса. Влажность почвы приповерхностного горизонты на ряду с её гранулометрическим составом и величиной скорости ветра являются определяющими для возникновения дефляционной опасности. Анализировались отклонения средних значений на сентябрь 2024 г. от климатической нормы 1990–2020 гг. (рисунок 2б).

Максимальная протяжённость песчано-пылевого облака на юге европейской части России зафиксирована 30 сентября спутниковой системой MODIS/Aqua – примерно 820 км от побережья Каспийского моря до юго-восточных районов Воронежской области (рисунок 2) при площади около 19 млн га. Таким образом, в сентябре 2024 г. площадь пылевого шлейфа над европейской частью России стала больше, чем при катастрофических пыльных бурях 2020 г. В этот же день пылевой шлейф после бури 29 сентября достиг центральной части Украины, а 1 октября – территории Республики Беларусь. По мере увеличения скорости ветра увеличивается и площадь песчано-пылевого облака, при этом максимум скорости ветра достигается в период 15–18 часов, когда отсутствуют данные наблюдений с помощью использованных спутниковых систем. Поэтому фактическая площадь пылевых шлейфов может быть несколько больше. Песчано-пылевое облако на протяжении трёх дней (29 сентября – 1 октября 2024 г.) фиксировалось на площади 4,9 млн га, двух дней – 16,5 млн га, а общая площадь территории, которая была накрыта пыльной бурей по данным использованных спутниковых систем составила 22,3 млн га.

Границы максимальной зафиксированной площади пылевого шлейфа достаточно согласуются с ареалами наибольшего дефицита почвенной влаги в сентябре (от –0,04 м3/м3 и ниже при норме 0,12–0,14 м3/м3) и распространения ветров со среднемаксимальной скоростью более 15–20 м/с (рисунок 2б). Почвенная засуха явилась следствием атмосферной: по данным большинства метеостанций, на которых многократно были зафиксированы пыльные бури, дефицит накопленных с начала года осадков в сентябре 2024 г. составил 30–70 % от многолетней нормы.

Пыльные бури в конце сентября 2024 г. регистрировались метеостанциями с 27 сентября на северо-востоке Ставропольского края, при этом в первые дни они носили локальный характер и не фиксировались спутниковыми системами. Первое наблюдение пыльной бури на площади 3 млн га произведено спутниковой системой MODIS/Terra 29 сентября в 09:40 по московскому времени. На этот момент средняя скорость ветра превысила 10 м/с, а максимальная – 20–22 м/с (рисунок 3).

Время сеансов съемки спутников более высокого пространственного разрешения Landsat-8, -9 и Sentinel-2 приходится на утренние часы (10:00–11:00 по московскому времени), когда фиксируются начальные стадии формирования песчано-пылевых облаков. Соответственно по этим данным величина их площади существенно меньше по сравнению с зафиксированной по данным спутниковых систем VIIRS и MODIS/Aqua. Тем не менее, спутниковые изображения высокого пространственного разрешения дают возможность более точно идентифицировать источники выноса песка и пыли (рисунок 4). В 2024 г. источником минеральных частиц для пыльных бурь были преимущественно пахотные земли, что подтверждается как спутниковыми изображениями Landsat и Sentinel-2, так и локализацией участков с наибольшим количеством наблюдений пыльных бурь на севере Ставропольского края, западе Калмыкии, юге Волгоградской и востоке Ростовской областей, где преобладают пахотные земли на каштановых и светло-каштановых солонцеватых почах в комплексе с солонцами. Наиболее подверженные пыльным бурям пастбища расположены на юге Калмыкии (бурые песчаные и супесчаные почвы, а также пески) и в восточной части Ставропольского края, где также распространены супесчаные почвы и пески.

 
Рисунок 3 — Динамика средней (I), максимальной (II) скоростей ветра по метеостанции в Элисте и площади песчано-пылевого облака по спутниковым данным (III)

Предпосылками пыльных бурь на юге европейской части России в сентябре 2024 г. стали почвенная и атмосферная засуха и сильные ветры восточного и юго-восточного направлений. Максимальная протяжённость песчано-пылевого облака, зафиксированного по данным метеостанций и дистанционного зондирования, превысила 800 км 30-го сентября, а площадь его составила около 19 млн га при максимальных скоростях ветра свыше 15–20 м/с. В отличие от периода 2020–2022 гг. в текущем году источником минеральных частиц для пыльной бури служили преимущественно пахотные земли на пограничной территории четырёх регионов: Калмыкии, Ставропольского края, Волгоградской и Ростовской областей. Наиболее интенсивный вынос пыли и песка с пастбищ зафиксирован на востоке Ставропольского края и юге Калмыкии. Район распространения песчано-пылевого облака совпадает с ареалами отрицательной аномалии влажности верхнего горизонта почвы и максимальных скоростей ветра более 20 м/с. Это позволяет использовать данные о влажности почвы, в том числе на основе спутниковой информации, и прогноз синоптической обстановки для оценки угрозы возникновения пыльных бурь. Масштабные пыльные бури осени 2024 г. могут привести к дальнейшему увеличению площадей открытых песков и деградированных земель, что в свою очередь, способно вызвать последующую интенсификацию процессов дефляции в регионе. Это обуславливает необходимость дальнейшего мониторинга площадей дефлированных территорий на юге европейской части России.

 
Рисунок 4 — Спутниковые изображения пыльной бури 30.09.2024 г. в окрестностях г. Котельниково Волгоградской области (а, Landsat 9, 10:54) и г. Нефтекумск Ставропольского края (б, Sentinel-2, 11:07)