Можем ли мы действительно отклонить ураган? Учёные экспериментируют с «метеорологическим джиу-джитсу»

За семь дней до прибытия урагана Сэнди к побережью США несколько возмущений, введённых в наиболее чувствительные точки атмосферы, изменили его курс примерно на 322 километра, отодвинув его в сторону океана. Это произошло в рамках симуляции, конечно, но результат демонстрирует поразительный путь: чтобы снизить воздействие экстремального события, может оказаться достаточно вмешаться заранее, точно, позволив хаосу атмосферы усилить толчок.

Идея носит название «метеорологическое джиу-джитсу» (Jiu-Jitsu meteorologico) и была описана Цин Хуангом, Моян Лю и Апману Лалл в эссе, опубликованном в PLOS Water. Само название уже говорит о принципе: использовать силу противника себе на пользу. Вместо того чтобы напрямую противостоять гигантской энергии урагана, метод ищет точку и момент, в которых атмосфера наиболее уязвима к небольшой вариации.

Сэнди — самый яркий пример, но не единственный. В симуляциях метод также смягчил холодовую аномалию, сопровождавшую ледяной шторм в Техасе в 2021 году, и снизил транспорт водяного пара по атмосферной реке. Три разных события, от бури до мороза и до экстремальных осадков, были изменены, работая над атмосферными «шестерёнками» до того, как механизм достигнет полной силы.

Отклонение штормов без прямой борьбы с их энергией

Атмосфера — хаотическая система: крошечные начальные различия способны расти на протяжении дней и приводить к траекториям, далеким друг от друга. Это принцип, который разнесли знаменитым эффектом бабочки, хотя здесь бабочек заменяют вычисления, искусственный интеллект и целевые изменения тепла и влажности.

Исследователи выявили зоны, в которых развитие атмосферы было особенно чувствительным, используя математические инструменты, способные отслеживать быстрое расхождение между траекториями, почти идентичными. В этих точках они вводили локальные возмущения и наблюдали, что происходило в последующие дни.

Эксперименты проводились с Aurora — моделью искусственного интеллекта для прогнозирования земной системы, представленностью в Nature. Aurora воссоздала три реально зафиксированных метеорологических события и позволила учёным сравнить их эволюцию с вмешательством и без него.

В случае со Сэнди, ураганом, который в октябре 2012 года поразил Нью-Йорк и Нью-Джерси, возмущения были введены примерно за неделю до ожидаемого удара. Изменение ветров атмосферы постепенно сдвинуло траекторию циклона, отводив его более чем на 300 километров дальше от побережья.

Ураган таким образом не был остановлен и не ослаблен по силе. Был изменён путь, который атмосфера готовила ему. Тонкое различие на бумаге, но довольно существенное, когда движущийся объект измеряет сотни километров.

От морозов Техаса до атмосферных рек

Второй эксперимент воспроизвел волну мороза, поразившую Техас в феврале 2021 года, вызвав широкие отключения и серьёзный кризис инфраструктуры. Виртуальные возмущения изменили атмосферный «блок», способствовавший нисхождению арктического воздуха, и снизили минимум температурной аномалии примерно на 10 °C.

Этот факт не означает, что Техас стал бы внезапно мягким. Однако он показывает, что в рамках этой симуляции событие могло потерять значительную часть своей интенсивности. В экстремальных условиях всего несколько градусов способны разделить тяжёлую заморозку и более широкий коллапс сетей, трубопроводов и систем отопления.

В третьем тесте, посвящённом атмосферной реке 2022 года, метод снизил суммарный перенос водяного пара примерно на 5%. Атмосферные реки — длинные коридоры влажности, способные питать очень сильные осадки, когда встречаются с сушей. Уменьшение на 5% может показаться скромным; однако для таких огромных объёмов воды это стоит того, чтобы измерить до конца.

Три результата указывают на то, что метеорологическое джиу-джитсу может адаптироваться к разным феноменам. Решающее условие — найти фазу, в которой атмосфера ответит мощно на ограниченное вмешательство. Вне этого окна удар рискует просто раствориться в воздухе — достаточно распространённая участь даже лучших намерений.

Как можно вмешаться в реальную атмосферу

В симуляциях исследователи вводили локальные изменения температуры в диапазоне от 6,7 до 10,4 °C и изменения влажности от 2,3 до 3,4 грамма на килограмм воздуха. Значения относятся к ограниченным участкам модели и остаются малыми по сравнению с общей энергией вовлечённых метеосистем.

Сгенерировать подобные изменения в небе с той же точностью требуют технологий, которые ещё нужно разработать. Авторы упоминают вмешательства, вдохновлённые посевом облаков, а также возможные системы на базе самолётов, дронов или иных приборов, способных локально изменять тепло и влажность.

Посев облаков уже применяется в некоторых странах для стимулирования дождя или снега в подходящих условиях. Метеорологическое джиу-джитсу имело бы более широкую и цель — воздействовать на потоки, которые будут направлять событие через несколько дней. Цель оказалась бы вдали от места, которое должно подвергнуться удару.

По словам авторов, первый шаг может заключаться в испытании над океаном, на системе, которая должна оставаться вдали от побережья. Спутники, радары, зонды и самолёты должны в реальном времени отслеживать развитие атмосферы, проверяя, создаёт ли возмущение ожидаемый эффект.

Всемирная метеорологическая организация напоминает, что способность изменять тропические циклоны пока не доказана на практике. Однако это предложение следует иной логике, чем старые попытки воздействовать прямо на штормы: ищутся нестабильные точки вверх по течению, когда система ещё может выбрать разные тропы. Именно это различие делает симуляции интересными.

Новая форма климатической профилактики

Исследование экстремальных событий в большей степени сосредоточено на улучшении прогнозирования и адаптации: заранее знать, что будет, эвакуировать людей, защищать инфраструктуру, строить города, способные лучше переносить ливни, мороз и ветер.

Метеорологическое джиу-джитсу добавляет ещё одну возможность: использовать прогноз для попытки изменить событие до его самой разрушительной стадии. Это была бы форма активной профилактики, дополняющая системы оповещения и меры адаптации.

Такой технологией потребуются и очень точные международные правила. Отклонение штормa может снизить риск в одной зоне и изменить его в другой; атмосфера пересекает границы с определённым раздражением по бюрократии. Необходимы соглашения об разрешениях, ответственности и общественном контроле вмешательств.

Конвенция ENMOD Организации Объединённых Наций уже запрещает военное или враждебное использование методов модификации окружающей среды. Авторы предлагают прозрачный и поэтапный путь, с большим числом симуляций, независимой верификацией и первыми экспериментами, ограниченными безопасными условиями.

Метеорологическое джиу-джитсу пока что остаётся предложением, построенным на числовых моделях, но оно показало, что ураган может повернуть не в ту же сторону, не противостоя всей своей мощи. Сэнди, по крайней мере в компьютере, вернулся к морю. Теперь нужно понять, может ли небо выучить тот же приём.