Атмосферная засуха — продолжительный агрометеорологический комплекс дефицита эффективных осадков, повышенной температуры и высокой испаряющей способности воздуха, при котором потери воды растениями возрастают и нарушается их водный баланс. Это не любой жаркий день и не простое отсутствие дождя: важны совместное действие условий, продолжительность и биологический сезон.
Российский агрометеорологический критерий
В документах Росгидромета для опасных агрометеорологических явлений атмосферная засуха в период вегетации определяется как отсутствие эффективных осадков более 5 мм в сутки не менее 30 дней подряд при максимальной температуре воздуха выше 25 °C; в отдельные дни, составляющие не более четверти периода, температура может быть ниже. Критерий служит операционному учёту ущерба и предупреждениям.
Он не является универсальным физическим законом. На севере, в горах, для разных культур и фаз развития критические температура и продолжительность иные. Научные исследования поэтому используют также баланс осадков и испаряемости, влажность и дефицит насыщения воздуха, состояние почвы и растений.
Температура, влажность и дефицит насыщения
С ростом температуры давление насыщенного водяного пара быстро увеличивается. Если фактическое содержание влаги не растёт столь же быстро, относительная влажность падает, а дефицит насыщения увеличивается. Современный показатель дефицита давления пара (VPD) выражает разность между насыщенным и фактическим парциальным давлением водяного пара и характеризует испаряющий спрос атмосферы.
Низкая относительная влажность сама по себе зависит от температуры и не равна малому абсолютному влагосодержанию. Для растений важны радиация, VPD, ветер и доступная вода. Ночной рост влажности не обязательно прекращает многодневную засуху, если дневной испаряющий спрос остаётся высоким.
Испаряемость и ветер
Потенциальная испаряемость оценивает возможную потерю воды при отсутствии её ограничения и зависит от радиации, температуры, влажности и ветра. Фактическая эвапотранспирация снижается, когда почва иссушена и растения закрывают устьица. Поэтому высокая потенциальная и низкая фактическая эвапотранспирация могут наблюдаться одновременно.
Ветер удаляет насыщенный воздух от листа и поверхности почвы, усиливая обмен. Особенно опасен суховей — горячий сухой ветер, для которого российская практика использует отдельные пороги скорости, температуры, влажности и продолжительности. Атмосферная засуха может протекать без суховея, а краткий суховей не всегда означает месячную засуху.
Водный баланс растений
Вода поступает через корни и теряется преимущественно при транспирации через устьица. Когда атмосферный спрос превышает способность корней и проводящей системы подавать воду, водный потенциал тканей падает. Растение закрывает устьица, ограничивая потерю, но одновременно уменьшает поступление CO₂.
Следствием становятся снижение фотосинтеза и роста, перегрев листьев, потеря тургора и увядание. Продолжительный или быстрый дефицит способен вызвать повреждение проводящей системы и отмирание. Реакция зависит от вида, фазы развития, глубины корней и предшествующей акклимации; увядание в полдень может быть обратимым.
Связь с почвенной влагой
Атмосферная засуха увеличивает расход почвенной воды и часто приводит к почвенной засухе, но состояния не совпадают. После влажной весны глубокая почва может некоторое время снабжать растения при сухом воздухе. И наоборот, почва может оставаться сухой после нормализации температуры и выпадения небольшого дождя.
Почвенную засуху определяют по запасам продуктивной влаги и доступности воды в корнеобитаемом слое. Тип почвы, глубина, уплотнение, органическое вещество и корневая система определяют резерв. Осадки менее 5 мм часто смачивают только поверхность и быстро испаряются, поэтому называются неэффективными для конкретного критерия.
Другие виды засухи
Метеорологическая засуха — аномальный дефицит осадков относительно климата региона за выбранный период. Сельскохозяйственная возникает, когда влаги недостаточно для культур с учётом почвы и фазы развития. Гидрологическая проявляется снижением стока, уровней рек, озёр и водохранилищ и обычно запаздывает.
Атмосферная засуха акцентирует жаркий и сухой режим воздуха и испаряющий спрос. Категории связаны, но могут начинаться и завершаться в разное время. Социально-экономическая засуха дополнительно учитывает несоответствие водоснабжения спросу и не является метеорологическим состоянием.
Мониторинг и показатели
Станции Росгидромета измеряют осадки, температуру, влажность, ветер, продолжительность солнечного сияния и состояние почвы. Агрометеорологические наблюдения фиксируют запасы продуктивной влаги, фазы культур и повреждения. По рядам вычисляют продолжительность без эффективных осадков, число жарких дней, VPD и испаряемость.
Стандартизованный индекс осадков SPI показывает аномалию осадков на разных временных масштабах; SPEI дополнительно учитывает климатический водный баланс. Индексы влажности почвы, дистанционные оценки температуры поверхности, растительности и эвапотранспирации расширяют покрытие. Ни один индекс не одинаково хорошо описывает атмосферную, сельскохозяйственную и гидрологическую засуху.
Пространство и сезонность
Локальные ливни, тип почвы и растительность создают сильную неоднородность. Станция характеризует окрестность, а не автоматически весь район. Спутник даёт регулярную сетку, но видит поверхность и требует проверки. Объединение станций, радаров, спутников и моделей уменьшает пробелы.
Наиболее опасна засуха в критические фазы: цветение, опыление, налив зерна или формирование плодов. Одинаковая продолжительность до начала вегетации и в середине роста имеет разное значение. Снежные запасы и весенняя влага определяют устойчивость к летнему дефициту.
Сельское хозяйство и экосистемы
Засуха снижает урожай и качество продукции, ограничивает пастбищную биомассу, повышает потребность в орошении и риск эрозии после потери покрова. У многолетних растений последствия могут проявляться позже из-за истощения запасов углерода и повреждения корней.
В природных экосистемах меняются продуктивность, сроки цветения, конкуренция и доступность воды для животных. Леса становятся восприимчивее к вредителям и усыханию. Реакция мозаична: засухоустойчивые сообщества выдерживают дефицит лучше, но сочетание жары и многолетней сухости может превышать историческую адаптацию.
Пожароопасность
Длительная сухая погода снижает влажность травы, лесной подстилки и мёртвой древесины, повышая вероятность воспламенения и скорость распространения огня. Ветер ускоряет пожар. Однако источник зажигания и состояние топлива обязательны: атмосферная засуха повышает опасность, но не является непосредственной причиной каждого пожара.
Пожарные индексы используют температуру, влажность, ветер, осадки и накопленную сухость топлива. Их калибруют регионально и дополняют наземной разведкой.
Адаптация
В земледелии применяют засухоустойчивые сорта, изменение сроков сева, сохранение растительных остатков, минимальную обработку, лесополосы, накопление влаги и эффективное орошение. Решения учитывают прогноз и запасы воды; расширение полива без баланса бассейна может переносить риск на реки и грунтовые воды.
Для экосистем важны связность местообитаний, охрана водно-болотных угодий, снижение иных нагрузок и управление пожарным топливом. Раннее предупреждение объединяет прогноз погоды, состояние почв и дистанционное наблюдение растительности.
Климатические изменения и ограничения критериев
Потепление способно повышать атмосферный испаряющий спрос даже без уменьшения осадков. Изменения циркуляции, снежного покрова и сезонности осадков меняют региональный риск. При этом естественная изменчивость велика, и тенденции нужно оценивать по длинным однородным рядам и нескольким показателям.
Фиксированный порог удобен для оперативного учёта, но не отражает все культуры и климатические зоны. Процентильные критерии лучше сравнивают регионы, однако зависят от базового периода. Поэтому в выводе всегда указывают определение, период, территорию и объект воздействия.
Разграничение понятий
Отсутствие осадков — один фактор, но без достаточной длительности и высокого испаряющего спроса это ещё не атмосферная засуха. Жара может быть влажной, а метеорологическая засуха — прохладной. Суховей является ветровым агрометеорологическим явлением, почвенная засуха описывает запас воды, гидрологическая — водные объекты. Термины нельзя заменять друг другом.
Кратко
Атмосферная засуха — длительное сочетание дефицита эффективных осадков и сухого жаркого воздуха, увеличивающее водный стресс растений. Российский операционный критерий привязан к вегетации и не универсален для всех условий. Наблюдение требует совместного анализа атмосферы, почвы и реакции растительности.