Мезомасштабное горизонтальное перемешивание (МГП) повсеместно распространено в океанах, влияя на перенос тепла и углерода, цветение фитопланктона и распространение личинок рыб. Современное поколение моделей земной системы не обладает достаточным разрешением для корректного анализа мелкомасштабных явлений, связанных с МГП, таких как океанические мезомасштабные вихри, что оставляет практически неясным, как МГП изменится под воздействием парникового эффекта. В данной работе авторы определяют, как удвоение и учетверение концентрации CO₂ изменит статистику МГП на поверхности в расчётах модели земной системы с разрешением океана 1/10 градуса. МГП анализируется с использованием конечномерной экспоненты Ляпунова – диагностического лагранжева показателя, измеряющего расстояние между близкими траекториями. Прогнозируемое увеличение МГП ожидается в Северном Ледовитом океане и прибрежных районах Антарктиды, что связано с усилением среднего по времени течения океана и турбулентности, которые в основном обусловлены сокращением площади морского льда. Усиление горизонтального перемешивания в полярных океанах может иметь существенные, хотя и неопределённые последствия для переноса трассеров, снабжения питательными веществами и экосистем в условиях более высокого содержания CO₂.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-025-02471-2

 

Глубина снежного покрова (ГСП) предоставляет информацию о пространственном распределении снежного покрова, что критически важно для оценки водных ресурсов и глобального изменения климата. В настоящее время ГСП можно получить с помощью пассивных микроволновых радиометров, моделей реанализа и натурных наблюдений. Однако данные ГСП, полученные различными методами, характеризуются низкой полнотой и согласованностью, что затрудняет их использование в соответствующих научных исследованиях. В данном исследовании авторы разработали метод слияния ГСП на основе алгоритма случайного леса (random forest, RF) и использовали его для построения пространственного распределения ГСП на территории Китая с 2014 по 2018 гг. Этот метод позволяет объединять информацию из различных источников ГСП (наземных, спутниковых и данных реанализа) для улучшения представления его пространственно-временного распределения. В качестве входных данных для построения модели были использованы пять продуктов ГСП (WESTDC, ERA-Interim, CMC, GLDAS-NOAH и MERRA2). Кроме того, модель слияния была построена с учётом вспомогательной информации (например, типов земельного покрова, доли лесного покрова, географической информации, неоднородности земельного покрова, шероховатости поверхности и класса снежного покрова). Авторы подробно оценили погрешность объединённых данных ГСП (RF-ГСП) и пяти продуктов ГСП по сравнению с натурными наблюдениями при различных типах земельного покрова, доле лесного покрова, неоднородности земельного покрова, шероховатости поверхности и классификации снежного покрова. Результаты показали, что данные RF-ГСП повысили точность оценок ГСП по Китаю и увеличили эффективность Клинга-Гупты с 0,21 до 0,64, затем до 0,73 и с более низким среднеквадратическим отклонением (5,1 см) по сравнению с пятью исходными наборами данных ГСП. Этот метод может быть эффективен для интеграции преимуществ каждого источника данных ГСП, повышения точности оценки ГСП и снижения несогласованности между наборами данных ГСП из нескольких источников.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-025-22347-x

 

Вызванные антропогенным потеплением климата жара, засухи, сложные экстремальные события, связанные с жарой и засухой, и их разрушительное воздействие на глобальную продуктивность растительности вызвали всеобщую обеспокоенность, в то время как пространственно-изменчивая реакция валовой первичной продукции (ВПП) на эти экстремальные явления в условиях потепления по-прежнему остаётся неопределённой. Используя данные ВПП на сетке, результаты проекта CMIP6 и функции Копулы, авторы оценивают вероятностные реакции экстремальных отрицательных аномалий ВПП для различных типов растительности в зависимости от региона на разную интенсивность засухи, жары и сложных событий засухи и жары при различных уровнях потепления, то есть 2, 3, 4 °C. Были обнаружены каскадное воздействие наложенной засухи на вероятность глобальных экстремальных отрицательных аномалий ВПП, но различающиеся по регионам эффекты. Между тем, отмечается усиленное воздействие сложных явлений засухи и жары на растительность в низкоширотных регионах по сравнению с воздействием только засухи. Учитывая повышенные уровни потепления от 2 °C до 4 °C, можно ожидать, что вероятность усреднённых по всему миру экстремальных отрицательных аномалий ВПП увеличится на 0,54%, 0,82% и 1,12% в условиях засухи, жары и сложных событий засухи-жары соответственно. В частности, продолжительное потепление климата может оказать более сильное негативное воздействие на вечнозелёные широколиственные леса, саванны и луга. Также выявлены типичные регионы, уязвимые к засухе, жаре и сложным событиям засуха-жара при различных уровнях потепления, такие как центральная часть Северной Америки, центральная Африка, центральная Европа, северо-западная Азия, Восточная Азия, Юго-Восточная Азия и юго-западная и юго-восточная Австралия. Эти результаты подчёркивают регионально различное воздействие засухи, жары и сложных событий засуха-жара на ВПП при различных уровнях потепления.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-025-04052-w

 

Размер и механизм контроля потоков углерода в Южном океане остаются крайне неопределёнными из-за скудности зимних наблюдений. В данной работе авторы интегрируют измерения, полученные с помощью спутникового лидара (LIDAR), с машинным обучением для оценки потоков CO₂ между атмосферой и океаном в период с 2007 по 2020 гг. Они выявили, что в предыдущих исследованиях дегазация CO₂ к югу от 50° ю.ш. была недооценена на величину до 40%. В то время как Южный океан в средних широтах (от 30° до 50° ю.ш.) усиливает свою способность поглощать углерод, в высокоширотном регионе (от 50° до 90° ю.ш.) наблюдается чередование поглощения и дегазации, обусловленное южной кольцевой модой. Разность парциального давления CO₂ между атмосферой и океаном (Δ$p$CO₂) всё больше доминирует над изменчивостью потоков по сравнению со скоростью переноса, обусловленной ветром. Авторы предлагают схему, включающую три широтные петли с различными уровнями контроля $p$CO₂: (i) Антарктический (солёность/морской лёд), (ii) полярный фронт (атмосферный CO₂/хлорофилл) и (iii) субполярный (температура поверхности моря/CO₂). Полученные результаты подчёркивают важную роль зимних процессов и требуют круглогодичных наблюдений для понимания влияния на глобальный углеродный цикл Южного океана.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea0024

 

Представлен новый комплексный подход к выбору оптимальных комбинаций глобальных климатических моделей (ГКМ) и общих социально-экономических траекторий (ОСТ) для оценки воздействия изменения климата на водную среду. Метод, предлагаемый в данном исследовании, учитывает всеобъемлющие пространственные и временные диапазоны климатических прогнозов, уделяя особое внимание изменчивости и экстремальности изменения климата во всех доступных регионах и временных масштабах. Этот подход использует энтропийный и частотный анализы для интеграции нескольких климатических индексов, связанных с осадками и температурой воздуха, в единую метрику, отражающую уникальные характеристики изменчивости и экстремальности каждого сценария. В данном исследовании было проанализировано 35 комбинаций ГКМ-ОСТ, что позволило сделать следующие основные выводы. Хотя изменчивость и экстремальность климатических сценариев имели тенденцию к увеличению в сценариях экстремального глобального потепления, эта тенденция не всегда была последовательной. Представленные результаты свидетельствуют о необходимости расширения общего понимания ГКМ и ОСТ. Подходящие комбинации ГКМ-ОСТ были отобраны путём ранжирования уникальных характеристик с использованием алгоритма Кацавунидиса-Ко-Чжана, что позволило охватить весь спектр комбинаций ГКМ-ОСТ при минимальном числе комбинаций. Хотя основными параметрами были осадки и температура воздуха, метод можно расширить, включив другие погодные переменные, такие как скорость ветра и солнечная радиация. Результаты показывают, что этот комплексный подход эффективно представляет широкий спектр климатических сценариев, обеспечивая всестороннее понимание прогнозируемого климата в различных регионах и временных масштабах. Преобразуя многомерные данные в одномерные, этот подход упрощает интерпретацию, способствуя более эффективному выявлению комбинаций ГКМ-ОСТ, подходящих для различных стратегий адаптации к изменению климата.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-025-24707-z

 

Точная количественная оценка источников и поглотителей углекислого газа (CO₂) становится ключевым аспектом в современных исследованиях потоков углерода, однако понимание эффективности спутниковых измерений в региональном масштабе остаётся недостаточным. В данной работе усреднённая по столбу молярная доля CO₂ в сухом воздухе, полученная с помощью OCO-2 v11.1r и GOSAT v03.05, была оценена с помощью CarbonTracker с использованием данных с марта 2022 года по август 2023 года. Кроме того, спутниковые данные были сверены с данными сети наблюдений за общим содержанием углерода в столбе атмосферы (TCCON) с марта 2022 года по февраль 2024 года. Сравнение с CarbonTracker показало, что оба спутника имели общее отрицательное смещение над сушей и наилучшие результаты весной. В районах суши Южного полушария спутники надёжно регистрировали месячную изменчивость, причём OCO-2 получил наиболее точные месячные концентрации. В регионах суши Северного полушария наилучшие результаты показал CarbonTracker, хотя оба спутника точно количественно оценили ежемесячные вариации в некоторых регионах. В тропических регионах ни один из спутников не продемонстрировал превосходных результатов. Данные OCO-2 выявили особенности смещения в субрегиональных областях, таких как Восточная и Южная Азия. Для регионов океана смещение было наибольшим весной. Смещение фазы, небольшая недооценка концентраций и сезонные смещения были обнаружены для нескольких регионов океана во временных рядах OCO-2, тогда как GOSAT не смог предоставить разумные результаты. При сравнении данных TCCON с данными OCO-2 и GOSAT авторы обнаружили систематические ошибки −0,12 и −0,56 млн^-1 и среднеквадратичные ошибки 1,08 и 1,70 млн^-1 соответственно, в основном обусловленные топографическими изменениями и аэрозольной нагрузкой. Ошибки были наименьшими весной и большими летом и зимой. Анализы, основанные как на CarbonTracker, так и на TCCON, показали, что текущие спутниковые продукты могут иметь лучшие характеристики на поверхностях пустынь. Облака, аэрозоли и давление на поверхности по-прежнему затрудняли получение данных OCO-2, в то время как для GOSAT можно подчеркнуть важность процесса коррекции смещения.

 

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/17/21/3635

 

Когда планктон попадает в горячую воду, органические вещества задерживаются на поверхности и нарушают транспорт углерода в глубины океана.

Морские волны тепла – это случаи необычайно тёплой воды, которая может сохраняться на поверхности океана месяцами. Подобно волнам тепла, которые мы испытываем на суше, морские волны тепла могут изменять химический состав окружающей среды и нарушать биологические процессы. Катастрофические потери мегафауны – очевидный признак неблагополучия системы. Исследователи уже начали накапливать достаточно данных, чтобы понять, как микробные организмы, составляющие основу пищевых цепей океана, также реагируют на волны тепла.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, представлены результаты десятилетних измерений, документирующих две последовательные волны тепла в северо-восточной части Тихого океана. Междисциплинарная группа авторов статьи использовала сочетание данных с автономного роботизированного буя, исследовательского круиза и спутниковых данных, чтобы понять, как микробные сообщества в регионе реорганизовались в ответ на экстремальные явления.

Исследователи обнаружили, что во время волн тепла на поверхности океана увеличивалось производство органического вещества, но богатые углеродом частицы не тонули и не плавали, а просто оставались на месте.

Биологический углеродный насос

Фитопланктон — крошечные фотосинтезирующие микробы — запускают биологический углеродный насос. Используя солнечный свет и углекислый газ (CO₂) для роста, они извлекают углерод из атмосферы и включают его в круговорот углерода в океане. Зоопланктон питается обширными полями этих растительноподобных организмов, перенося углерод глубже в толщу воды в виде фекальных гранул и кусочков недоеденного планктона. В конце концов, некоторые из этих частиц оседают достаточно глубоко, чтобы питать экосистемы глубоководных районов океана.

Этот углеродный насос представляет собой глобально значимый буфер, защищающий от последствий изменения климата, поскольку океан поглощает примерно четверть CO₂, выбрасываемого в результате деятельности человека. По некоторым оценкам, текущая концентрация CO₂ в атмосфере может увеличиться на целых 50%, если биологический углеродный насос прекратит транспортировку углерода в глубины океана.

«Способность океана связывать углерод зависит от микробов, находящихся в основе пищевой цепи, поэтому очень важно начать понимать, как морские волны тепла влияют на микробные сообщества», — пояснила Мариана Биф (Mariana Bif), ведущий автор нового исследования. Биф — доцент Университета Майами, ранее работавшая исследователем в Научно-исследовательском институте аквариума залива Монтерей.

Когда пищевая цепь запутывается

В обеих морских волнах тепла, отслеживаемых в исследовании, авторы обнаружили признаки перегрева биологического углеродного насоса. Частицы, богатые углеродом, находились на глубине примерно 200 метров под поверхностью, но во время двух волн тепла их накопление было вызвано разными механизмами.

Первая волна тепла, включённая в исследование, началась в 2013 году, когда необычно слабые ветры над Тихим океаном не смогли перенести тёплый летний воздух обратно на материковую часть США. Эта волна тепла, получившая название «Blob», попала в заголовки газет, поскольку тёплая, застоявшаяся вода с дефицитом кислорода привела к массовой гибели фауны во всех уголках Тихого океана, прежде чем рассеялась в 2015 году.

В 2019 году неоднородная облачность над океаном и более мелкий смешанный слой на поверхности моря подготовили почву для новой волны тепла, охватившей северо-восточную часть Тихого океана. Эта вторая волна тепла резко повысила температуру и стала известна как «Blob 2.0».

Биф и её соавторы обнаружили, что во время обеих волн тепла морское микробное сообщество претерпело изменения в составе «менеджеров среднего звена».

В первые годы существования «Blob» физические и химические условия благоприятствовали развитию более мелких видов фитопланктона, что, в свою очередь, способствовало появлению нового стада зоопланктонных травоядных. Эта дискретная пищевая сеть в конечном итоге создала океанический слой, полный органических частиц, которые были слишком лёгкими, чтобы погрузиться в более плотные глубинные воды.

Во время «Blob 2.0» концентрация взвешенных органических веществ была ещё выше, но рост был обусловлен не только первичной продукцией. На этот раз условия благоприятствовали экономным видам. Организмы, способные при необходимости питаться детритом и низкокачественной органикой, стали более многочисленными, что свидетельствует о том, что система осуществляет круговорот и переработку углерода, чтобы удерживать его в верхних слоях водной толщи. В этом сообществе процветали паразиты, а организмы (включая группу радиолярий), ранее никогда не встречавшиеся в северо-восточной части Тихого океана, стали регулярными обитателями.

Измерения вдали от цивилизации

Набор технологий, использованных в исследовании, отличает его от предыдущих попыток каталогизировать воздействие морских волн тепла.

«Мы вступаем в эпоху „больших данных“ в биогеохимии океана, тогда как раньше мы были ограничены лишь тем, что могли собрать с судов», — сказала Стефани Хенсон (Stephanie Henson), ведущий научный сотрудник Национального океанографического центра в Саутгемптоне, Великобритания.

Хенсон не принимала участия в исследовании. Хенсон пояснила, что автономные буи и другие передовые системы мониторинга позволяют исследователям работать с наборами данных, охватывающими период, превышающий продолжительность одного исследовательского круиза.

«Исследователи изучают реакцию на морские волны тепла в таких системах, как коралловые рифы и др.», — сказала Хенсон, пояснив, что исследователи обнаружили, что не все биологические реакции одинаковы при изменении одной морской волны тепла на другую. Однако она отметила, что это исследование стало первым, которое, по её мнению, демонстрирует, что потоки углерода в океане также имеют сложную реакцию на морские волны тепла.

Чтобы отслеживать основные показатели состояния Тихого океана до, во время и после каждой волны тепла, исследователи использовали данные Глобального массива биогеохимических данных океана (GO-BGC). Приборы GO-BGC являются частью массива Argo – глобальной сети из тысяч автономных роботизированных буёв. Каждый буй свободно дрейфует в океанских течениях, отслеживая pH, солёность, температуру и другие показатели.

Несмотря на все их возможности, буи не способны собирать микробные образцы. Поэтому вместо того, чтобы Биф искала данные, данные приходили к ней.

Стивен Халлам (Steven Hallam), микробиолог из Университета Британской Колумбии и соавтор нового исследования, связался с Биф после прочтения её интервью о её работе по изучению морских волн тепла. Он предположил, что образцы планктонной ДНК, хранящиеся в морозильной камере его лаборатории, могут быть полезны для исследования Биф углеродного цикла океана. Учёные из группы Халлама ранее публиковали исследования бактериальных сообществ в том же регионе, используя образцы, собранные во время исследовательских экспедиций вдоль трансекты «Линия P» у побережья Британской Колумбии. После обмена электронными письмами группа Халлама повторно обработала образцы, расширив анализ с бактерий на весь состав сообщества, что внесло значительный вклад в исследование Биф.

Хотя история о том, как планктонная ДНК попала к Биф, свидетельствует о силе научной коммуникации и сотрудничества, Хенсон отметила, что разрезы линии P «не обязательно пространственно пересекаются с регионами наибольшего воздействия морских волн тепла», и к объединению наборов данных разного масштаба (например, данных с борта судна и данных автономных буёв) следует подходить с осторожностью.

Тем не менее, Хенсон добавила: «Это лучшее, что мы можем сделать на данный момент».

Сохраняющиеся неопределённости

Что касается будущих исследований, Биф участвует в нескольких новых проектах, изучающих морские деоксигенированные регионы, но отметила: «Я всегда сосредоточена на буях BGC-Argo».

Биф отметила, что будет интересно изучить данные BGC-Argo с буёв, находящихся в центре морской волны тепла, которая в настоящее время затрагивает северную часть Тихого океана. Эта волна тепла уже демонстрирует признаки замедления, хотя учёные говорят, что она, вероятно, сохранится всю зиму.

«Я не уверен, что эта волна будет иметь такие же сильные стороны, как некоторые из предыдущих морских волн тепла в регионе», — сказал Ник Бонд (Nick Bond), который не участвовал в этом исследовании, но изучал морские волны тепла в рамках своей предыдущей должности климатолога в штате Вашингтон. Сейчас он старший научный сотрудник Вашингтонского университета.

Бонд добавил, что, хотя имеются «предварительные доказательства» того, что потепление климата может увеличивать частоту морских волн тепла в Тихом океане, учёным ещё многое предстоит узнать, прежде чем они смогут точно спрогнозировать их поведение в будущем.

Тем временем, на суше развивается ещё одна неизведанная область исследований, которая пока неизвестна.

«В сообществе есть определённая обеспокоенность, поскольку в настоящее время США предоставляют около половины буёв для глобальной программы Argo», — сказала Хенсон, намекая на недавнее сокращение бюджета практически всех направлений федеральных исследований в США. Однако она пояснила, что другие страны увеличивают финансирование, чтобы программа Argo оставалась на плаву.

«То, что мы не измеряем, мы не можем понять. Нам нужны дополнительные инвестиции в мониторинг океана», — сказала Биф.

 

Ссылка: https://eos.org/articles/marine-heat-waves-slow-the-oceans-carbon-f

 

Регионы средних и высоких широт, расположенные на границах муссонной системы, чрезвычайно чувствительны к глобальному изменению климата, при этом реакция на засухи здесь особенно выражена. Несмотря на значительное воздействие засух на экосистемы, водную безопасность и социально-экономическое развитие, пространственно-временная динамика и движущие факторы засух в этих регионах изучены недостаточно. В данном исследовании авторы использовали тест тренда Манна-Кендалла и анализ модели географического детектора для изучения пространственно-временной эволюции и движущих механизмов засух в бассейне реки Амур, климатически чувствительном трансграничном бассейне, охватывающем северо-восточный Китай, Дальний Восток России и восточную Монголию. Результаты показали, что как в наблюдаемый период, так и в будущих климатических сценариях частота засух демонстрировала последовательные тенденции к снижению −0,31, −0,26, −0,19 и −0,35/десятилетие (p < 0,01), особенно на Дальнем Востоке России. Напротив, интенсивность, продолжительность и интервалы засух увеличились, особенно в северо-восточной и российской частях бассейна. Эти результаты указывают на сдвиг в сторону менее частых, но более продолжительных и интенсивных случаев засухи. Более того, продолжительность засухи значительно и положительно коррелировала с интервалами засух, в то время как частота показала значительную отрицательную корреляцию с интервалами. Тихоокеанское десятилетнее и Арктическое колебания сильнее коррелировали с характеристиками засух, чем восточноазиатский летний муссон. Эффекты взаимодействия крупномасштабных циркуляционных факторов были более значимы для изменений интервала и частоты засух. Аномальная геопотенциальная высота 850 гПа над Монголией и аномальные температуры поверхности Японского моря способствовали возникновению аномальных засух по всему бассейну. Данное исследование предоставляет научную основу для разработки стратегий адаптивного управления водными ресурсами, укрепления систем раннего предупреждения о засухах и повышения эффективности мер по снижению риска стихийных бедствий в бассейне в условиях текущего и будущего изменения климата.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-025-07909-z

 

Последние достижения в области спутниковых технологий и облачных вычислений позволили осуществлять глобальный мониторинг долгосрочных изменений уровня поверхностных вод. Динамичный характер поверхностных вод, обусловленный сезонными колебаниями и климатическими событиями, затрудняет точную интерпретацию этой динамики. Здесь представлен первый глобальный набор данных, определяющий время наступления или отступления уровня поверхностных вод с годовым разрешением в период с 1984 по 2022 гг. Подход авторов направлен на выявление устойчивых изменений характеристик поверхностных вод путём фильтрации сезонных или краткосрочных колебаний. Используя новый алгоритм, авторы отобразили на карте время изменений уровня поверхностных вод в глобальном масштабе, включая реки, озёра, водохранилища, затопляемые сельскохозяйственные угодья и прибрежные регионы. Каждый пиксель размером 30 × 30 м в наборе данных регистрирует, произошло ли наступление или отступление уровня воды, и указывает год наступления. Этот набор данных позволяет пользователям визуализировать местоположение, тип и масштаб изменений, а его ориентация на временные характеристики открывает новые возможности понимания движущих факторов динамики водных ресурсов. Разработанный с учётом доступности, этот набор данных помогает научным исследованиям, а также неправительственным организациям, политикам и специалистам по управлению водными ресурсами в решении проблем, связанных с поверхностными водами.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-025-06013-5

 

Система моделирования регионального климата (RegCM) за последние годы претерпела значительную эволюцию, что привело, например, к появлению широко используемых версий RegCM4 и RegCM4-NH. В ответ на потребность в более высоком разрешении была разработана новая версия системы RegCM5, включающая негидростатическое динамическое ядро ​​модели прогноза погоды MOLOCH. В данной работе авторы оценивают производительность RegCM5 для 9 доменов CORDEX-CORE, включая панъевропейский домен с разрешением, учитывающим конвекцию. Они обнаружили температурные отклонения в диапазоне от −2 до 2 °C, с более значительным положительным отклонением в самых северных регионах Северной Америки и Азии зимой, связанным с переоценкой содержания воды в облаках. Отмечены холодные отклонения над Центральной Азией и Тибетским нагорьем, возможно, из-за разреженного покрытия станций. Модель демонстрирует преобладающий холодный уклон в максимальной температуре и тёплый уклон в минимальной температуре, связанный с систематической переоценкой доли облаков нижнего яруса, особенно зимой. Диаграммы Тейлора указывают на высокую корреляцию пространственного распределения температуры с данными ERA5 и CRU, за исключением Южной Америки и Карибского региона. Оценка осадков показывает переоценку в Южной Америке, Восточной Азии и Африке. RegCM5 улучшает суточное распределение осадков по сравнению с RegCM4, особенно при высокой интенсивности. Анализ полей ветра подтверждает способность модели воспроизводить муссонные циркуляции. Оценка траекторий тропических циклонов подчёркивает сильную чувствительность к алгоритмам отслеживания, что требует тщательной интерпретации модели. В европейском регионе моделирование с учётом конвекции особенно улучшает суточный ход осадков и почасовую интенсивность осадков.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-025-07913-3