Оценка глобальных химико-климатических/транспортных моделей в верхней тропосфере – нижней стратосфере является важным шагом на пути к лучшему пониманию химического состава вблизи тропопаузы и, следовательно, к более точной оценке воздействия выбросов NO_x в эту область атмосферы, особенно дозвуковой авиацией. С этой целью настоящее исследование сосредоточено на оценке долгосрочного моделирования пяти глобальных моделей, основанных на измерениях на месте на борту пассажирского самолета (IAGOS). Большинство расчётов охватывают период 1995–2017 гг. и следуют общему протоколу среди моделей. Оценка сосредоточена на климатологических средних показателях озона (O₃), водяного пара (H₂O), оксида углерода (CO) и химически активных соединений азота (NO_y). Во внетропических регионах модели воспроизводят сезонность содержания озона, водяного пара и NO_y как в верхней тропосфере, так и в самой нижней стратосфере, но ни одна из них не воспроизводит весенний максимум CO в верхней тропосфере. Тропосферные индикаторы (CO и H₂O) имеют тенденцию недооцениваться моделями, что согласуется с завышенной оценкой межтропопаузального обмена, но не исключает других факторов, таких как недооценка выбросов CO, недооценка переноса с поверхности, или завышенное окисление CO гидроксильным радикалом OH. Большинство моделей систематически переоценивают содержание озона в верхней тропосфере, и уровень фона NO_x оказывается основным фактором, вносящим вклад в изменчивость содержания озона в разных моделях. Разделение между отдельными составляющими NO_y радикально меняется в разных моделях и служит источником неопределённости в отношении смеси NO_x и его воздействия на состав атмосферы и, в частности, на реакцию на выбросы NO_x от авиации. Однако, независимо от средних отклонений, выделяются некоторые хорошо воспроизводимые географические и сезонные распределения, такие как сезонные сдвиги зоны межтропической конвергенции над Африкой, максимум содержания H₂O в верхней тропосфере во время азиатского летнего муссона и внетропического озона (H₂O) в нижней стратосфере (в верхней тропосфере), которые показывают высокую корреляцию с наблюдениями. Эти особенности обнадеживают в отношении моделируемой динамики как в тропосфере, так и в стратосфере. Настоящее исследование подтверждает важность точного разделения между верхней тропосферой и нижней стратосферой с использованием динамического индикатора для оценки результатов модели, а также для взаимного сравнения моделей.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2208/

Современное изменение климата беспрецедентно. В последние десятилетия это ускорило таяние ледников и полярных ледниковых щитов, что привело к повышению уровня моря. Этот перенос массы от полюса к экватору значительно увеличил сжатие Земли и продолжительность дня с 1900 года. Показано, что нынешние темпы увеличения выше, чем в любой момент ХХ века. В сценариях с высокими выбросами скорость роста продолжительности дня, вызванная климатом, будет продолжать увеличиваться и может достичь скорости, которая в два раза превышает нынешнюю, превосходя воздействие лунного приливного трения. Эти результаты свидетельствуют о беспрецедентном влиянии изменения климата на планету Земля и имеют значение, среди прочего, для точного хронометража и космической навигации.

Таяние ледниковых щитов и глобальных ледников вызывает повышение уровня моря, перенос масс от полюса к экватору, увеличивающий сжатие Земли и приводящий к увеличению продолжительности дня. Авторы используют наблюдения и реконструкцию изменений массы на поверхности Земли с 1900 года, чтобы показать, что вызванная климатом тенденция увеличения продолжительности дня колебалась между 0,3 и 1,0 мс/сут в ХХ веке, но с 2000 г. ускорилась до 1,33±0,03 мс/сут. Также показано, что поверхностный перенос массы полностью объясняет тенденцию к ускорению сжатия Земли, наблюдаемую в последние три десятилетия. Получена независимая оценка тенденции к уменьшению продолжительности дня, вызванной ледниковой изостатической корректировкой, равной 0,80±0,10 мс/сут, что обеспечивает ограничение вязкости мантии. Сумма этой скорости ледниковой изостатической корректировкой и лунного приливного трения полностью объясняет вековую тенденцию продолжительности дня, которая выводится из записей затмений за последние три тысячелетия до начала современного изменения климата. Прогнозы будущего потепления климата при сценариях высоких выбросов предполагают, что вызванная климатом скорость роста продолжительности дня может достичь 2,62±0,79 мс/сут к 2100 году, обогнав лунное приливное трение как единственный наиболее важный фактор, вносящий вклад в долгосрочные изменения продолжительности дня.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2406930121

Солнечное излучение влияет на различные аспекты городской жизни, такие как сбор энергии с помощью фотоэлектрических панелей, пассивное отопление зданий зимой, охлаждение систем кондиционирования летом и городской микроклимат. Городские цифровые двойники и 3D-модели городов могут поддержать исследования солнечной энергии в процессе городского планирования и предоставить ценную информацию для поддержки принятия решений на основе данных. В этом исследовании рассматривается расчёт солнечной радиации в масштабе города София с использованием данных дистанционного зондирования для большого контекста затенения в горном регионе и данных трёхмерных зданий. Его цель — изучить методы оптимизации геометрии, ограничения и проблемы производительности инструмента трёхмерного компьютерного проектирования (computer-aided design, CAD), предназначенного для мелкомасштабного анализа солнечной энергии и используемого в масштабе города. Два случая были рассмотрены в городском и районном масштабах соответственно. Общее число граней сеток для моделирования составило около 2 000 000. Всего было выбрано 64 379 крыш для всего города и 4796 зданий для одного района. Все расчёты выполнялись за один цикл и визуализировались на веб-платформе 3D. Использование среды 3D CAD обеспечивает плавный процесс обновления 3D-моделей и расчётов, а предварительная обработка в географической информационной системе обеспечивает работу с крупномасштабными наборами данных. Предложенный метод показал умеренное время вычислений для обоих случаев и в будущем может быть расширен для включения отраженного излучения и плотных фотограмметрических сеток.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/15/2700

Наземная биосфера играет важную роль в глобальном углеродном цикле, и существует признанная необходимость в регулярно обновляемых оценках обмена «суша-атмосфера» в региональном и глобальном масштабах. Международный ансамбль динамических глобальных моделей растительности (Dynamic Global Vegetation Models, DGVM), известный как проект «Тенденции и движущие силы наземных источников и стоков углекислого газа в региональном масштабе» (Trends and drivers of the regional scale terrestrial sources and sinks of carbon dioxide, TRENDY), количественно оценивает процессы биофизического обмена на суше и биогеохимические циклы в поддержку ежегодной оценки глобального углеродного бюджета и региональной оценки углеродного цикла и процессов, проект фазы 2. DGVM используют общий протокол и наборы управляющих данных. Набор факторных моделей позволяет отнести пространственно-временные изменения в процессах на поверхности суши к трём основным факторам глобальных изменений: изменениям в атмосферном содержании CO₂, изменению и изменчивости климата, а также изменениям в землепользовании и земельном покрове. Авторы описывают проект TRENDY, оценивают производительность DGVM с использованием данных дистанционного зондирования и других наблюдений и представляют результаты за современный период. Результаты моделирования показывают значительный глобальный сток углерода в естественную растительность в 2012–2021 гг., что объясняется эффектом удобрений CO₂ (3,8 ± 0,8 ПгС/год) и климатом (-0,58 ± 0,54 ПгС/год). Леса и полузасушливые экосистемы примерно в равной степени вносят вклад в среднее значение и тенденцию естественного стока на суше, а полузасушливые экосистемы продолжают доминировать в межгодовой изменчивости. Естественный сток компенсируется чистыми выбросами от изменений в землепользовании и земельном покрове (-1,6 ± 0,5 ПгС/год), при этом чистый сток на суше составляет 1,7 ± 0,6 ПгС/год. Несмотря на то, что наибольшие валовые потоки имеют место в тропиках, самый крупный чистый обмен между сушей и атмосферой, по модельным оценкам, происходит во внетропических регионах.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008102

Ускоренное потепление планеты, обусловленное антропогенным изменением климата, вызывает серьёзную тревогу, поскольку его эффект может оказаться масштабным, а последствия — широкомасштабными. Одним из последствий изменения климата, вызывающим значительный интерес со стороны учёных, политиков, средств массовой информации и широкой общественности, являются предполагаемые изменения в динамике инфекционных заболеваний. Изменение климата потенциально может изменить передачу болезней за счёт распространения инфекции на население, ранее не подвергавшееся воздействию, или за счёт ухудшения факторов риска. Однако существуют ограничения в способности специалистов прогнозировать климат и болезни, в том числе, как учесть изменения в поведении человека и как связать климатические/погодные явления исключительно с исходом инфекционного заболевания. Широкие заявления о влиянии климата на инфекционные заболевания могут оказаться бесполезными, поскольку эти взаимосвязи очень сложны и, вероятно, приводят к чрезмерному упрощению. Междисциплинарная область исследований климата и здоровья привлекает внимание тех, кто не занимается наукой, и на тех, кто участвует, лежит ответственность сообщать об атрибуции на доказательной основе для улучшения научной коммуникации и оптимизации государственных расходов. Неопределённость последствий изменения климата является призывом к действию, чтобы не допустить погружение систем Земли в неизведанное.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s44168-024-00115-3

Последнее поколение климатических моделей, которые легли в основу Шестого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), характеризуется наличием нескольких моделей с более высокой равновесной чувствительностью климата (Equilibrium Climate Sensitivities, ECS) и переходными климатическими реакциями (Transient Climate Responses, TCR), чем демонстрировало предыдущее поколение. Частично по этой причине в Шестом докладе не приведены какие-либо прямые количественные оценки ECS и TCR на основе моделирования 4×CO₂ и 1pctCO₂, а при оценке фактических ECS и TCR Земли использовались другие данные. Здесь использованы исторические наблюдения глобальной средней температуры и результаты моделирования, полученные в рамках проекта взаимного сравнения моделей обнаружения и атрибуции, чтобы ограничить рамки ECS, TCR и историческое охлаждение, связанное с аэрозолями. Введены критерии аддитивности, которые исключают 8 из 16 участвующих моделей из рассмотрения в расчётах усреднения по нескольким моделям. На основе оставшихся восьми моделей получена средняя скорректированная ECS 3,5 ± 0,4 K и TCR 1,8 ± 0,3 K (обе при доверительной вероятности 68%). Обе согласуются с оценками Шестого доклада, но со значительно меньшими неопределённостями. Кроме того, важно, что оптимальное охлаждение из-за кратковременных климатических факторов, согласующееся с наблюдаемыми температурными рекордами, должно в среднем составлять около 47% ± 39% от того, что эти модели оценивают в своих расчётах при учёте только аэрозолей. Это даёт среднее по мультимодельному ансамблю глобальное среднегодовое похолодание из-за краткосрочных климатических факторов за 2000–2014 гг. по сравнению с 1850–1899 гг., равное 0,24 ± 0,11 K (при доверительной вероятности 68%). Оценка соответствует, но находится в нижней части весьма вероятного диапазона неопределённости Шестого доклада МГЭИК. Существует корреляция между модельными ECS и аэрозольным охлаждением, при этом модели с большими ECS, как правило, также связаны с сильным аэрозольным охлаждением. Результаты подразумевают, что уменьшение охлаждения, связанного с аэрозолями, наряду с более умеренной корректировкой потепления, обусловленного парниковыми газами, для большинства моделей приведёт к тому, что историческая средняя глобальная температура, воспроизведённая этими моделями, будет лучше согласовываться с наблюдениями.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/8105/2024/

Снег — самая отражающая естественная поверхность на Земле. Поскольку свежий снег на голом морском льду увеличивает альбедо поверхности, воздействие накопления снега летом может иметь отрицательный радиационный эффект, который будет препятствовать таянию поверхности морского льда и потенциально замедлять его исчезновение. Однако неизвестно, как часто, где и когда на арктическом морском льду происходят летние снегопады. В этом исследовании авторы использовали натурные и модельные данные о глубине снежного покрова в сочетании с альбедо поверхности и атмосферными условиями, полученными со спутников, чтобы охарактеризовать летнее накопление снега на арктическом морском льду с 2003 по 2017 гг. Обнаружено, что в Арктике ежегодно в первоначально бесснежных условиях происходило ~2 случая накопления снега. Средняя высота снега и увеличение альбедо составили ~2 см и 0,08 соответственно. 16,5% случаев накопления снега были оптически толстыми (глубиной >3 см) и длились на 2,9 дня дольше, чем среднее событие накопления снега (3,4 дня). На основе простой модели переноса излучения с многократным рассеянием авторы оценили изменение среднегодового радиационного воздействия в верхних слоях атмосферы на -0,086 ± 0,020 Вт/м² для летних снегопадов в 2003–2017 гг. Работа предоставляет новую информацию о частоте, распределении и продолжительности наблюдаемых явлений накопления снега над арктическим морским льдом летом. Такие результаты могут быть особенно полезны для понимания воздействий эфемерной летней погоды на альбедо поверхности и на радиационное воздействие на арктический морской лёд, а также для оценки климатическими моделями летних атмосферно-ледяных процессов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040667

В этом исследовании анализируются две взаимосвязанные опасности, угрожающие морским операциям в Арктике: морской лёд и океанские волны. Здесь климатические модели используются для прогнозирования будущего состояния морского льда и структуры арктических волн. На основании этого получен 50-летний ансамблевый прогноз эволюции морского льда и волн с целью проанализировать, как обе опасности развиваются вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода. В результате этого исследования авторы пришли к выводу, что по мере снижения риска от морского льда в регионе наблюдается значительный рост волн. Это явление различается в зависимости от месяца, поскольку в летние и зимние месяцы - июль и ноябрь - наблюдаются схожие тенденции в уменьшении риска от морского льда, а в последнем месяце наблюдается быстрое усиление волнового климата по сравнению с предыдущим месяцем. 

Продолжающееся и прогнозируемое отступление арктического морского льда вызвало международный интерес к использованию арктических морских коридоров для судоходства, туризма и развития. Тем не менее, учитывая потенциал увеличения трафика в арктических регионах, важно учитывать дополнительные экологические переменные, на которые влияет изменение климата и которые могут поставить под угрозу морские операции. Здесь использованы четыре прогноза климатической модели для океанских волн и исследованы будущая величина и сезонность риска от морского льда в сочетании с волновыми опасностями. Анализируя потенциальный пятимесячный сезон судоходства, охватывающий июль-ноябрь, вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода в период с 2020 по 2070 гг., авторы показывают существенное снижение риска от морского льда за период анализа, что приводит к почти открытой воде на маршруте для пяти месяцев к 2070 году. Однако по мере сокращения сезонного ледяного покрова наблюдается значительная тенденция к увеличению высоты волн вдоль маршрута в июле и ноябре, при этом время наибольшей высоты волн смещается с сентября к более позднему сезону. Этот результат важен, поскольку возможность беспрецедентных по сезону экстремальных волн в сочетании с низкими температурами поздней осени создаёт особенно опасную окружающую среду, подчёркивая тем самым важность учёта взаимодействия между развивающимся морским льдом и взаимозависимыми опасностями при прогнозировании рисков и проблем, с которыми сталкивается арктическое морское судоходство.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400355121

Крупномасштабные колебания климатической системы создают временные засушливые периоды, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, что требует дорогостоящих инвестиций в инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Здесь разработаны методы построения теории о том, какие подходы к увеличению водоснабжения являются надёжными и экономически эффективными для решения общих структур колебаний климата в странах Африки к югу от Сахары. Авторы обнаружили, что длительные десятилетние колебания требуют крупнейших инвестиций в инфраструктуру, если используются традиционные методы планирования. Однако мониторинг колебаний и реагирование с помощью временных решений, соответствующих периоду колебаний, могут снизить потребность в новой инфраструктуре. Это подчёркивает важность адаптационного потенциала в решении проблемы долгосрочной изменчивости климата и целенаправленных инвестиций в инфраструктуру для адаптации к климату. 

Колебания климата, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, приводят к изменчивости осадков во многих речных бассейнах по всему миру. В результате многим регионам потребуются инвестиции в новую водную инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Однако нынешние подходы к адаптации сосредоточены на долгосрочных тенденциях с подготовкой к средним климатическим условиям середины или конца столетия. Влияние климатических колебаний, приводящих к длительным и переменным, но временным засушливым периодам, на потребности в увеличении водоснабжения, неизвестно. Современные подходы к развитию теории систем «природа-общество» ограничены в своей способности реалистично отражать воздействие климатических колебаний на водоснабжение. Здесь авторы разрабатывают подход к построению теории среднего уровня того, как обычные климатические колебания влияют на недорогие и надёжные стратегии увеличения водоснабжения. Были извлечены контрастные черты климатических колебаний в странах Африки к югу от Сахары и изучено их влияние на общую систему водоснабжения. Этот подход объединяет прогнозы климатических моделей, нестационарную обработку сигналов, генерацию стохастической погоды и достижения на основе обучения с подкреплением в области стохастического динамического управления. Обнаружено, что более длительные климатические колебания часто требуют большей мощности по увеличению водоснабжения, но больше выгоды - от динамических подходов. Таким образом, в условиях адаптивной способности часто пересматривать решения по планированию более длительные колебания климата не требуют большей мощности. Создавая теорию взаимосвязи между колебаниями климата и наименее затратным надёжным увеличением водоснабжения, авторы полагают, что их выводы могут помочь специалистам по планированию ориентироваться на дефицитные ресурсы и направлять водные технологии и инновации в политике. Этот подход можно использовать для поддержки планирования адаптации к изменению климата в крупных пространственных масштабах в секторах, на которые влияет изменчивость климата.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215681120%4010.1073/pnas.2024.121.issue-29

Ожидается, что высыхание ландшафтов, связанное с таянием многолетней мерзлоты, приведёт к усилению микробного окисления метана в арктических почвах. Здесь показано, что богатые льдом отложения многолетней мерзлоты Едомы, содержащие непропорционально большую долю углерода панарктических почв, представляют собой альтернативную траекторию. Полевые и лабораторные наблюдения свидетельствуют, что развитие таликов (многолетнеталых почв в многолетней мерзлоте) на ненасыщенных Едомских возвышенностях приводит к неожиданно большим выбросам метана (35–78 мг м^-2 сут^-1 летом, 150–180 мг м^-2 сут^-1 зимой). Выбросы талика возвышенности Едома в год были почти в три раза выше, чем выбросы северных водно-болотных угодий в расчёте на площадь. Примерно 70% выбросов произошло зимой, когда замерзание поверхности почвы уменьшило метанотрофию, увеличивая выход метана из талика. Дистанционное зондирование и численное моделирование указывают на возможность широкого распространения горных таликов на территории панарктического региона Едома в XXI и XXII веках. Вопреки предсказаниям нынешних климатических моделей, эти результаты предполагают положительную и гораздо более значительную обратную связь между многолетней мерзлотой, метаном и климатом нагорья Едома.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50346-5