Темпы роста метана в глобальной атмосфере за 2020 и 2021 годы, о которых сообщает NOAA, являются самыми высокими с момента начала систематических измерений в 1983 году. Чтобы изучить основные причины этих аномальных темпов роста, авторы используют недавно ставшие доступными данные по метану из Японского спутникового наблюдения за парниковыми газами (GOSAT). По сравнению с исходными значениями в 2019 году авторы обнаружили, что для воспроизведения содержания наблюдаемого атмосферного метана в 2020 и 2021 годах необходимо значительное глобальное увеличение его выбросов на 27,0 ± 11,3 и 20,8 ± 11,4 Тг, принимая фиксированные климатологические значения для содержания гидроксила OH. Наблюдаются самое большое годовое увеличение выбросов метана в течение 2020 г. над Восточной Африкой (14 ± 3 Тг), тропической Азией (3 ± 4 Тг), тропической Южной Америкой (5 ± 4 Тг) и зоной умеренного климата Евразии (3 ± 3 Тг), и самые большие сокращения над Китаем (-6 ± 3 Тг) и Индией (-2 ± 3 Тг). Авторы находят сопоставимые изменения выбросов в 2021 году по сравнению с 2019 годом, за исключением тропических и умеренных широт Южной Америки, где выбросы увеличились на 9 ± 4 и 4 ± 3 Тг соответственно, и умеренных широт Северной Америки, где выбросы увеличились на 5 ± 2 Тг. Повышенные выбросы, наблюдавшиеся в 2020 г. в западной половине Африки (−5 ± 3 Тг), существенно сократились в 2021 г. по сравнению с базовым уровнем 2019 г. Обнаружена статистически значимая положительная корреляция между аномалиями выбросов метана в тропиках и грунтовыми водами, что согласуется с недавними исследованиями, подчёркивающими растущую роль микробных источников в тропиках. Сокращение выбросов над Индией и Китаем связано в 2020 году с блокировкой, обусловленной Covid-19, но продолжилось в 2021 году, что в настоящее время остаётся непонятным. Чтобы исследовать влияние сниженных концентраций OH во время блокировки Covid-19 в 2020 году на повышенный рост метана в атмосфере в 2020–2021 годах, авторы расширили вектор состояния инверсии, включив в него ежемесячные коэффициенты масштабирования для концентраций OH в шести широтных диапазонах. В течение 2020 г. обнаружено, что тропосферное содержание ОН уменьшилось на 1,4 ±1,7% по сравнению с базовым значением 2019 г. Соответствующий пересмотренный глобальный рост апостериорных выбросов метана в 2020 г. снизился на 34% до 17,9 ± 13,2 Тг по сравнению с апостериорным значением, которое авторы вывели с использованием фиксированных климатологических значений концентрации ОН. Обратное утверждение состоит в том, что 66% глобального увеличения содержания метана в атмосфере в 2020 году было связано с увеличением выбросов, особенно из тропических регионов. Региональные различия потоков в варианте с совместной инверсией метана и ОН и в варианте с климатологической инверсией ОН в 2020 г. обычно намного меньше 10%. Обнаружено, что в 2021 г. содержание OH уменьшается на гораздо меньшую величину, чем в 2020 г., это обеспечивает около 10% прироста концентрации атмосферного метана в этом году. Таким образом, сделан вывод, что большая часть наблюдаемого увеличения содержания метана в атмосфере в 2020 и 2021 годах связана с увеличением его выбросов при значительном вкладе снижения уровня ОН.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4863/2023/

Сверхразрешение результатов моделирования глобального климата, называемое даунскейлингом, имеет решающее значение для принятия политических и социальных решений в отношении систем, требующих долгосрочных прогнозов изменения климата. Однако существующим быстрым методам сверхвысокого разрешения ещё предстоит сохранить пространственно коррелированный характер климатологических данных, что особенно важно, когда рассматриваются системы с пространственным расширением, такие как развитие транспортной инфраструктуры. Здесь показано, что машинное обучение на основе состязательной сети позволяет правильно реконструировать межрегиональные пространственные корреляции при даунскейлинге с большим увеличением до 50 раз, сохраняя при этом статистическую согласованность по пикселям. Прямое сравнение с измеренными метеорологическими данными о распределении температуры и осадков показывает, что интеграция важной с климатологической точки зрения физической информации улучшает производительность масштабирования, что позволяет называть этот подход πSRGAN (генерирующая состязательная сеть сверхвысокого разрешения, основанная на физике). Предлагаемый метод имеет потенциальное применение для согласованной на межрегиональном уровне оценки воздействия изменения климата. Кроме того, представлены результаты другого варианта подхода к масштабированию на основе глубокой генеративной модели, в котором поле осадков с низким разрешением заменяется полем давления, называемым ψSRGAN (источник осадков недоступен SRGAN). Примечательно, что этот метод демонстрирует неожиданно хорошие характеристики масштабирования поля осадков.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-32947-0

В исследовании оценивается будущая эволюция атмосферного озона, смоделированная с помощью модели системы Земли ESM SOCOLv4. Моделирование проводилось на основе двух потенциальных общих социально-экономических сценариев: промежуточного сценария (SSP2-4.5) и сценария использования ископаемого топлива (SSP5-8.5). Будущие изменения содержания озона, а также химических факторов (NOx и CO) и температуры модельно оценивались в промежутке между 2015 и 2099 гг. и для нескольких промежуточных подпериодов (2015–2039, 2040–2069 и 2070–2099 гг.). В обоих сценариях модель прогнозирует снижение содержания тропосферного озона в будущем, которое начнется в 2030-х годах в SSP2-4.5 и после 2060-х годов в SSP5-8.5 из-за снижения концентраций NOx и CO. Результаты также указывают на весьма вероятное увеличение содержания озона в мезосфере и верхней и средней стратосфере, а также в нижней стратосфере в высоких широтах. При SSP5-8.5 увеличение содержания озона в стратосфере выше из-за более сильного охлаждения (> 1 K за десятилетие), вызванного парниковыми газами, что замедляет циклы каталитического разрушения озона. Напротив, в тропической нижней стратосфере концентрации озона уменьшаются в обоих экспериментах и увеличиваются над средними и высокими широтами обоих полушарий из-за ускорения циркуляции Брюера-Добсона, которая сильнее в SSP5-8.5. Не было обнаружено никаких доказательств снижения уровня содержания озона в нижней стратосфере в средних широтах. В обоих будущих сценариях ожидается, что общее содержание озона в столбе будет заметно выше, чем сегодня в средних и высоких широтах, и, может быть, ниже в тропиках, что вызовет уменьшение в средних широтах и повышение в тропиках уровня ультрафиолетовой радиации на уровне земной поверхности. Результаты SOCOLv4 позволяют предположить, что эволюция стратосферного озона на протяжении XXI века в значительной степени определяется не только снижением концентрации галогенов, но и будущим воздействием парниковых газов. Кроме того, изменения озонового столба в тропосфере, которые в основном связаны с изменениями антропогенных выбросов прекурсоров озона, также оказывают сильное влияние на его общее содержание в всём столбе атмосферы. Таким образом, даже несмотря на то, что проблема антропогенного загрязнения галогенами на сегодняшний день поставлена под контроль, признаки будущих изменений озонового слоя на глобальном и региональном уровнях всё ещё неясны и в значительной степени зависят от разнообразной будущей деятельности человека. Таким образом, результаты этой работы актуальны для разработки будущих стратегий социально-экономического развития.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4801/2023/

Последствия глобального потепления сильнее проявляются в Арктике, вызывая быстрое повышение температуры и продолжающуюся значительную потерю морского льда, которая сама по себе подвержена большой межгодовой изменчивости. Авторы исследуют изменения среднесезонных температуры и осадков, их изменчивость и экстремальные значения, используя результаты большого ансамбля климатических моделей согласно сценарию 8.5 - исторические (S2000) и прогностические на конец века (S2100). Полученные результаты показывают зависящие от региона и сезона в Арктике изменения межгодовой температуры и изменчивости осадков, тесно связанные с потерей морского льда. Показаны удвоение изменчивости осадков над Северным Ледовитым океаном и значительное уменьшение изменчивости температуры в Баренцевом море. Чрезвычайно тёплые сезоны в S2000 оказываются одними из самых холодных или становятся нереальными в S2100. Далее показана ключевая роль крупномасштабных погодных систем в формировании экстремальных сезонных температур и осадков в Арктике, которые сохраняются при потеплении климата.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102349

Путём синтеза сделанных в центральной части Арктики результатов дистанционного зондирования в облачный продукт Cloudnet с привязкой к модели, авторы оценивают, насколько хорошо Единая модель Метеобюро (UM) и Интегрированная система прогнозирования (IFS) Европейского центра среднесрочного прогнозирования погоды (ECMWF) охватывают арктические облака и связанные с ними взаимодействия с поверхностным энергетическим балансом и термодинамической структурой нижней тропосферы. Эта оценка была проведена с использованием 4-недельного периода наблюдений экспедиции «Северный Ледовитый океан 2018», в ходе которой измерялся переход от условий таяния морского льда к условиям замерзания. В конфигурации вложенной модели с ограниченной областью (LAM) в UM были протестированы три разные облачные схемы: две региональные одномоментные (UM_RA2M и UM_RA2T) и одна новая двухмоментная (UM_CASIM-100), а одно глобальное моделирование было проведено с помощью IFS с использованием облачной схемы по умолчанию (ECMWF_IFS).
В обеих моделях были выявлены постоянные недостатки: как UM, так и IFS завышали вероятность появления облаков ниже 3 км. Эта завышенная оценка также соответствовала трём конфигурациям облаков, использованным в UM, при этом среднее значение появления облаков с вероятностью >90% было смоделировано между 0,15 и 1 км во всех моделях. Однако микрофизическая структура облаков в среднем моделировалась достаточно хорошо в каждом подходе, при этом содержание жидкой воды в облаках (LWC) и содержание воды со льдом (IWC) хорошо согласовывались с наблюдениями на большей части вертикального профиля. Ключевое микрофизическое расхождение между модельными оценками и наблюдениями было в LWC между уровнями 1 и 3 км, где большинство расчётов (все, кроме UM_RA2T) завышали наблюдаемое LWC.
Несмотря на разумное воспроизведение физической структуры облаков, обе модели не смогли адекватно отразить эпизоды отсутствия облаков: это постоянство облачного покрова, вероятно, способствует регулярному смещению приповерхностной температуры в каждом расчёте. Обе модели также постоянно демонстрировали смещения температуры и влажности ниже уровня 3 км, причём особенно сильные смещения холода совпадали с избыточными смоделированными слоями облаков. Эти погрешности, вероятно, связаны со слишком сильным радиационным охлаждением верхней части облаков от этих смоделированных облачных слоёв и были одинаковыми для трёх протестированных конфигураций UM, несмотря на различия в их параметризации облаков в подсеточном масштабе. Вызывает тревогу то, что полученные результаты предполагают, что эти смещения в региональной модели были унаследованы от глобальной модели, что приводит к причинно-следственной связи между чрезмерной облачностью на низких высотах и совпадающим смещением в сторону холода. Использование репрезентативных концентраций ядер конденсации облаков в конфигурации UM с двойным моментом при улучшении микрофизической структуры облаков мало способствует смягчению этих предубеждений; поэтому, независимо от того, насколько всеобъемлющей будет физика облаков в используемой вложенной конфигурации LAM, её облачная и термодинамическая структура будут по-прежнему в значительной степени зависеть от метеорологических условий, полученных из основной модели.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4819/2023/

По мере того как арктический морской лёд отступает в сезон таяния, верхняя часть океана нагревается в ответ на атмосферные потоки тепла. В целом облака уменьшают эти потоки летом, но не было зарегистрировано, как радиационное воздействие облаков на потепление океана может измениться по мере сокращения морского льда. По оценкам глобальной климатической модели с переменным содержанием CO₂ время отступления морского льда сильно влияет на амплитуду вызванного облаками летнего охлаждения поверхности океана. При доиндустриальных концентрациях CO₂ летние облака практически не влияют на максимальные годовые температуры поверхности моря (ТПМ). Когда концентрация CO₂ увеличивается, морской лёд отступает раньше, позволяя большему количеству солнечной радиации нагревать океан. Облака могут противодействовать этому летнему потеплению, отражая солнечную радиацию обратно в космос. Следовательно, облака объясняют до 13% большей изменчивости максимальной годовой ТПМ при современных концентрациях CO₂. Максимальные годовые ТПМ в три раза более чувствительны к летним облакам, когда концентрации CO₂ в четыре раза превышают доиндустриальные уровни.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102850

Последствия неопределённостей прогнозов погоды не были количественно оценены в существующих системах прогнозирования качества воздуха. Чтобы решить эту проблему, авторы разработали эффективную систему прогнозирования двумерной свёрточной нейронной сети и ансамбля содержания приземного озона (2DCNN-SOEF), используя двумерные свёрточные нейронные сети и ансамблевые прогнозы погоды, и применили эту систему к 216-часовым прогнозам содержания озона в Шэньчжэне, Китай. 2DCNN-SOEF продемонстрировала производительность, сравнимую с текущими действующими системами прогнозирования, и соответствовала требованиям точности прогноза уровня качества воздуха, требуемым китайскими властями, с заблаговременностью до 144 часов. Неопределённости в прогнозах погоды составляют 38–54% ошибок прогнозов по озону за 24 часа и более. 2DCNN-SOEF позволила использовать показатель «вероятность превышения уровня концентрации озона», который лучше отражал риски загрязнения воздуха с учётом диапазона возможных погодных последствий. Эта структура ансамблевого прогнозирования может быть расширена для оперативного прогнозирования других зависящих от метеорологии экологических рисков во всём мире, что делает её ценным инструментом для управления окружающей средой.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102611

Сток углерода на северных торфяниках играет жизненно важную роль в регулировании климата; однако будущее этого стока неопределённо, отчасти из-за меняющегося взаимодействия торфяников и лесных пожаров. Авторы используют наборы эмпирических данных о естественных, деградировавших и восстановленных торфяниках в бореальных регионах и регионах умеренных широт без многолетней мерзлоты для моделирования суммарного экосистемного обмена и потоков метана, определяя состояние деградации торфяников, пожары и динамику после пожаров. Обнаружено, что лесные пожары сократили поглощение углерода нетронутыми торфяниками на 35% и ещё больше увеличили выбросы от деградировавших торфяников на 10%. Текущий небольшой суммарный сток уязвим к взаимодействию площади деградировавших торфяников, скорости горения и степени сгорания торфа. Изменение климата повлияет на ускорение потерь углерода: к 2100 году увеличение интенсивности и скорости выгорания приведёт к сокращению стока углерода на 38% и 65% соответственно. Однако это исследование демонстрирует потенциал активного восстановления торфяников для смягчения этих последствий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01657-w

Океанские волны, включая ветровые волны и зыби, имеют важное значение для деятельности человека на море и глобальных или региональных климатических систем и тесно связаны с использованием ресурсов волновой энергии. В этом исследовании был создан глобальный 3-часовой набор данных о волнах с помощью модели волн третьего поколения MASNUM-WAM и модели воздействия ветра, полученного на основе продуктов Первого института океанографии – модели системы Земли версии 2.0, модели климата в сочетании с волновыми данными в рамках унифицированной структуры CMIP6. Этот набор данных содержит 17 волновых параметров, включая информацию, связанную с энергией волн и геометрией формы спектра, из одного исторического (1950–2014 гг.) моделирования и трёх будущих (2015–2100 гг.) согласно сценарным экспериментам (ssp125, ssp245 и ssp585). Более того, все параметры могут быть доступны отдельно в виде ветровых волн и зыби. Исторические результаты показывают, что смоделированные характеристики волн хорошо согласуются со спутниковыми наблюдениями и продуктами реанализа ERA5. Этот набор данных может предоставить сообществу уникальный и информативный источник данных для изучения климата волн и ресурсов волновой энергии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02151-w

Измеряя из космоса изменения гравитационного притяжения, объёма и утечки льда щитов Гренландии и Антарктиды, можно отслеживать увеличение и уменьшение их массы с течением времени. Здесь представлены новые данные баланса массы полярного ледяного щита Земли, полученные путём объединения 50 спутниковых оценок изменения его массы. Эта новая оценка показывает, что ледяные щиты потеряли 7,5 x 10¹² тонн льда в период с 1992 по 2020 гг., что способствовало повышению уровня моря на 21 мм.

Ссылка: https://www.earth-system-science-data.net/about/news_and_press/2023-04-20_mass-balance-of-the-greenland-and-antarctic-ice-sheets-from-1992-to-2020.html