Как меняется циркуляция океана при потеплении климата — важная, но малоизученная проблема. Используя глобальную модель океана, авторы разбивают проблему на отдельные отклики циркуляции на изменения температуры поверхности моря, солёности и ветра. Полученные результаты показывают, что эффект поверхностного потепления, устойчивая особенность антропогенного изменения климата, доминирует и ускоряет течения в верхних слоях на 77% поверхности Мирового океана. В частности, повышенная вертикальная стратификация усиливает верхние субтропические круговороты и экваториальные течения за счёт обмеления этих систем, в то время как избыточное потепление между зоной апвеллинга Южного океана и регионом к северу ускоряет там поверхностные зональные течения. Для сравнения: ветровое напряжение и изменения поверхностной солёности влияют на региональные системы течений. Это исследование указывает путь для дальнейшего изучения изменения циркуляции океана и оценки сопутствующей неопределённости.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj8394

Протяжённость арктического морского льда продолжает сокращаться с беспрецедентной скоростью, которая обычно недооценивается прогностическими климатическими моделями. Это несоответствие может означать предвзятость в представлении в этих моделях процессов, доставляющих тепло морскому льду. Авторы обнаружили взаимодействия между потоками тепла, передаваемого океаном льду, морским ледяным покровом и водоворотами в верхних слоях океана, составляющими положительную обратную связь, не учитываемую в климатических моделях. Используя глобальную модель океана, воспроизводящую вихревые движения, они показали, что потоки океанического тепла ко льду преимущественно индуцируются локальными и прерывистыми океанскими вихрями, струйными течениями и внутренними волнами, эпизодически перемещающими тёплые подповерхностные воды в смешанный слой, где они находятся в непосредственном контакте с морским льдом. Энергетика приповерхностных вихрей, взаимодействующих с морским льдом, снижается фрикционной диссипацией в пограничных слоях, преобладая под сплочённым зимним, но существенно снижаясь под слабосплочённым морским льдом в краевых ледовых зонах. Эти результаты показывают, что потеря арктического морского льда уменьшит рассеивание в верхних слоях океана, что приведёт к более энергичным водоворотам и усиленному теплообмену между океаном и льдом. Таким образом, в климатических моделях являются необходимыми параметризации вызванных вихрями потоков тепла между льдом и океаном.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29663-0

Существуют значительная неопределённость и споры относительно прогнозирования будущей способности лесов поглощать атмосферный CO₂. Авторы оценивают пространственные определённые закономерности потери биомассы из-за гибели деревьев на преимущественно неуправляемых лесных участках, чтобы ограничить прогнозируемую (2015–2099 гг.) суммарную первичную продуктивность, гетеротрофное дыхание и суммарный сток углерода на разных континентах с помощью шести динамических глобальных моделей растительности. Этот подход основан на тесной взаимосвязи между потерями биомассы, суммарной первичной продуктивностью и гетеротрофным дыханием в масштабах континентов или биомов. Использованные модели завышают исторические потери биомассы при гибели деревьев, особенно в тропических регионах и на востоке Северной Америки, на целых 5 Мг/га/год. Размер неопределённостей суммарной первичной продуктивности и гетеротрофного дыхания, прогнозируемый моделями, был существенно уменьшен в тропических регионах после включения полевого ограничения гибели деревьев. Модели с ограничениями показывают уменьшение стока углерода в тропических лесах к концу века, особенно в Южной Америке (с 2 до 1,4 ПгС/год), и увеличение стока в Северной Америке (с 0,8 до 1,1 ПгС/год). Эти результаты подчёркивают возможность использования демографических данных о лесах для эмпирического ограничения прогнозов лесного стока углерода и потенциальное завышение оценки прогнозируемых стоков углерода в тропических лесах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29619-4

Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из Института геоэкологии имени Е. М. Сергеева РАН при поддержке исследовательского подразделения компании TotalEnergies спрогнозировали тепловое воздействие нефтяных и газовых скважин на окружающие мерзлые породы. Их модель охватывает 30-летний срок эксплуатации скважины и учитывает не только таяние льда в мерзлом грунте, но и высвобождение запертого в нем метана. Освоение арктических месторождений делает понимание этих процессов крайне важным для безопасной работы скважин и прогноза сопутствующих выбросов парниковых газов.

Работа представлена в журнале Geosciences. Месторождения нефти и природного газа в Арктической зоне залегают под слоем многолетнемерзлых грунтов толщиной от 100 до 500 метров, через который проходят добывающие скважины. Поскольку сами углеводороды имеют сравнительно высокую температуру, при подъеме по скважине они нагревают окружающую мерзлоту.

Прилегающий грунт оттаивает и становится менее прочным, что может снижать устойчивость конструкции. Более того, если грунт насыщен метаном, а это характерно для севера Западной Сибири и, в частности, полуострова Ямал (на котором ведется активная добыча углеводородов такими российскими компаниями, как «Газпром» и «Новатэк»), при оттаивании пород происходит выброс пожароопасного и вредного для климата газа.

«Мы смоделировали процессы оттаивания вокруг скважины, — рассказывает первый автор исследования, ведущий научный сотрудник Сколтеха Евгений Чувилин. — У нас в работе рассматриваются конкретные условия эксплуатации скважины на территории полуострова Ямал, но подобные процессы могут происходить и на других территориях и иных типах добывающих скважин, поскольку поднимающиеся из недр углеводороды по определению приносят с собой тепло: каждые 100 метров глубины — это примерно плюс три градуса. При самом глубоком бурении температура нефти может достигать 100 и более градусов Цельсия».

Предложенная учеными модель показывает, как в процессе эксплуатации скважины происходит постепенный нагрев и оттаивание окружающей мерзлоты, однако этим результаты не ограничиваются. «Мы рассмотрели случай с более сложной мерзлотой, которая на глубине 60–120 метров содержит включения газогидратов — это подобные льду соединения газа и воды, стабильные в определенном диапазоне температур и давлений.

При их разложении из одного объема газогидрата может выделиться порядка 170 объемов свободного газа. Мы показали, что в результате эксплуатации одной газовой скважины в течение 30 лет может сформироваться ореол оттаивания радиусом 10 м и более, при этом в атмосферу выделится до 500 тысяч кубометров метана», — прокомментировал работу Чувилин.

Корректный прогноз ореолов оттаивания крайне важен для предупреждения критических просадок грунта, которые, в свою очередь, сопровождаются рисками обводнения и нарушения устойчивости ствола скважины, которые сопряжены с серьезными экономическими издержками.

Что касается оценки эмиссии метана, то этот аспект важен по двум причинам. Во-первых, он может быть фактором возгорания и разрушения добывающей скважины, что повлечет за собой существенные экономические потери. Во-вторых, метан — это сильный парниковый газ, поступление которого в больших объемах атмосферу нужно учитывать для понимания глобальных и региональных климатических изменений.

Сcылка: https://naked-science.ru/article/column/sprognozirovano-tayanie-gazonasyshhennoj-merzloty

Зимняя надводная температура воздуха (Ta) над Баренцевым и Карским морями и другими арктическими регионами с конца 1990-х годов быстро повышалась, что было связано с одновременным похолоданием над Евразией, и эти мультидесятилетние тенденции частично объясняются внутренней изменчивостью. Однако как возникает такая изменчивость, неясно. Путём анализа наблюдений и результатов моделирования авторы показали, что обоюдные взаимодействия морского льда и воздуха усиливают мультидесятилетнюю изменчивость морского ледяного покрова, температуры поверхности моря и Ta от Северной Атлантики до Баренцева и Карского морей, а также атлантической меридиональной термохалинной циркуляции в основном за счет вариаций поверхностных потоков. При фиксации морского льда в расчётах потоков мультидесятилетние вариации существенно (на 20–50%) уменьшаются не только в арктических Ta, но и в североатлантических температурах поверхности моря и атлантической меридиональной термохалинной циркуляции. Результаты показывают, что взаимодействие морского льда и воздуха имеет решающее значение для многолетней изменчивости климата как в Арктике, так и в Северной Атлантике, аналогично взаимодействию воздуха и моря для тропического климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29810-7

Статистический отдел ФАО предоставил доступ к собранным с 1961 года данным более 245 стран в области продовольствия и сельского хозяйства, включая данные в области климата и его изменений

ССылка https://www.fao.org/faostat/ru/#home

Изменения круговорота воды на Земле можно оценить, анализируя солёность поверхности моря. Эта переменная отражает баланс между осадками и испарением над океаном, поскольку верхние слои океана наиболее чувствительны к взаимодействиям атмосферы и океана. Измерения на месте (in situ) по пространственным и временным масштабам не синоптические, и обычно они проводятся на глубине нескольких метров под поверхностью. Спутниковые измерения, наоборот, синоптические, повторяющиеся и полученные на поверхности. Авторы показали, что спутниковые измерения поверхностной солёности моря свидетельствуют об интенсификации круговорота воды (наиболее пресные воды становятся более пресными и наоборот), чего не наблюдается при натурных измерениях приповерхностной солёности. Наибольшие положительные различия трендов поверхностной и приповерхностной солёности наблюдаются над районами, характеризующимися уменьшением толщины перемешанного слоя и скорости приповерхностного ветра, повышением температуры поверхности моря, что согласуется с повышенной стратификацией воды в столбе, обусловленной глобальным потеплением. Эти результаты подчёркивают исключительную важность использования спутников для выявления критических изменений в обмене между океаном и атмосферой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-10265-1

Распад шельфовых ледников вдоль Антарктического полуострова вызвал множество дискуссий о различных процессах, ведущих к их конечному резкому разрушению, но нет единого мнения об атмосферном воздействии, которое могло бы объединить эти процессы. Здесь, используя алгоритм обнаружения атмосферных рек вместе с региональной моделью климата и спутниковыми наблюдениями, авторы показывают, что наиболее интенсивные атмосферные реки вызывают экстремальные температуры, поверхностное таяние, разрушение морского льда или большие волны, дестабилизирующие шельфовые ледники с 40%-ной вероятностью. Это наблюдалось во время обрушения шельфовых ледников Ларсена А и В летом 1995 и 2002 гг. соответственно. В целом 60% случаев отрывов айсбергов от ледника в 2000–2020 гг. были вызваны атмосферными реками. Утрата опорного эффекта этих шельфовых ледников приводит к дальнейшему исчезновению континентального льда и последующему повышению уровня моря. Согласно прогнозам будущего потепления, шельфовый ледник Ларсена С будет подвергаться риску из-за тех же процессов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00422-9

Растущий спрос на квалифицированное краткосрочное прогнозирование климата способствует более точному прогнозированию низкочастотных изменчивостей температуры поверхности моря, таких как Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) и Тихоокеанское десятилетнее колебание (ТДО). В этом исследовании оцениваются возможности прогнозирования на сроки от сезона до десятилетия с использованием больших ансамблей ретроспективных десятилетних прогнозов с помощью моделей CMIP5 и CMIP6. Уточнённый прогноз, основанный на множестве моделей, позволяет успешно прогнозировать ЭНЮК более чем на год вперед. В то время как качество сезонного прогнозирования на следующую весну и лето достигается за счет усреднения мультимодельного ансамбля относительно немногих его членов, для многолетнего прогнозирования зимнего ЭНЮК требуется ансамбль большего размера. Тихоокеанское десятилетнее колебание в значительной степени прогнозируется с заблаговременностью от пяти до девяти лет, но такой долгосрочный прогноз основан на внешнем радиационном воздействии, а не на инициализации, о чем свидетельствуют неинициализированные исторические модельные расчёты. Эффект инициализации модели длится всего два года. Эти результаты подтверждают, что как инициализация модели, так и правильная оценка краткосрочного радиационного воздействия необходимы для улучшения сезонно-десятилетнего прогноза в Тихоокеанском бассейне.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00251-9

Новые исследования показывают, что упущенные из виду системы апвеллинга в западных пограничных течениях играют роль в переносе питательных веществ, углерода и тепла в глобальном океане.

Апвеллинг и даунвеллинг играют важную роль в переносе тепла, углерода и питательных веществ, влияющих на климат Земли. Многие исследования были сосредоточены на этих вертикальных движениях в океане, в том числе в восточных пограничных течениях, вдоль экватора и в Южном океане. 

Предыдущие исследования предполагали, что западные пограничные течения связаны с вертикальным переносом воды, но устойчивое присутствие и динамика вертикальных движений в основных областях западных пограничных течений до сих пор не описаны, отчасти из-за мощного горизонтального движения воды и водоворотов, связанных с этими течениями, что затрудняет обнаружение прямых вертикальных движений, обусловленных западными пограничными течениями. 

В новом исследовании Liao et al. выделили закономерности в различных наборах океанических данных. Они рассмотрели вертикальную скорость, используя шесть наборов таких данных, охватывающих период с января 1992 по декабрь 2009 гг., в рамках различных моделей циркуляции океана. Затем исследователи классифицировали пять основных субтропических регионов западных пограничных течений: течения Куросио, Гольфстрим, Агульяс, Восточно-Австралийское и Бразильское течения. 

Хотя и не напрямую, сильный подповерхностный апвеллинг наблюдался во всех основных районах западных пограничных течений во всех шести наборах данных. Авторы говорят, что системы апвеллинга необходимы для того, чтобы западные пограничные течения находились в геострофическом равновесии. Кроме того, они обнаружили, что вертикальное движение в областях западных пограничных течений происходит относительно глубоко — глубже, чем, например, апвеллинг вблизи экватора, — и апвеллинг западных пограничных течений может достигать поверхностного смешанного слоя. Это открытие предполагает, что в субтропических регионах апвеллинг западных пограничных течений играет роль в вертикальном перемещении тепла и углерода, что может иметь важное значение для их регулирования в верхних слоях океана и атмосферы в течение длительного времени.

Кроме того, этот апвеллинг и связанная с ним циркуляция в субтропических регионах предполагают, что апвеллинг западных пограничных течений является путём, по которому проходят различные биологические, химические и физические процессы. Но авторы отмечают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять динамику апвеллинга западных пограничных течений и роль, которую он играет в климатической системе.

Статья опубликована в Journal of Geophysical Research: Oceans, https://doi.org/10.1029/2021JC017649, 2022.

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/hidden-upwelling-systems-may-be-overlooked-branches-of-ocean-circulation