22 янв2023
Описываются два новых метода, которые в сочетании друг с другом могут использоваться для пространственно-временного анализа скорости ветра и высоты волн, тем самым способствуя глобальным исследованиям климата. Во-первых, авторы предлагают уникальный подход к обеспечению надёжности, особенно подходящий для многомерных структурных и экологических динамических системных откликов, численно смоделированных или наблюдавшихся в течение значительного временного диапазона, что даёт репрезентативные эргодические временные ряды. Далее в этой работе представлен новый метод экстраполяции деконволюции*, применимый к широкому спектру экологических и инженерных приложений. Классические подходы к надёжности не могут справиться с динамическими системами высокой размерности и откликами со сложной взаимной корреляцией. Общеизвестно, что совместное изучение скорости ветра и высоты волны представляет собой очень сложную, многомерную, нелинейную систему в окружающей среде. Кроме того, глобальное потепление является важным элементом, влияющим на океанские волны на протяжении многих лет. Кроме того, метод обеспечения надёжности экологических систем имеет решающее значение для конструкций, работающих в любом конкретном регионе и в реальных и часто суровых погодных условиях. Это исследование демонстрирует эффективность предложенного подхода, применяя его к одновременному прогнозированию скорости ветра и высоты волн у буёв NOAA в северной части Тихого океана. Это исследование направлено на оценку современного подхода, извлекающего важную информацию об экстремальных откликах из наблюдаемых временных диаграмм.
*Деконволюция (обратная свёртка) — в математике операция, обратная свёртке сигналов.
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-28136-8
Печать
22 янв2023
Выгоды лесонасаждения, связанные с климатом, зависят от баланса зачастую противоречащих друг другу эффектов - биогеохимических (поглощение углерода) и биогеофизических (радиационный баланс). Известно, что эти эффекты варьируются в континентальном масштабе (например, от бореальных до тропических регионов). Авторы показывают в четырёхлетнем исследовании, что биогеохимический и биогеофизический баланс в парных лесных и нелесных экосистемах на коротких расстояниях (примерно 200 км) и при чрезмерном градиенте засушливости (индекс засушливости от 0,64 до 0,18) может резко измениться. Время, необходимое для того, чтобы эффект охлаждения лесов за счет секвестрации углерода превзошел эффекты потепления, связанные с уменьшением альбедо лесов и подавлением длинноволнового излучения, сократилось с 213 лет в самых засушливых местах до 73 лет в промежуточных и 43 лет в самых влажных местах. Связанные с климатом преимущества лесонасаждений, которые ранее рассматривались в больших пространственных масштабах, должны учитываться при высоком пространственном разрешении в программах смягчения последствий изменения климата, направленных на использование преимуществ обширных нелесных засушливых регионов.
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00678-9
Печать
21 янв2023
Минеральные пылевые аэрозоли влияют на энергетический баланс Земли посредством взаимодействия с радиацией, облаками, химическим составом атмосферы, криосферой и биогеохимическими процессами. В этом обзоре обобщены указанные взаимодействия и оценены результирующие воздействия пыли и изменений в ней на глобальный климат и его изменение. Суммарный эффект взаимодействия пыли на глобальный энергетический баланс Земли — эффективное радиационное воздействие пыли — составляет −0,2 ± 0,5 Вт м−2 (доверительный интервал 90%), что позволяет предположить, что пыль в итоге имеет охлаждающий эффект. Глобальная масса пыли увеличилась на 55 ± 30% с доиндустриальных времен, в основном за счёт увеличения её из Азии и Северной Африки, что привело к изменениям в энергетическом балансе Земли. Действительно, это увеличение количества пыли привело к глобальному среднему эффективному радиационному воздействию, равному −0,07 ± 0,18 Вт м−2, что несколько противодействует парниковому потеплению. Существующие климатические модели и оценки климата не отражают историческое увеличение содержания пыли и, таким образом, не учитывают результирующее радиационное воздействие, искажающее прогнозы изменения климата и оценки чувствительности климата. Модельные оценки будущих изменений массы пыли сильно расходятся и являются очень неопределёнными. Таким образом, необходима дальнейшая работа по уточнению радиационного воздействия пыли на климат и улучшению учёта пыли в климатических моделях.
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00379-5
Печать
21 янв2023
Оксиды азота (NOx = NO2 + NO) играют центральную роль в каталитическом образовании тропосферного озона. Двуокись азота (NO2) недавно вновь стала ключевым объектом мер по контролю за загрязнением воздуха, и данные наблюдений указывают на ограниченное понимание поведения озона в средах с высоким содержанием NOx. Таким образом, полное понимание механизмов, контролирующих быстрые атмосферные циклы между озоном (O3)–оксидом азота (NO)–NO2 в режимах с высоким содержанием NOx на поверхности, имеет первостепенное значение, но остаётся сложным из-за конкурирующих динамических и химических эффектов. Авторы представляют долгосрочные измерения методом вихревой ковариации O3, NO и NO2 над городской территорией, позволяющие выделить важные физические и химические процессы. В обобщённом виде полученные результаты показывают, что осадочный поток O3 вблизи поверхности в городской среде ничтожен по сравнению с потоком, обусловленным химическими превращениями O3. Это приводит к недооценке соотношения Лейтона* и является ключевым процессом для изменения отношения смеси NO2 в городах. Как следствие, первичные выбросы NO2 были значительно завышены.
*Соотношение Лейтона представляет собой уравнение, определяющее концентрацию тропосферного озона в районах, загрязнённых присутствием оксидов азота.
Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add2365
Печать
20 янв2023
Изменение климата усиливает засушливые и жаркие экстремальные явления, однако механизм, рамки и временные масштабы причинно-следственных связей между ними остаются недостаточно изученными. Используя концепцию системной динамики, авторы исследуют разномасштабные взаимодействия в сетях экстремальных явлений «сухое-жаркое» и «жаркое-сухое» и количественно определяют величину, временной масштаб и физические факторы каскадных эффектов засухи при высоком нагреве и обратного по всему миру. Обнаружено, что места, демонстрирующие исключительно сильные «горячие точки» для экстремумов от сухого к жаркому и от жаркого к сухому, как правило, совпадают. Однако каскадные эффекты сильно различаются по временной шкале взаимодействия, гидроклиматическим факторам и чувствительности к изменениям в континууме «почва-растение-атмосфера» и фоновой засушливости. Каскадный эффект засухи при высоком нагреве в «горячих точках» достигает своего пика сразу же из-за комбинированного влияния дефицита давления водяного пара, потенциальной эвапотранспирации и количества осадков. Напротив, в пиках каскадных эффектов нагрева при засухе постепенно преобладали одновременные изменения потенциальной эвапотранспирации, количества осадков и суммарной радиации, при этом эффект дефицита давления водяного пара строго контролировался изогидричностью* экосистемы и фоновой засушливостью. Представленные результаты помогают улучшить понимание причинно-следственных связей и предсказуемость сложных экстремальных явлений и вызванных ими последствий.
*Изогидричность – способность сохранять постоянство концентрации водородных ионов (Словарь медицинских терминов)
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35748-7
Печать
20 янв2023
Арктика — это регион на Земле, который нагревается быстрее всего. В дополнение к росту среднего значения переменных, связанных с температурой, на арктические экосистемы влияют всё более частые экстремальные погодные явления, вызывающие нарушение в арктических экосистемах. Авторы представляют новый набор данных биоклиматических индексов, актуальных для изучения изменений экосистем арктической суши. Набор данных, названный ARCLIM, состоит из нескольких климатических индексов и типов событий для северных высокоширотных участков суши (> 45° с.ш.). Индексы рассчитываются на основе почасовых данных реанализа ERA5-Land за 1950–2021 гг. на пространственной сетке с разрешением 0,1 градуса (~ 9 км). Индексы представлены тремя подмножествами: (1) годовые значения за 1950–2021 гг.; (2) средние условия по климатологии 1991–2020 гг.; и (3) временные тренды за 1951–2021 гг. 72-летние временные ряды различных индексов климата и типов событий рисуют полную картину возникновения и повторяемости экстремальных погодных явлений и климатической изменчивости изменяющегося арктического биоклимата.
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-01959-w
Печать
19 янв2023
Чёрный углерод, попадающий в атмосферу при неполном сгорании ископаемого топлива и биомассы, оказывает суммарное нагревающее воздействие на неё и снижает альбедо при отложении на льду и снегу; точное знание его прошлых выбросов имеет важное значение для количественной оценки и моделирования связанных с ними глобальных воздействий на климат. Хотя подходы «снизу-вверх» обеспечивают исторические оценки выбросов чёрного углерода, широко используемые в моделях системы Земля, они плохо согласуются с наблюдениями до конца ХХ века. Авторы используют метод объективной инверсии, основанный на подробном моделировании атмосферного переноса и отложений, для реконструкции выбросов за период с 1850 по 2000 гг. по тринадцати наборам данных ледяных кернов Северного полушария. Обнаружены существенные расхождения между реконструированными выбросами чёрного углерода и существующими оценками, сделанными с использованием подхода «снизу-вверх», которые не полностью охватывают сложные пространственно-временные структуры выбросов. Выводы авторов подразумевают необходимость внесения изменений в существующие исторические оценки радиационного воздействия чёрного углерода с потенциальными последствиями для чувствительности климата в соответствии с наблюдениями.
Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35660-0
Печать
19 янв2023
Вырубленные тропические леса считаются важными поглотителями углерода в его глобальных балансах из-за восстановления древесной биомассы, отрастающей после вырубки, но это предположение игнорирует одновременные потери углерода из экосистемы. Авторы обнаружили, что при количественной оценке всех источников и стоков экосистемного углеродного баланса вырубленные тропические леса являются чистым источником углерода в атмосфере. Этот источник сохраняется не менее 10 лет после вырубки, а это означает, что темпы связывания углерода в восстанавливающихся тропических лесах, вероятно, намного ниже, чем предполагалось.
Вырубленные и структурно деградировавшие тропические леса быстро становятся одним из наиболее распространённых видов землепользования во всех тропиках и обычно считаются суммарным стоком углерода, поскольку в них наблюдается быстрый рост деревьев. Тем не менее, это предположение основано на кадастрах лесной биомассы, в которых регистрируется восстановление запасов углерода, но не учитываются одновременные потери углерода из почвы и некромассы. Авторы использовали лесные участки и вихревую ковариационную башню для количественной оценки и разделения суммарного обмена CO2 в экосистеме малайзийского Борнео, региона, являющегося горячей точкой обезлесения и деградации лесов. Приведённые данные представляют собой полный углеродный баланс тропических лесов, измеренный на протяжении всей лесозаготовки и последующего восстановления; обнаружено, что они представляют собой существенный и постоянный суммарный источник углерода. В соответствии с существующими публикациями, это исследование показало значительно больший прирост древесной биомассы в умеренно и сильно вырубленных лесах по сравнению с не подверженными вырубанию лесами, но этому противодействовали гораздо большие потери углерода из органического вещества почвы и валежной древесины в вырубленных лесах. По оценкам авторов, средний источник углерода составляет 1,75 ± 0,94 Мг C га-1 год-1 на умеренно вырубленных участках и 5,23 ± 1,23 Мг C га-1 год-1 на нестабильно вырубаемых и сильно деградированных участках, при этом выбросы продолжаются с такими темпами в течение по крайней мере одного десятилетия после лесозаготовки. Эти данные прямо противоречат принятому по умолчанию допущению о том, что восстановление вырубленных и деградировавших тропических лесов является суммарным стоком углерода, а это означает, что количество углерода, поглощаемого тропическими лесами мира, может быть значительно ниже, чем оценивается в настоящее время.
Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214462120
Печать
18 янв2023
Это исследование является первым, включающим сценарии перехода от стока к источнику CH4 в связи с изменением климата, оно даёт глобальную оценку балансов почвенного CH4 в естественных наземных экосистемах в контексте изменения климата. Усиление воздействия изменения климата на выбросы CH4 в основном связано с увеличением выбросов CH4 из естественных горных экосистем. Хотя повышенное поглощение CH4 лесными и пастбищными почвами, вызванное ростом температуры и уменьшением количества осадков, может компенсировать некоторую часть дополнительных источников CH4, при существенном увеличении количества осадков эти поглотители окажутся незначительными. Представленные результаты подчёркивают, что будущее изменение климата ослабит естественную буферную способность наземных экосистем в отношении выбросов CH4 и, таким образом, сформирует спираль положительной обратной связи между выбросами метана и изменением климата.
Увеличение выбросов парниковых газов вызывает беспрецедентное изменение климата, что, в свою очередь, приводит к изменению масштабов выбросов и абсорбции (имеется в виду окисление атмосферного CH4 метанотрофами в почве) атмосферного CH4 в наземных экосистемах. В глобальном балансе CH4 преобладающим естественным источником являются водно-болотные угодья, а главным биологическим поглотителем - горные почвы. Однако неясно, обменивается ли почвенный CH4 между наземными объектами и каким образом экосистемы и атмосфера будут затронуты потеплением и изменениями в характере осадков. Авторы синтезируют 762 наблюдения за данными о потоках CH4 в почве in situ, основанными на данных камерного метода за последние три десятилетия, связанных с изменениями температуры и осадков в основных наземных экосистемах по всему миру. Мета-анализ показывает, что потепление (среднее потепление +2°C) способствует поглощению CH4 почвой возвышенностей и выбросу CH4 из почвы водно-болотных угодий. Уменьшение количества осадков (в диапазоне от -100% до -7% местного среднегодового количества осадков) стимулирует поглощение CH4 горными почвами. Увеличение количества осадков (от +4% до +94% местного среднегодового количества осадков) ускоряет выброс CH4 из почвы нагорья. К 2100 г. при общей социально-экономической траектории с высоким уровнем радиационного воздействия (SSP585) выбросы CH4 от глобальных наземных экосистем увеличатся на 22,8 ± 3,6 Тг CH4 год–1 в качестве дополнительного источника CH4, что может быть в основном связано с увеличением количества осадков над 30° с.ш. Этот мета-анализ убедительно свидетельствует о том, что изменение климата в будущем ослабит естественную буферную способность наземных экосистем относительно потоков CH4 и, таким образом, вносят свой вклад в спираль положительной обратной связи.
Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/367027487_Global_climate_change_increases_terrestrial_soil_CH_4_emissions
Печать
18 янв2023
Это исследование даёт количественную оценку вклада в потепление поверхности Арктики зимой от изменений в переносе энергии в тропосфере (Ftrop) и эффективности, с которой Ftrop нагревает поверхность в сценарии RCP8.5 большого ансамбля моделей системы Земля. Метрика этой эффективности, Etrop, измеряет долю аномального Ftrop, которая уравновешивается аномальным суммарным поверхностным потоком. Драйверы Etrop выявляются в событиях синоптического масштаба, во время которых Ftrop является доминирующим драйвером суммарного поверхностного потока. Etrop чувствительна к вертикальной структуре Ftrop и ранее существовавшей арктической стабильности нижней тропосферы. В RCP8.5 среднезимняя Ftrop уменьшается с 95,1 до 85,4 Вт·м−2, а Etrop увеличивается на 5,7%, вероятно, из-за снижения стабильности нижней тропосферы в Арктике, что указывает на усиление связи между Ftrop и балансом поверхностной энергии. Суммарное влияние снижения Ftrop и повышения эффективности представляет собой положительный вклад 0,7 Вт·м−2 в поверхностный нагрев в зимний сезон.
Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100834
Печать