Тропосферные антропогенные аэрозоли являются вторым по величине фактором воздействия на изменение климата, но с высокой степенью неопределённости из-за их пространственно-временной изменчивости и сложных оптических свойств. В этом обзоре авторы обобщают понимание наблюдений за аэрозолями и их радиационными и климатическими эффектами. Аэрозоли компенсируют примерно одну треть эффекта потепления, обусловленного антропогенными парниковыми газами. Тем не менее, в регионах с высокой долей поглощающих аэрозолей, таких как Южная Америка, Восточная и Южная Азия, может происходить существенный сезонный разогрев атмосферы. Внутреннее перемешивание и вертикальное распределение аэрозолей, изменяющих как прямое воздействие, так и взаимодействие между ними и облаками, могут ещё больше усилить этот разогрев. Несмотря на множество исследований взаимодействий аэрозолей и облаков, в оценках общего аэрозольного воздействия всё ещё существует по крайней мере 50-процентный разброс. Эта сохраняющаяся неопределённость частично связана с неточностями измерений антропогенного и естественного поглощения аэрозолей, а также с малоизученным воздействием аэрозолей на облака. Космическое, многоугольное поляризационное и активное дистанционное зондирование нового поколения в сочетании с наблюдениями на месте (in situ) открывают возможности для большего сокращения погрешностей характеристик рассеяния, поглощения и распределения аэрозолей по размерам, тем самым способствуя совершенствованию моделей для уточнения оценок воздействия аэрозолей и климатических воздействий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00296-7

Увеличение содержания органического углерода в почве в естественных и культивируемых экосистемах предлагается в качестве естественного климатического решения для ограничения глобального потепления. Динамика содержания органического углерода в почве определяется многими факторами, такими как изменения в землепользовании, управление земельными ресурсами и изменение климата. Количество дополнительного углерода, потенциально хранящегося в почве, является предметом многочисленных споров в научном сообществе. Авторы представляют глобальную базу данных, в которой собраны результаты 217 метаанализов, обобщающих влияние управления земельными ресурсами, изменений в землепользовании и изменения климата на содержание органического углерода в почве. Сообщается в общей сложности о 15 857 элементах, 6 550 из которых напрямую связаны с углеродом в почве, а 9 307 - с другими связанными с почвой или растениями переменными. База данных дополнительно синтезирует результаты 13 632 уникальных первичных исследований в более чем 150 странах, которые использовались в метаанализах. Метаанализы были классифицированы по типам вмешательства, землепользования, последствий, стран и регионов. Эта база данных помогает понять движущие силы секвестрации содержания органического углерода в почве, связанные с этим сопутствующие выгоды и потенциальные недостатки, а также является полезным инструментом для определения будущих глобальных политических решений в области изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01318-1

Бореальные леса содержат около половины запаса углерода (C) наземных лесов во всём мире, и поэтому они играют огромную роль в глобальном цикле углерода. Таким образом, точное прогнозирование глобального баланса углерода требует понимания потоков углерода в бореальных деревьях и того, как они реагируют на изменение климата. Хотя взаимосвязь между климатом и ростом бореальных деревьев в целом нестационарна, остаётся неизвестным, верно ли то же самое в отношении взаимосвязей между климатом и потоками углерода. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00308-6 

Пожары представляют собой серьёзное вызванное климатом нарушение в наземных экосистемах, которое часто связано с антропогенным фактором: возгораниями или тушением пожаров. Изменения в выбросах парниковых газов от пожаров могут иметь обратную связь с глобальным углеродным циклом, но плохо изучено, будет ли динамика пожарной активности усугублять или ослаблять изменение климата. Авторы количественно оценивают динамику пожаров в условиях исторического и будущего климата и демографии человека, используя объединенную модель глобального климата, пожаров и углеродного цикла, соревнующуюся с 34 отдельными моделями системы Земли. Результаты сравниваются с воображаемыми, не имевшими место в действительности ситуациями: одной, предполагающей постоянный доиндустриальный пожарный режим, и другой - без пожаров. Хотя неопределённость в прогнозируемых последствиях пожаров велика и зависит от особенностей модели системы Земли, социально-экономической эволюции и сценария выбросов, авторы обнаружили, что изменения в демографии, как правило, подавляют глобальную пожарную активность, сохраняя больше углерода в наземных экосистемах и ослабляя потепление. Во всём мире изменения в пожарах воздействовали на потепление климата на протяжении большей части ХХ века. Однако недавнее и прогнозируемое в будущем снижение пожарной активности может обратить это вспять, увеличивая поглощение углерода сушей и компенсируя от 5 до 10 лет глобальных выбросов CO₂ на сегодняшнем уровне. Это потенциально снижает потепление до 0,11°C к 2100 году. Показано, что обратные связи между климатом и углеродным циклом, вызванные изменением режимов пожаров, наиболее эффективно замедляют глобальное потепление при сценариях с более низким уровнем выбросов. Это исследование подчёркивает, что возгорания и активное и пассивное тушение пожаров могут иметь такое же важное значение для будущих режимов пожаров, как и изменения климата, хотя и с некоторым риском возникновения более экстремальных пожаров на региональном уровне и с последствиями для других функций в пожарозависимых экосистемах.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2101186119

Ускоряющееся относительное повышение уровня моря угрожает прибрежным водно-болотным угодьям. Однако рост концентрации CO₂ может также стимулировать секвестрацию углерода и вертикальное отложение наносов, уравновешивая относительное повышение уровня моря. Прибрежное водно-болотное угодье с преобладанием видов растений С3 подвергалось воздействию окружающей среды и повышенных уровней CO₂ на месте (in situ) с 1987 по 2019 гг., в течение которых концентрация CO₂ в окружающей среде увеличилась на 18%, а уровень моря поднялся на 23 см. Продуктивность растений не увеличилась в ответ на постепенное повышение концентрации CO₂ в окружающей среде в течение этого периода. Повышенный уровень содержания СО₂ увеличивал продуктивность побегов в течение первых двух десятилетий, но с 2005 по 2019 гг. стимулирование производства повышенным содержанием СО₂ уменьшилось. Снижение совпало с ростом относительного уровня моря выше порогового значения, препятствующего продуктивности корней. В то время как повышенная стимуляция CO₂ потенциально может смягчить негативное воздействие относительного повышения уровня моря на продуктивность приливно-отливных водно-болотных угодий, выгоды для устойчивости прибрежных водно-болотных угодий будут уменьшаться в долгосрочной перспективе по мере ускорения темпов относительного повышения уровня моря.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn0054

Уязвимость, незащищённость и устойчивость социально-экономической деятельности к будущим экстремальным климатическим явлениям требуют использования ВВП с привязкой к координатной сетке с высоким разрешением в исследованиях по адаптации к изменению климата и смягчению его последствий. Хотя глобальные социально-экономические прогнозы предоставляются в основном на национальном уровне, подходы к уменьшению масштаба с использованием дистанционного зондирования ночного светового излучения или данных о населении с привязкой к координатной сетке могут увеличить неопределённость из-за ряда ограничений. Поэтому авторы использовали подход, основанный на дистанционном зондировании ночного светового излучения, который демонстрирует более высокую точность социально-экономического разукрупнения. В качестве исходных данных использовался валовой региональный продукт более 800 областей, занимающих более 60% мировой суши и обеспечивавших более 80% ВВП в 2005 г. Представлен первый набор сопоставимых географически точных глобальных прогнозов ВВП с привязкой к координатной сетке с точным пространственным разрешением в 30 угловых секунд и 0,25 углового градуса для исторического периода 2005 г. и для 2030–2100 гг. с 10-летними интервалами в рамках пяти SSP, учитывающих Политику двух детей в Китае. Этот набор данных прогноза ВВП с привязкой к сетке может расширить применимость данных о ВВП, наличие которых необходимо для социально-экономических исследований и исследований изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01300-x

Устойчивое управление водными ресурсами включает социальные, экономические, экологические, водные и ресурсные факторы. В этом исследовании предлагается новая структура стратегического планирования с основанным на многих критериях принятием решений с целью разработки альтернатив устойчивого управления водными ресурсами для крупномасштабных водных систем. Разработана гибкая многокритериальная модель принятия решений для ранжирования региональных альтернатив управления сельскохозяйственными водными ресурсами с учётом критериев устойчивости водных ресурсов. Модель принятия решений сочетает в себе иерархический анализ и нечёткий метод определения порядка предпочтения по сходству с идеальным решением (TOPSIS). Варианты управления были представлены пространственно в виде карт районирования на уровне зон орошения изучаемой территории. Результаты показывают, что зона управления орошением № 3 (вариант A3) заняла первое место по управлению спросом и подачей сельскохозяйственной воды в пяти из семи доступных сценариев (сценарии представляют собой возможную комбинацию весов, присвоенных критериям). В частности, результаты показывают, что зона управления орошением № 3 (вариант A3) достигла наилучших значений ранжирования 0,151, 0,169, 0,152, 0,174 и 0,164 по отношению к сценариям 1, 4, 5, 6 и 7 соответственно. Однако в зоне управления орошением №2 (вариант А2) были достигнуты наилучшие значения 0,152 и 0,150 по второму и третьему сценариям соответственно. Результаты моделирования определяют наилучшие альтернативы управления сельскохозяйственными водными ресурсами в крупных ирригационных и дренажных сетях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-12194-5

CH₄ является наиболее распространённым химически активным парниковым газом, и для разработки мер по смягчению антропогенных изменений климата необходимо полное понимание его атмосферной эволюции. Современные химико-климатические модели, как правило, недооценивают продолжительность жизни CH₄, вследствие неопределённостей в отношении его источников и стоков. Химически активные галогены существенно нарушают баланс тропосферного гидроксила ОН - основного стока CH₄. Однако такое влияние галогенов в атмосфере не учитывается в существующих климатических модельных оценках метановой нагрузки и радиационного форсинга. Авторы демонстрируют, что химия активных галогенов увеличивает глобальное время жизни CH₄ на 6–9% в течение XXI века. Этот эффект возникает из-за значительного обусловленного галогенами (главным образом, йодом и бромом) снижения стока CH₄ в реакции с OH, которое превосходит прямой сток CH₄, вызванный хлором. Это увеличение времени жизни CH₄ помогает сократить разрыв между модельными результатами и наблюдениями и приводит к увеличению метановой нагрузки и радиационного форсинга в этом столетии. Увеличение нагрузки CH₄ обусловленной галогенами (до 700 Тг или 8% к 2100 г.), эквивалентно наблюдаемому росту содержания CH₄ в атмосфере в течение последних трёх-четырёх десятилетий. Примечательно, что усиление радиационного форсинга CH₄, вызванное галогенами, в настоящее время составляет 0,05 Вт/м² и, согласно прогнозам, увеличится в будущем (0,06 Вт/м² к 2100 г.); такое усиление равняется примерно 10% современного радиационного форсинга CH₄ и одной трети радиационного форсинга N₂O, третьего по величине хорошо перемешанного парникового газа. Как прямое (обусловленное Cl), так и косвенное (через OH) воздействие галогенов должно быть включено в будущие прогнозы CH₄.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-30456-8

Новые подробные исследования моря Бофорта выявили впадину морского дна размером с городской квартал, связанную с таянием многолетней мерзлоты и, вероятно, находящуюся под влиянием движения подземных вод внизу.

Арктика тает. Повышение температуры приводит к таянию многолетней мерзлоты, слоя земли, поддерживающего человеческие сообщества и естественные экосистемы в самых северных уголках планеты. Есть много открытых вопросов о деградации многолетней мерзлоты на суше, например, сколько углерода попадает в атмосферу и как это влияет на изменение климата. Но ещё больше неизвестного о том, что происходит с многолетней мерзлотой, погружённой в холодные воды Северного Ледовитого океана. 

В новом исследовании, опубликованном в Трудах Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (PNAS), описаны некоторые крупные изменения подводной многолетней мерзлоты на краю континентального шельфа и склоне канадского моря Бофорта с 2010 по 2019 гг. 

За период исследования международная группа учёных обнаружила образование «как минимум одной новой впадины, которая эквивалентна [по объёму] кварталу Нью-Йорка, состоящему из шестиэтажных зданий», — сказал Чарли Полл (Charlie Paull), морской геолог из Monterey Bay Aquarium Research Institute и соавтор нового исследования. «Помимо этого, было несколько впадин размером с семейный дом, [которые] развились в этот период времени — это довольно необычно». 

Повторные исследования кромки арктического шельфа в море Бофорта выявили массивную впадину, развившуюся в период с 2010 по 2019 гг.

«До этого исследования никто не осознавал, насколько динамична эта область», — сказала Дженнифер М. Фредерик (Jennifer M. Frederick), геолог-вычислитель из Sandia National Laboratories, не участвовавшая в новом исследовании.

Отображение кардинальных изменений   

В 2010 году исследователи нанесли на карту 95-километровый участок края арктического шельфа в канадском море Бофорта, примерно в 180 км от берега. Судовая съёмка выявила необычайно неровное морское дно на глубине от 120 до 200 метров от поверхности на переходе между краем шельфа и склоном. 

В течение следующих нескольких лет команда учёных несколько раз исследовала один и тот же район, выполняя дополнительные работы с помощью установленных на корабле многолучевых гидролокаторов и собирая данные с более высоким разрешением с использованием автономных подводных аппаратов. Этот подход позволил им отслеживать изменения морфологии морского дна с течением времени. 

«Это очень умное использование повторяющихся наборов данных», — сказала Кэролин Руппел (Carolyn Ruppel), морской геофизик, возглавляющая проект по газовым гидратам Геологической службы США и не участвовавшая в новой работе. 

Автономные подводные аппараты составили подробную карту необычайно неровного рельефа морского дна вдоль шельфовой кромки моря Бофорта.

Команда определила отдельные группы особенностей. Впадины овальной формы располагались в районе пересечённой оголённой местности. Команда обнаружила особенности на более низких глубинах, напоминающие пинго, покрытые льдом холмы, которые усеивают арктический ландшафт.

Медленный процесс  

В отличие от того, что происходит с многолетней мерзлотой на суше, исследователи не думают, что подводная вечная мерзлота в море Бофорта тает из-за повышения температуры, потому что вода, омывающая изрытый впадиной регион, имеет температуру около -1,4°C. 

«Это не растапливает многолетнюю мерзлоту», — сказал Полл. Вместо этого исследователи предположили, что подземные воды медленно перемещаются — на несколько сотен миллиметров в год — под многолетней мерзлотой и нагревают её снизу. По мере таяния многолетняя мерзлота может периодически разрушаться, образуя большие впадины, обнаруженные командой. «Это та область, где очень небольшие изменения, но сохраняющиеся в течение длительного периода времени, могут иметь большие последствия», — сказал Полл. Команда подсчитала, что пересечённая местность вдоль края континентального шельфа сформировалась примерно за 1150 лет. 

Фредерик сказала, что анализ авторов, похоже, подтверждает выводы исследования моделирования 2015 года с её участием как соавтора, в котором предполагалось, что подземные воды могут перемещаться от берега в этот район. Например, пинго-подобные элементы на морском дне совпадают с тем местом, где модель «ожидала», что грунтовые воды поднимутся до морского дна. По словам Полла и его коллег, в зависимости от баланса температуры воды, солёности и скорости течения, циркуляционные черты могут появиться, когда грунтовые воды замерзают по мере приближения к более холодному морскому дну. 

«Один из прогнозов модели заключался в том, что этот поток грунтовых вод всё ещё существует сегодня», — сказала Фредерик. «Было действительно здорово видеть, что эти вещи на самом деле являются современными явлениями».

Ссылка: https://eos.org/articles/groundwater-flow-may-contribute-to-submarine-permafrost-thaw

Холодные условия в верхнем слое субполярной части Северной Атлантики во время повсеместного потепления в других местах вызвали серьёзные споры. Неопределённость возникает как из-за потенциальных причин (потери тепла на поверхности и изменения циркуляции океана), так и из-за характерных временных масштабов (от межгодовых до нескольких десятилетий). Разрешение этих неопределённостей важно, поскольку холодные условия были связаны с недавними экстремальными погодными явлениями в Европе и ослаблением термлхалинной циркуляции Атлантики. Используя наблюдения, подкреплённые результатами климатической модели высокого разрешения, авторы показали, что удивительно активный океан регулярно генерирует как холодные, так и тёплые межгодовые аномалии в дополнение к теплообмену на поверхности. Также определены чёткие закономерности температуры поверхности моря, характеризующие, оказывает ли океан или атмосфера наибольшее влияние в конкретный год. Применяя эти новые идеи к наблюдениям, авторы обнаружили растущую роль океана в определении изменчивости теплосодержания в слоях перемешивания Северной Атлантики с 1960 года.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00433-6