Всестороннее понимание закономерностей распространения экстремальных осадков имеет важное значение для раннего предупреждения о связанных с ними опасностях, таких как наводнения и оползни. В этом исследовании для изучения закономерностей распространения экстремальных осадков по глобальным массивам суши и определения 16 основных путей распространения использованы климатические сети, основанные на мере синхронизации событий. Авторы объясняют их в связи с региональными погодными системами, топографическими эффектами и структурами бегущих волн Россби. Также показано, что выявленные пути распространения имеют значительную предсказуемость экстремальных осадков в определённых областях, таких как Аппалачи и Анды. Представленные результаты помогают улучшить понимание ключевых структур распространения экстремальных осадков и того, где глобальное разнообразие таких структур и соответствующая потенциальная предсказуемость обеспечивают предварительные сведения для прогнозирования экстремальных осадков, а также демонстрируют потенциал подходов климатических сетей для изучения пространственно-временной связи экстремальных явлений в климатической системе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00701-6

Биогенные летучие органические соединения (БЛОС) в больших количествах выбрасываются из земной биосферы и играют значительную роль в газовом и аэрозольном составе атмосферы. Такие выбросы составляют 90% общих мировых выбросов летучих органических соединений и оказывают значительное влияние на окислительную способность атмосферы. БЛОС являются предшественниками вторичных органических аэрозолей, влияющих на радиационный баланс как напрямую через рассеяние и поглощение солнечного света, так и косвенно через изменение формирования, свойств и распределения облаков. Деятельность человека существенно изменила естественный растительный покров, в первую очередь за счёт превращения лесов в сельскохозяйственные угодья. В этой работе глобальная модель химии атмосферы и климата с интерактивной растительностью использовалась для исследования последствий нарушения биосферы в результате изменения землепользования человеком, с последующим изучением изменений в выбросах БЛОС и атмосферной аэрозольной нагрузке. Поскольку эта модель растительности имитирует потенциальную естественную растительность (potential natural vegetation, PNV), была реализована схема землепользования для ограничения функционального типа древесного растительного покрова на основе карт долей трансформации земель за 2015 год. Оцениваются два сценария: (1) сравнение современного растительного покрова, включающего площади, вырубленные под посевы и пастбища, с естественным растительным покровом (PNV), и (2) сценарий экстремального лесовосстановления, при котором современные посевы и пастбища восстанавливаются до естественной растительности. Обнаружено, что по сравнению со сценарием PNV современное обезлесение приводит к сокращению выбросов БЛОС на 26%, что снижает глобальную биогенную нагрузку вторичных органических аэрозолей на 0,16 Тг (на 29%), в то время как общее количество органических аэрозолей снижается на 0,17 Тг (на 9%). С другой стороны, сценарий экстремального лесовосстановления по сравнению с современным земным покровом предполагает увеличение выбросов БЛОС на 22%, что увеличивает биогенную нагрузку вторичных органических аэрозолей на 0,11 Тг и общее бремя органических аэрозолей на 0,12 Тг (на 26% и 6%, соответственно). Оценка включает изменения в ядрах конденсации облаков и концентрации облачных капель в каждом сценарии. В современном сценарии вырубки лесов имеет место положительный общий радиационный эффект (аэрозоль + облака) в 60,4 мВт м^-2 (потепление) по сравнению со сценарием естественной растительности, тогда как в сценарии экстремального лесовосстановления эффект отрицательный (похолодание), 38,2 мВт/м^-2 по сравнению со сценарием PNV.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2014/

Антропогенные аэрозоли играют важную роль в системе Земля-атмосфера, влияя на радиационный баланс Земли и осадки и, следовательно, на климат. Возмущение, вызванное изменениями антропогенных аэрозолей в энергетическом балансе Земли, количественно выражается эффективным радиационным воздействием (ERF). В этой работе современное коротковолновое, длинноволновое и суммарное ERF антропогенных аэрозолей количественно определяется с использованием двух различных наборов экспериментов с заданными температурами поверхности моря из моделей, участвующих в проекте CMIP6: (a) временное моделирование доиндустриальных возмущений с фиксированными температурами поверхности моря (piClim) и (б) историческое моделирование переходных процессов с изменяющимися во времени температурами поверхности моря (histSST) в течение исторического периода (1850–2014 гг.). ERF раскладывается на три компонента для обоих экспериментов: (a) ERF_ARI, представляющее взаимодействие аэрозоля с радиацией; (б) ERF_ACI, учитывающее взаимодействие аэрозоля и облаков (включая полупрямой эффект); и (в) ERF_ALB, обусловленное изменениями температуры, влажности и альбедо поверхности, вызванными антропогенными аэрозолями. Представлены пространственные закономерности в верхней части атмосферы и глобальные взвешенные средние значения поля, а также межмодельная изменчивость (одно стандартное отклонение) для всех компонентов коротковолнового, длинноволнового и суммарного ERF (ERF_ARI, ERF_ACI и ERF_ALB), а также для каждого эксперимента, использованного в этом исследовании. Кроме того, межмодельное согласие и надёжность полученных результатов оцениваются с использованием комплексного метода, используемого в Шестом оценочном отчёте МГЭИК. На основе экспериментов piClim суммарное современное (2014 г.) ERF от антропогенных аэрозольных выбросов и выбросов прекурсоров оценивается в -1,11 ± 0,26 Вт м^-2, в основном из-за большого вклада ERF_ACI в глобальное среднее и межмодельную изменчивость. В экспериментах histSST за современный период (1995–2014 гг.) получены аналогичные результаты с глобальным средним суммарным аэрозольным ERF, равным -1,28 ± 0,37 Вт м^-2, и доминирующим вкладом ERF_ACI. Пространственные закономерности суммарного ERF и его компонентов аналогичны как в экспериментах piClim, так и в экспериментах histSST. Кроме того, применяя новый подход к географическому определению движущего фактора ERF, авторы показали, что ERF_ACI доминирует на большей части Земли и что ERF_ALB преобладает в основном над полюсами, в то время как ERF_ARI доминирует над некоторыми отражающими поверхностями. Анализ межмодельной изменчивости суммарного ERF аэрозоля показывает, что коротковолновое ERF_ACI является основным источником неопределённости преимущественно над наземными регионами со значительными изменениями оптической толщины аэрозоля, при этом Восточная Азия вносит основной вклад в межмодельное распространение обоих ERF_ARI и ERF_ACI. Глобальные пространственные закономерности суммарного ERF и его компонентов из отдельных видов аэрозолей, таких как сульфаты, органический углерод (OC) и чёрный углерод (BC), также рассчитываются на основе экспериментов piClim. Суммарное ERF, вызванное сульфатами (piClim-SO₂), оценивается в -1,11 ± 0,31 Вт м^-2, а ERF органического углерода (piClim-OC) составляет -0,35 ± 0,21 Вт м^-2, тогда как ERF, обусловленное чёрным углеродом (piClim-BC), составляет 0,19 ± 0,18 Вт м^-2. Для экспериментов по возмущению сульфатов и органического углерода ERF_ACI доминирует над земным шаром, тогда как для экспериментов по возмущению чёрного углерода ERF_ARI преобладает над сушей в Северном полушарии и особенно в Арктике. Как правило, сульфаты доминируют в пространственных структурах ERF, оказывая сильно отрицательное влияние, особенно в промышленно развитых регионах Северного полушария, таких как Северная Америка, Европа, а также восточная и южная Азия. Анализ временной эволюции ERF за исторический период (1850–2014 гг.) показывает, что ERF_ACI явно доминирует над ERF_ARI и ERF_ALB в управлении общей временной эволюцией ERF. Более того, с середины 1980-х годов суммарное ERF стало меньшим по модулю отрицательным в восточной части Северной Америки, Западной и Центральной Европе, в то время как в восточной и южной Азии наблюдается устойчивый рост по модулю отрицательных значений ERF до 2014 года.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7837/2024/

В исследовании представлено моделирование изменения климата на территории Северной Евразии в XX и XXI веках с использованием двух разных версий модели системы Земля, разработанной Институтом вычислительной математики им. Г.И. Марчука Российской академии наук (ИВМ, INM). Версия модели INMCM5 участвует в проекте CMIP6 и имеет самую низкую равновесную чувствительность климата (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS) среди моделей CMIP6. В следующей версии модели INMCM6 изменения физических параметризаций приводят к увеличению ECS в два раза. Изменения приповерхностной температуры, осадков, площади снежного покрова и протяжённости морского льда, смоделированные обеими версиями модели, сравниваются с имеющимися данными наблюдений и реанализа. Прогнозы изменения климата на середину и конец XXI века предоставляются с помощью двух версий модели. Обе версии модели воспроизводят аналогичные изменения климата на ближайшие два десятилетия. После середины XXI века версия модели с высокой равновесной чувствительностью климата отражает более сильные изменения климата над Северной Евразией, чем версия модели с низкой чувствительностью. Но в целом коэффициент прогнозируемого потепления намного меньше ECS.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07306-y

Долгосрочная способность бореальных лесов хранить углерод находится под угрозой из-за растущей частоты и интенсивности лесных пожаров. Помимо прямых выбросов углерода в результате сгорания во время пожара, сгоревший лес часто после пожара превращается в чистый источник выбросов углерода, что приводит к большим дополнительным потерям углерода в течение нескольких лет. Поэтому понимание того, как быстро леса восстанавливаются после пожара, имеет жизненно важное значение для прогнозирования воздействия пожара на баланс углерода в лесу. Авторы представляют данные о дыхании почвы и потоках CH₄, химическом составе почвы, микроклимате местности и данных обследования растительности за первые четыре года после лесного пожара в лесу Pinus sylvestris в Швеции. Это недостаточно изученная часть бореального биома, где решения по управлению лесами взаимодействуют с нарушениями, влияющими на рост леса. Авторы проанализировали, как тяжесть пожара и послепожарные рубки повлияли на потоки углерода в почве. Пожар не повлиял на поглощение CH₄ почвой. Однако на выбросы CO₂ в почве существенное влияние оказали наличие или отсутствие живых деревьев после пожара и послепожарное ведение лесного хозяйства. Гибель деревьев из-за сильного пожара или вырубка живых деревьев после слабого пожара привели к немедленному и значительному снижению дыхания почвы. Вырубка мёртвых деревьев после сильного пожара не изменила дыхание почвы по сравнению с тем, когда деревья оставались стоять. Однако это существенно замедлило возобновление роста растительности. На участках, где деревья остались стоять после пожара, плотность саженцев Pinus sylvestris в результате естественного возобновления также была вдвое выше, чем на участках, где деревья были вырублены. Эти результаты показывают, что влияние спасательных вырубок на потоки углерода в почве зависит от силы пожара, но вырубка всегда замедляет естественное восстановление растительности после пожара.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2016/

В докладах МГЭИК и исследованиях воздействия изменения климата обычно используются совокупности климатических прогнозов, основанных на различных социально-экономических путях и результатах климатических моделей, которые обеспечивают временную эволюцию вероятного будущего климата. Однако Парижское соглашение и многие национальные и международные обязательства предусматривают планы адаптации и смягчения последствий, ориентированные на будущие уровни глобального потепления. Неопределённость, присущая модели, и неопределённость сценария обычно влияют как на время наступления будущих уровней потепления, так и на характеристики климата при данном уровне глобального потепления. В этом исследовании авторы оценивают неопределённости в многочленном ансамбле CMIP6 сезонных и региональных прогнозов температуры и осадков. В частности, показано, что неопределённости региональных прогнозов температуры значительно уменьшаются, если рассматривать их на конкретном уровне глобального потепления, с ограниченным влиянием сценариев выбросов и уменьшенным влиянием чувствительности моделей общей циркуляции. Также подробно описаны большие неопределённости, связанные с различным поведением моделей общей циркуляции в некоторых регионах.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07323-x

И исторические наблюдения, и недавние модельные исследования показывают более быстрое потепление в Арктике по сравнению с Антарктикой. Чтобы понять роль антарктической циркумполярной циркуляции в этой асимметрии потепления, авторы моделируют среднее климатическое состояние и реакцию климата на удвоение CO₂ в различных климатических средних состояниях антарктической циркумполярной циркуляции, «закрывая» или «открывая» пролив Дрейка с помощью системы модели Земли. От закрытого к открытому проливу Дрейка более сильное климатическое среднее антарктической циркумполярной циркуляции приводит к более сильному климатическому среднему атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, а также к более холодной Антарктике, но более тёплой Арктике в среднем климатическом состоянии. Меньший климатический показатель покрытия морским льдом в более тёплой Арктике означает менее интенсивное таяние морского льда в условиях глобального потепления. Это приводит к уменьшению асимметрии потепления между двумя полюсами в ответ на удвоение выбросов CO₂.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110265

В этом исследовании охарактеризованы показатели биологического углеродного насоса океана во второй итерации проекта REgional Carbon Cycle Assessment and Processes (RECCAP2). Анализ здесь был сосредоточен на сравнении глобальных и региональных закономерностей в масштабе биома в производстве твёрдых частиц органического углерода и потоков опускания из ансамбля биогеохимических моделей океана RECCAP2 с продуктами наблюдений, полученными с помощью спутникового дистанционного зондирования, отстойников и геохимических методов. В целом наблюдалось хорошее согласие модельных данных в средних крупномасштабных пространственных структурах, но со значительным разбросом по ансамблю моделей и продуктам наблюдений. Глобальное интегрированное среднее по ансамблю экспортное производство, принятое как опускающийся поток твёрдых частиц органического углерода на глубине 100 м (6,08 ± 1,17 Пг С/год), и коэффициент экспорта, определяемый как опускающийся поток, разделённый на чистую первичную продукцию (0,154 ± 0,026), оба попали на нижнюю границу данных наблюдений. Сравнение с диапазоном наблюдений также показало, что ансамбль моделей, возможно, недооценил региональную биологическую депрессию CO₂ и поток CO₂ «воздух-море» в регионах с высокой продуктивностью. Разумное согласие модельных данных было обнаружено для глобального интегрированного среднего по ансамблю потока погружающихся твёрдых частиц органического углерода в глубокие слои океана на 1000 м (0,65 ± 0,24 Пг С/год) и эффективности переноса, определяемой как поток на 1000 м, разделённый на поток на 100 м (0,122 ± 0,041), причём обе переменные демонстрируют значительную региональную изменчивость. Анализ RECCAP2 представляет стандартные метрики биологического углеродного насоса океана для оценки качества биогеохимической модели, метрики, которые имеют решающее значение для дальнейших усилий по моделированию, направленных на устранение остающихся неопределённостей, связанных с взаимодействием на системном уровне между физикой океана и биогеохимией.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008156

Роль Китая становится всё более важной в смягчении последствий изменения климата, а для разработки политики энергосбережения и сокращения выбросов требуется информация на уровне города. Эффективность реализации национальной политики зависит от поддержки и участия местных органов власти. Точные данные о конечном потреблении энергии имеют жизненно важное значение для разработки и реализации энергетического перехода на уровне города, а также политики энергосбережения и сокращения выбросов. Однако существует нехватка источников данных, касающихся конечного потребления энергии на уровне городов Китая. Чтобы устранить эти пробелы, авторы разработали методы компьютерного моделирования, а также методы в рамках подхода «сверху вниз» и даунскейлинга для оценки конечного энергопотребления на уровне городов Китая. Таким образом, был составлен окончательный реестр энергопотребления для 331 китайского города с 2005 по 2021 гг., охватывающий семь секторов экономики, 30 видов ископаемого топлива и четыре источника чистой энергии. Более того, обсуждается достоверность результатов оценки с разных точек зрения, чтобы повысить её точность. Этот набор данных можно использовать для анализа в различных передовых областях исследований, таких как динамика энергетического перехода, стратегии управления рисками перехода и процессы формулирования политики.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03529-0

Долгосрочные (1982–2019 гг.) спутниковые записи климатических данных аэрозолей и облаков, данные реанализа метеорологических полей и методы машинного обучения используются для изучения воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака над Мировым океаном в климатологической перспективе. Анализ сосредоточен на трёх широтных поясах, где глубокие конвективные облака чаще встречаются: на севере средних широт, тропической широте и юге средних широт. Установлено, что аэрозольное воздействие на морские глубокие конвективные облака можно обнаружить только на севере средних широт по многолетним осреднённым спутниковым наблюдениям за аэрозолями и облаками. В частности, размер частиц облаков более восприимчив к эффекту аэрозоля по сравнению с другими микрофизическими переменными облаков (например, с оптической толщиной облаков). Признаки воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака могут быть легко скрыты метеорологическими ковариациями макрофизических переменных облаков, таких как облачный покров и температура верхней границы облаков. В результате анализа машинного обучения обнаружено, что первичный аэрозольный эффект (т.е. аэрозольный эффект без метеорологических обратных связей и ковариаций) может частично объяснить активизацию аэрозольной конвекции на верхней границе облаков и что для точного определения аэрозольной конвекции необходимо учитывать метеорологические обратные связи и ковариации. В результате приведённого анализа разложения сингулярных значений авторы обнаружили, что аэрозольные эффекты в трёх ведущих главных компонентах (PC) могут объяснить около одной трети дисперсии облачных переменных, наблюдаемых со спутника, а значительные положительные или отрицательные тенденции наблюдаются только в основном компоненте PC1 переменных облаков и аэрозолей. Основной компонент PC1 является эффективным способом обнаружения аэрозольного воздействия на глубокие конвективные облака. Эти результаты ценны для оценки и улучшения взаимодействия аэрозоля и облаков в долгосрочном климатическом моделировании с помощью глобальных климатических моделей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/13/2487