Засуха создаёт всё более серьёзные проблемы для мирового производства продуктов питания. Знания о влиянии засухи на развитие сельскохозяйственных культур и о роли свойств почвы в анализе риска засухи и смягчении её последствий на ландшафтном уровне важны для руководства адаптацией к изменению климата. Спутниковые наблюдения могут дать представление о процессах роста сельскохозяйственных культур на всей территории, что может помочь выявить факторы риска и количественно оценить уязвимость к засухе. Авторы оценивают потенциал Sentinel-2 для выявления взаимодействия параметров роста растений и почвы в переменных погодных условиях. В качестве примера оценивается рост озимой пшеницы на 13 полях, принадлежащих коммерческим фермерам на юге Швеции, в засушливый год и в год с нормальными погодными условиями. Для отслеживания роста сельскохозяйственных культур индекс площади зеленых листьев (GLAI) оценивался на основе спутниковых изображений с использованием модели переноса радиации. Коэффициенты скорости роста озимой пшеницы, пика GLAI и времени пика GLAI были получены на основе развития GLAI на уровне одного поля. 

Затем авторы сравнили показатели роста урожая за два года и по полям и связали их с измеренными свойствами почвы. Обнаружены более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями. Было также показано, что увеличение пика GLAI в засушливый год связано с более высокой скоростью роста, чего не было в год с нормальными осадками. Различия в развитии сельскохозяйственных культур между годами были большими для некоторых полей и небольшими для других: это позволяет предположить, что свойства почвы играют роль в реакции сельскохозяйственных культур на засуху. Обнаружено, что поля с более высоким объёмом доступной воды для растений имели более высокую урожайность в засушливый год и меньшую относительную разницу в темпах роста между двумя годами. Наблюдаемые более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями демонстрируют, что спутниковые изображения могут использоваться для количественной оценки взаимодействия растений, почвы и погоды в масштабах, соответствующих коммерческому сельскому хозяйству. Это исследование служит первым шагом на пути к поддержке управления рисками засухи, адаптации к засухе и коммуникационной деятельности по этой важной теме.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1872/

Третий полюс — крупнейшее в мире нагорье, имеющее один из крупнейших на Земле резервуаров ледниковой массы льда и снежного покрова. Три крупнейшие азиатские реки (Инд, Ганг и Брахмапутра) питаются за счёт таяния ледников и снега в Центральных Гималаях, что важно для социально-экономической устойчивости и водной безопасности Южной Азии. Здесь исследуются долгосрочные (1980–2020 гг.) изменения высоты снежного покрова и количества осадков на Третьем полюсе, где основные осадки выпадают в виде осадков летом и снегопадов зимой и весной. Средняя сезонная высота снежного покрова большая (≥1 м) зимой и незначительная (≤0,2 м) летом. Средний вес талого снега и эквивалент снеговой воды весной выше в центральных и западных хребтах Гималаев и Каракорума, которые являются регионами с наибольшим количеством ледников на Третьем полюсе. Существует значительная положительная тенденция общего количества осадков, около 0,01–0,03 мм сут^-1 год^-1 в центральной и восточной частях Третьего полюса во время южноазиатского летнего муссона за период 1980–2020 гг. Таяние снега также увеличивается (>0,5 × 10^-3 мм год^-1) в западных Гималаях весной, что согласуется с повышением там температуры (0,04–0,06°C год^-1). Кроме того, наблюдается заметное увеличение среднегодовой скорости таяния ледников (здесь – толщина водного эквивалента) на Третьем полюсе (от –1 до –5 см в.э. год^–1), с самыми высокими значениями в восточных и центральных Гималаях (от –3 до −5 см в.э.  год^-1), по оценкам на период 2003–2020 гг. Вдобавок к этому, к концу XXI века прогнозы проекта CMIP6 показывают, что произойдёт значительное уменьшение толщины снежного покрова и повышение температуры на Третьем полюсе во всех сценариях общих социально-экономических путей (SSP). Отныне тенденция к повышению температуры и таянию снега/ледников на Третьем полюсе станет серьёзной угрозой для регионального климата, водной безопасности и средств к существованию жителей Южной Азии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00710-5

Тропические циклоны в последние годы испытали миграцию к полюсам, но существует ли это в будущих прогнозах с использованием климатических моделей высокого разрешения, остаётся неясным. В этом исследовании изучается миграция тропических циклонов к полюсам над западной частью севера Тихого океана с использованием моделей CMIP6-HighResMIP. Сначала оценивается эффективность модели по частоте и широте генезиса тропических циклонов, которые сильно отличаются от наблюдений, особенно зимой и весной из-за неправильной интерпретации внетропических штормов. В этом исследовании предлагается пересмотренный метод обнаружения с ограничениями, основанный на температуре поверхности моря и атмосферных условиях, чтобы устранить это расхождение. Результаты показывают, что пересмотренный метод обнаружения хорошо справляется с определением годового цикла частоты и широты образования тропических циклонов. Будущие прогнозы, сделанные с помощью этого метода, показывают, что широта образования тропических циклонов и максимальная интенсивность за всё время их жизни претерпевают сдвиг к полюсам, причём первая оказывается более значительной. Пространственные изменения индекса динамического потенциала генезиса и крупномасштабной среды могут объяснить этот сдвиг. Также обсуждаются региональные изменения циркуляции Хэдли, роль глобального потепления и внутренней изменчивости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00704-3

Авторы анализируют источники распространения реакции зимнего стратосферного полярного вихря (СПВ) в северном полушарии на глобальное потепление в модельных расчётах фазы 5 (CMIP5) и фазы 6 (CMIP6) проекта взаимного сравнения климатических моделей. Около половины межмодельного разброса в прогнозах СПВ по моделям CMIP6, но менее трети в моделях CMIP5 можно объяснить межмодельным разбросом при движении стационарных планетарных волн. В CMIP6 ослабление СПВ в основном обусловлено увеличением потока восходящих волн из тропосферы, тогда как усиление СПВ связано с увеличением распространения волн к экватору от полярной стратосферы. Авторы проверяют гипотетические факторы, способствующие изменениям в восходящих и экваториальных потоках планетарных волн, и показывают, что межмодельная регрессия с использованием прогнозируемых темпов глобального потепления, усиления субтропической струи и смещения ветра в нижней стратосфере в основном состоянии в качестве предикторов может объяснить почти ту же долю разброса СПВ в CMIP6, что и движение планетарных волн (r = 0,67). Зависимость разброса СПВ от отклонений модели в ветрах основного состояния предлагает возможное возникающее ограничение; однако большая неопределённость не позволяет существенно сократить прогнозируемый разброс СПВ. Отсутствие этой зависимости в CMIP5 также требует лучшего понимания основных причин. Эти результаты улучшают понимание прогнозируемой неопределённости СПВ; однако дальнейшее уменьшение неопределённости остается сложной задачей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040823

Метод машинного обучения используется для выявления источников долгосрочной предсказуемости ЭНЮК в океане (температура поверхности моря (ТПМ) и теплосодержание) и атмосфере (приземный зональный ветер (U10)). Тропическая ТПМ представляет собой основной источник для прогнозирования. Хотя U10 не увеличивает качество, когда он связан с ТПМ, анализ показывает, что один только U10 обладает качествами прогнозирования, сравнимыми с качествами ТПМ, на период от 11 до 21 месяца вперёд, с поздней осени до поздней весны. Сигнал с длинным опережением возникает в результате взаимодействия ветра и ТПМ в Индийском океане и распространяется через Тихий океан посредством механизма атмосферного моста. Линейный корреляционный анализ подтверждает этот механизм, предполагая наличие предвестнической связи между аномалиями ТПМ на западе и ветром на востоке Индийского океана. Эти результаты имеют важное значение для прогнозов ЭНЮК на один ближайший год и определяют ключевую роль U10 над Индийским океаном.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105194

Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) в условиях потепления климата широко изучалось, но реакции после 2100 года уделялось мало внимания. Здесь, используя долгосрочное моделирование, авторы обнаружили, что, хотя изменчивость ЭНЮК демонстрирует разнообразные изменения в краткосрочной перспективе, к 2300 году произойдёт значительное снижение его изменчивости. Продолжающееся потепление после 2100 года «подталкивает» температуру поверхности моря выше порога конвекции над восточной частью Тихого океана, вызывая коллапс среднего экваториального апвеллинга с усиленной глубокой конвекцией. Показано, что ослабленная обратная связь термоклина из-за коллапса апвеллинга и увеличения коэффициента теплового расширения, а также усиленного термодинамического затухания имеет решающее значение для уменьшения амплитуды ЭНЮК в условиях устойчивого потепления. Эти результаты предполагают пороговое поведение в тропической части Тихого океана, где конвективная атмосфера над восточной экваториальной частью Тихого океана вызывает резкие сдвиги в изменчивости ЭНЮК. Этот порог не преодолевается в сценариях с низким уровнем выбросов. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02061-8   

С момента запуска TROPOMI на спутнике Sentinel-5 Precursor (S5P) наблюдения за NO2 стали доступны с разрешением 3,5× 5 км, что делает возможным мониторинг выбросов NOx в масштабах городских районов и промышленных объектов. В Европе данные о выбросах сообщаются ежегодно по странам и крупным промышленным объектам и публикуются через Европейское агентство по окружающей среде (European Environment Agency, EEA). Спутниковые наблюдения могут предоставить независимую и более своевременную информацию о выбросах NOx. Была разработана новая версия алгоритма инверсии DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations, дневные выбросы, ограниченные спутниковыми наблюдениями) для расчёта выбросов в Европе на ежедневной основе, усреднённых по среднемесячным картам. Оценочная точность этих ежемесячных выбросов составляет около 25% для отдельных ячеек сетки. Эти данные DECSO о полученных со спутников выбросах, сравнивались с официально сообщаемыми европейскими выбросами и пространственно-временными дезагрегированными кадастрами выбросов. Общие выбросы DECSO NOx по стране близки к зарегистрированным выбросам и выбросам, собранным Службой мониторинга атмосферы «Коперник» (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS). Сравнение пространственно распределённых выбросов NOx от DECSO и CAMS показало, что выбросы, полученные со спутников, часто выше в городах, в то время как они близки для крупных электростанций и немного ниже в сельской местности.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7523/2024/

Летний азиатский муссон имеет сильную конвекционную составляющую, благодаря которой аэрозоли могут подниматься в нижние слои стратосферы. Из-за обычно длительного времени жизни и переноса на большие расстояния аэрозоли остаются там гораздо дольше, чем в тропосфере, а также могут переноситься по всему земному шару. Целью данного исследования является синергия между результатами химической лагранжевой модели стратосферы (CLaMS) и измерениями KARL (Koldewey Aerosol Raman Lidar) в AWIPEV*, Ню-Олесунн в Арктике, путём сравнения результатов CLaMS с образцовыми днями лидарных измерений, а также анализа стратосферного аэрозольного фона. Авторы использовали глобальное трёхмерное моделирование лагранжева переноса, включая трассеры поверхностного происхождения, а также обратные траектории, чтобы идентифицировать области источников аэрозольных частиц, измеренных над Ню-Олесунном. Они проанализировали лидарные данные за 2021 год и обнаружили, что стратосфера в целом оставалась ясной, без явных слоев аэрозоля от извержений вулканов или сжигания биомассы. Тем не менее был обнаружен очевидный годовой цикл коэффициента обратного рассеяния с более высокими значениями в конце лета-осенью и более низкими значениями в конце зимы. Результаты работы модели CLaMS показывают, что с конца лета до начала осени нити с высоким содержанием воздуха, происходящие из Южной Азии – одного из самых загрязнённых регионов мира – достигают Арктики на высотах между 360 и 380 К потенциальной температуры. Авторы обнаружили совпадающее измерение между прохождением такой нити и лидарными наблюдениями и подсчитали, что обратное рассеяние и деполяризация увеличились примерно на 15% во время этого события по сравнению с фоновой концентрацией аэрозоля. Таким образом, показано, что азиатский летний муссон является слабым, но измеримым источником арктических стратосферных аэрозолей в конце лета – начале осени.

*AWIPEV - французско-немецкая исследовательская база в Ню-Олесунне, Шпицберген, организованная совместно Немецким институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) и Французским полярным институтом им. Поля-Эмиля Виктора (IPEV).

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7535/2024/

Новое исследование предполагает, что морская жизнь всё чаще сталкивается с тройной угрозой: экстремальной температурой воды, низким уровнем кислорода и подкислением воды. 

Морская жизнь в толще воды зависит от правильного сочетания температуры воды, кислотности и уровня кислорода, поэтому такие существа, как рыбы и планктон, могут сильно пострадать от сильных региональных колебаний любого из этих параметров. Когда два или даже все три «выходят из строя», окружающая среда может стать непригодной для жизни для многих видов. 

Поскольку изменение климата, как правило, приводит к нагреванию океана, повышению его кислотности и снижению уровня кислорода, растёт обеспокоенность по поводу этих региональных событий с множеством угроз, известных как экстремальные явления, связанные с комплексными угрозами. 

Теперь Вонг и др. (Wong et al.) сообщают, что с начала 1960-х годов крайности в отношении комплексных угроз усиливались: увеличивались в объёме, длились дольше и возникали чаще. Команда пришла к этим выводам, используя модель системы Земли для создания компьютерного моделирования верхних 300 метров Мирового океана с 1961 по 2020 гг. 

Анализ показывает, что к 2020 году экстремальные явления с сочетанием трёх угроз — события, включающие сближение экстремальных температур, высокой кислотности и низкого уровня кислорода — занимали в 39 раз больший объём океана, длились в три раза дольше и были в шесть раз более интенсивными, чем в начале 1960-х гг. Эти явления тройной угрозы происходят в тропических водах и в северной части Тихого океана и, как правило, связаны с циклическим глобальным климатическим режимом, известным как Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК). 

Моделирование также показало, что в целом экстремальные условия двойной и тройной угрозы длятся 10–30 дней и уменьшают количество обитаемого пространства в затронутой толще воды до 75%. Изменение климата, вызванное антропогенной деятельностью, является основной движущей силой эскалации этих экстремальных явлений. 

Эти результаты могут стать основой для дальнейших исследований воздействия экстремальных значений комплексных угроз на различные виды, экосистемы и рыболовство. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001059, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/in-hot-water-and-beyond-marine-extremes-escalate

Гидрологическое моделирование предполагает, что к 2100 году более 65% населения мира может, по крайней мере время от времени, не иметь доступа к чистой воде. 

Она падает с неба и в некоторых частях мира свободно вытекает из кранов. Но доступ к чистой воде является проблемой для значительной части населения, и в ближайшие десятилетия ситуация может только ухудшиться, как показывают новые модельные исследования. Около 55% населения мира в настоящее время испытывают проблемы с доступом к чистой воде как минимум один месяц в году, а к 2100 году это число может превысить 65%, подсчитали исследователи. Исследователи предполагают, что минимизация дефицита воды сейчас и в будущем будет зависеть от ограничения использования воды, уменьшения загрязнения и смягчения последствий изменения климата. 

От сельского хозяйства до производства, приготовления пищи и питья — существование человека неразрывно связано с наличием чистой воды. Эта потребность отражена в цели 6 ООН в области устойчивого развития, одной из 17 целей, представляющих задачи глобального развития. 

Но надёжный доступ к чистой воде во многих частях мира представляет собой танец: доступность и спрос на воду должны быть синхронизированы не только географически, но и во времени, сказал Эдвард Джонс (Edward Jones), специалист по гидрологии и моделированию качества воды в Утрехтском университете в Нидерландах. «Существуют сильные сезонные колебания доступности и качества и, в некоторой степени, спроса». 

Количество и качество 

Джонс и его коллеги использовали гидрологическую модель для оценки дефицита воды во всём мире до 2100 года. 

Одним из инновационных аспектов их исследований был учёт не только количества воды (традиционный фокус исследований дефицита воды), но и качества воды. «Мы выходим за рамки более традиционного образа», — сказал Джонс. 

Хотя нехватка воды является очевидной проблемой: «Если мы открываем кран, а вода не течёт, это очень заметно», — сказал Джонс, — проблема качества воды не менее важна. «Это всегда был невидимый брат доступности воды», — продолжил он. «Пришло время задуматься и о качестве воды». 

Чтобы оценить количество и качество воды, Джонс и его коллеги рассмотрели пять глобальных климатических моделей. Результаты этих моделей — температура воздуха, осадки и суммарное испарение — в свою очередь, используются в гидрологической модели, которая отражает круговорот воды и то, как вода перемещается между поверхностными и подземными резервуарами. По словам Джонса, было важно проанализировать несколько климатических моделей, потому что в каждой из них есть некоторая неопределённость. «Мы пытаемся показать диапазон того, что может произойти». 

Гидрологическая модель, которую использовала команда, параметризовала потребности в воде в бытовом, промышленном, животноводческом и ирригационном секторах. Исследователи также полагались на отдельную модель качества поверхностных вод, учитывавшую потенциальные загрязнители воды, вызванные антропогенной деятельностью, такой как сельскохозяйственные стоки и неправильное управление сточными водами. Эти загрязнители включали соли, органические загрязнения и бактериальные патогены. 

По словам Джонса, допустимые уровни загрязнения могут варьироваться в зависимости от того, как используется вода. «Мы рассматриваем разные пороговые значения, связанные с разными секторами». Вода, предназначенная для бытового использования, должна была иметь наименьший уровень загрязнения, а вода, используемая для орошения, могла быть наиболее загрязнённой. 

Чтобы выяснить, как дефицит воды будет развиваться с течением времени, Джонс и его коллеги рассмотрели три сценария, сочетающие пути репрезентативной концентрации (RCP) и общие социально-экономические пути (SSP). Эти сценарии описывают не только экологические изменения температуры воздуха, осадков и суммарного испарения, связанные с изменением климата, но также социальные сдвиги, такие как рост населения, урбанизация, а также технологическое и экономическое развитие. Исследователи рассмотрели ежемесячные результаты своего моделирования в ячейках сетки размером примерно 10 × 10 километров. 

Важность эффективности 

Исследователи были удивлены, обнаружив, что рассматриваемый ими наихудший сценарий — RCP 8.5 и SSP 5 — не привёл к тому, что наибольшее количество людей столкнулось с нехваткой чистой воды. Исследователи объяснили этот результат ускорением экономического развития и повышением эффективности использования воды, заложенным в этот конкретный SSP. Сценарий, определенный RCP 7.0 и SSP 3, привёл к тому, что самая большая популяция испытывает нехватку чистой воды, сообщила команда в журнале Nature Climate Change. 

При интерпретации подобных результатов важно помнить их контекст, говорит Бриджит Скэнлон (Bridget Scanlon), гидролог из Техасского университета в Остине, не участвовавшая в исследовании. Например, выбор авторов параметризовать дефицит чистой воды как отсутствие доступа к чистой воде всего один месяц в году является довольно консервативным, сказала Скэнлон. «Вероятно, вы сможете справиться с дефицитом один месяц в году». По её словам, сосредоточение внимания на длительной нехватке воды, вызванной, например, многолетними засухами, может быть более наглядным способом рассмотрения проблемы нехватки чистой воды. Однако другие исследования также рассматривали дефицит воды на основании нехватки воды, возникающей один месяц в году. 

В этой работе также рассматривался лишь ограниченный диапазон загрязнителей воды и не учитывались такие соединения, как мышьяк и нитраты, сказала Скэнлон, ведущая подкаста о водных ресурсах. «Они не принимают во внимание природные загрязнения». По её словам, это упущение могло привести к тому, что результаты команды были занижены. «Всё может быть даже хуже, чем то, что они преподносят». 

Джонс и его коллеги признали, что сокращение дефицита чистой воды в будущем потребует согласованных усилий. Существует три проблемы, которые необходимо решить, и каждая из них представляет собой не что иное, как серьёзное предприятие: ограничение изменения климата, сокращение использования воды и минимизация загрязнения окружающей среды. «Эти три аспекта действительно являются ключевыми», — сказал Джонс.

Ссылка: https://eos.org/articles/water-scarcity-likely-to-increase-in-the-coming-decades