Исследователи использовали глубокое обучение, чтобы заполнить пробелы в «неоднородных» данных о качестве воды, выявив десятилетнюю тенденцию к более тёплым и менее насыщенным кислородом рекам, что может иметь тревожные последствия.

Дефицит или отсутствие кислорода в водоёмах Земли может увеличить выбросы парниковых газов, мобилизовать токсины металлов и задушить водную жизнь, дышащую кислородом. Хотя деоксигенация относительно распространена в таких водоёмах, как озёра и океаны, новое исследование в журнале Nature Climate Change сообщает, что реки в Соединённых Штатах и ​​Центральной Европе нагреваются и теряют кислород даже быстрее, чем океаны.
Учёные использовали модель глубокого обучения, чтобы заполнить пробелы в данных о качестве и температуре воды за четыре десятилетия, собранных в 796 реках. Эта модель позволила им реконструировать тенденции, которые иначе было бы невозможно выделить в мешанине исторических данных. Запуская свою модель в будущее, исследователи предсказывают, что уровень кислорода будет падать в 1,5–2,5 раза быстрее, чем за последние 40 лет.
«Показатель невелик, но вы меняете исходный уровень таким образом, что экстремальные явления могут стать более частыми», — сказала эколог водных экосистем Джоанна Блащак (Joanna Blaszczak) из Университета Невады, Рино, не участвовавшая в исследовании. «И эти крайности имеют множество последствий — как биогеохимических, так и для водных сообществ».
Как и погода, уровень растворённого кислорода меняется изо дня в день. Но подобно тому, как более высокие средние температуры означают более частые и чрезвычайно жаркие дни, устойчивый низкий базовый уровень растворённого кислорода означает более частые и интенсивные понижения, что может привести к образованию «мёртвых зон» для водных организмов, которым для дыхания необходим кислород. Это также может стимулировать выбросы парниковых газов, поскольку аноксия подталкивает бактерии переключиться с дыхания кислородом на другой метаболизм, производящий закись азота, мощный парниковый газ. Многие токсичные металлы, такие как мышьяк, также чувствительны к кислороду и легче перемещаются по рекам в периоды сильной гипоксии.

Неоднородные данные препятствуют усилиям

На первый взгляд связь между температурой и растворённым в воде кислородом очевидна: кислород легче растворяется в холодной воде, чем в тёплой. Эта взаимосвязь является одной из причин, почему ожидается, что изменение климата приведёт к снижению уровня растворённого кислорода в некоторых водных путях.
Но реки — это не лабораторные колбы. В реальном мире дела обстоят сложнее.
Например, реки аэрируются своим течением. А биологическая активность в реках может либо увеличивать количество кислорода, что происходит во время фотосинтеза, либо расходовать его — при дыхании животных и бактерий. Ландшафты, по которым пересекаются реки, также могут существенно влиять на растворённый кислород.
Таким образом, учёные не могут просто предположить, что изменение климата приведёт к аноксии в реках повсюду. Им нужны реальные данные. К счастью, у таких агентств, как Геологическая служба США, есть опыт десятилетий. Есть только одна загвоздка.
«Данные, как правило, относительно скудны», — сказал учёный-эколог Вэй Чжи (Wei Zhi) из Хохайского университета в Нанкине, Китай.
Как и следовало ожидать от данных, собранных за несколько десятилетий, агентствами и странами, данные о качестве рек являются «неоднородными», согласилась Блащак. И эта неоднородность блокирует усилия по восстановлению надёжных крупномасштабных исторических тенденций в таких вещах, как температура рек и растворённый кислород.

Глубокое обучение раскрывает тенденции

Чжи и его коллеги полагали, что глубокое обучение могло бы заполнить пробелы в исторических данных. Поэтому, используя данные о качестве воды, температуре, топографии, землепользовании и погоде, они обучили тип нейронной сети, называемый моделью долгой краткосрочной памяти, для прогнозирования температуры и уровня растворённого кислорода в реках США и Центральной Европы. По словам Чжи, длинная кратковременная память — это классическая модель заполнения временных рядов.
«Они смогли использовать эту модель долговременной краткосрочной памяти, столь глубокого обучения, чтобы реконструировать прошлые исторические временные ряды, а затем оценить тенденции», — сказала Блащак. «Они преодолевают ограничения по разреженности данных».
Тенденции показали, что 87% рек, учитываемых в исследовании, потеплели в период с 1981 по 2019 гг., при этом средние темпы потепления составили 0,16°C и 0,27°C за десятилетие для США и Центральной Европы соответственно. Около 70% рек лишились кислорода, при этом десятилетнее снижение средних концентраций растворённого кислорода в некоторых реках достигало 1–1,5%.
Из-за множества факторов, влияющих на реальные реки, прямая связь между более высокой температурой и деоксигенацией не полностью сохранилась: сельские реки нагревались меньше всего, но деоксигенация в них происходила быстрее всего.
«Сельскохозяйственные объекты обычно содержат много питательных веществ», — отмечает учёный-эколог Ли Ли (Li Li) из Университета штата Пенсильвания, коллега Чжи. «И это может стимулировать большую часть биологической активности, такой как дыхание», которое истощает кислород.
Кроме того, реки «теряют кислород быстрее, чем океаны», — говорит Ли. Это противоречит здравому смыслу, поскольку реки мелкие, хорошо аэрируются и освещаются солнечным светом, который обеспечивает фотосинтез, производящий кислород.
Как именно изменится та или иная река в будущем, будет зависеть от местных факторов. «Мы хотели бы провести исследование в глобальном масштабе», — сказала Ли, но на данный момент она и Чжи могут рассматривать только реки Северной Америки и Европы из-за ограничений данных. Несмотря на это, детальный характер их выводов выявил существенные региональные различия, которые невозможно было бы обнаружить с помощью других методов — как между Соединёнными Штатами и Центральной Европой (которая нагревается и дезоксигенирует быстрее), так и в пределах более мелких локальных территорий.
«И когда мы думаем о том, как мы можем управлять реками, чтобы как бы упреждающе попытаться замедлить темпы деоксигенации», — сказала Блащак, — «я чувствую, что это важный вывод».

Ссылка: https://eos.org/articles/rivers-are-warming-up-and-losing-oxygen

В последние десятилетия преимущественно толстый многолетний ледяной покров в Арктике превратился в более тонкий сезонный ледяной покров. Авторы разделили общую (наблюдаемую) потерю летней площади Арктики на термодинамическую и динамическую (конвергенция, гребень и экспорт) потери в течение спутниковой эры с 1979 по 2021 гг., используя лагранжеву модель отслеживания морского льда, основанную на спутниковых данных о скорости морского льда. Результаты показывают, что термодинамический сигнал доминирует в общей потере площади летнего льда, а динамический сигнал остаётся небольшим (~20%) даже в 2007 году, когда динамические потери были самыми большими. Потеря морского льда в результате уплотнения (в пределах конвергенции пакового льда) доминирует в динамической потере площади даже в годы, когда его экспорт является наибольшим. Результаты простой модели свободного дрейфа морского льда (Экмана), подкреплённые результатами лагранжевой модели, предполагают, что нелинейные эффекты между динамической и термодинамической потерей площади могут быть важны для крупных отрицательных аномалий протяжённости морского льда, в соответствии с предыдущими модельными исследованиями. Подробный анализ двух рекордных за всю историю годов, когда площадь льда была минимальной (2007 и 2012 гг.), — одного с полупостоянным максимумом в южной части моря Бофорта, а другого с непродолжительным, но сильным штормом в тихоокеанском секторе Арктики в конце лета — показывает, что уплотнение из-за конвергенции Экмана вместе с большим термодинамическим таянием в краевой зоне льда доминировало в потере площади морского льда в 2007 году, тогда как в 2012 году в нём преобладала дивергенция Экмана, усиленная обратной связью альбедо морского льда - вместе с ранним началом таяния. Авторы утверждают, что расхождение Экмана с более сильными летними штормами, когда Солнце находится высоко над горизонтом, является более вероятным механизмом «первого» освобождения Арктики ото льда.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/36/22/JCLI-D-22-0628.1.xml

Наводнения являются крупнейшим стихийным бедствием, с которым в настоящее время сталкивается Великобритания, хотя в последние годы участились случаи засух. Наводнения и засухи могут иметь разрушительные последствия для общества, приводя к значительному финансовому ущербу для экономики. Климатические модели предполагают, что осадки и изменения температуры усугубят будущие гидрологические экстремальные явления (в том числе наводнения и засухи). В будущем такие события, вероятно, станут более частыми и интенсивными; таким образом, для разработки планов адаптации прогнозы климатических моделей используются в гидрологических моделях для обеспечения будущих прогнозов водных ресурсов. «eFLaG» — это один из наборов прогнозов будущего речного стока, созданных для Великобритании на основе климатических прогнозов UKCP18 Метеорологического бюро Великобритании. Набор данных eFLaG предоставляет самые современные прогнозы одной модели в соответствии со сценарием RCP 8.5 для всей Великобритании. Подход QE-ANOVA использовался для разделения источников неопределённости для двух квантилей стока (высокий расход Q5 и низкий расход Q95) в масштабах времени ближайшего и отдалённого будущего для каждого из водосборов (186 ГБ в наборе данных eFLaG). Результаты предполагают большую неопределённость гидрологической модели, связанную с низкими расходами, и большую неопределённость региональной климатической модели для высоких расходов, которые остаются постоянными между показателями стока. Общая неопределённость увеличивается от близкого к отдалённому будущему, а водосборы с высокой концентрацией были выявлены с высокой степенью неопределённости в Юго-Восточной Англии.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03621-1

За последние четыре десятилетия площадь арктического морского льда быстро сокращалась, оказывая существенное влияние на арктический регион и за его пределами. В тот же период атлантическая меридиональная термохалинная циркуляция (AMТЦ) также имела тенденцию к снижению. Авторы исследуют роль AMТЦ в недавних изменениях морского льда в Арктике, сравнивая результаты четвёртой версии модели климатической системы с замедленными и стационарными AMТЦ в условиях антропогенного изменения климата. Обнаружено, что ослабление AMТЦ может замедлить темпы сокращения площади и объёма арктического морского льда на 36% и 22% в период с 1980 по 2020 гг. соответственно. Замедленная циркуляция океана приводит к уменьшению переноса тепла в северную Атлантику и, следовательно, к общему охлаждению внутреннего океана в арктическом «средиземноморье», что помогает уменьшить потерю арктического морского льда, прежде всего, за счёт термодинамических процессов, происходящих у основания морского льда.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105929

Северный Ледовитый океан сталкивается с драматическими изменениями окружающей среды и экосистем. В этом контексте в 2020 году был реализован международный проект исследования с участием нескольких судов для получения текущих исходных данных. В ходе исследования в районе открытого моря западной (тихоокеанской) части Северного Ледовитого океана были обнаружены необычно низкое содержание растворённого кислорода и подкислённая вода. Авторы показывают, что круговорот Бофорта сжимается к востоку от океанского хребта и образует фронт между водой внутри круговорота и водой из восточной (атлантической) Арктики. Это явление вызывает фронтальный поток на север вдоль океанского хребта. Этот поток, вероятно, переносит воду с низким содержанием кислорода и подкислённую воду в район открытого моря, пригодный для промысла; подобные биогеохимические свойства ранее наблюдались только на шельфовом склоне севернее Восточно-Сибирского моря.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41960-w

В России появится система государственного фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты. Постановление от 1 ноября 2023 года №1831 о её создании и функционировании подписал Председатель Правительства Михаил Мишустин. Отвечать за создание и функционирование этой новой подсистемы будет Росгидромет.

Ссылка: http://government.ru/docs/49962/

Океанские волны возбуждают непрерывные глобально наблюдаемые сейсмические сигналы. Авторы использовали данные 52 распределённых по всему миру сейсмографов для анализа волнового поля первичного микросейсма с вертикальной составляющей за период 14–20 сек. с конца 1980-х годов по август 2022 года. Этот сигнал в основном состоит из волн Рэлея, генерируемых тягой океанских волн на морском дне на глубине менее нескольких сотен метров и, таким образом, является показателем активности прибрежных волн. Показано, что при значимости 3σ увеличение сейсмических амплитуд происходит на 41 (79%) участке, а отрицательные тенденции возникают на восьми (15%) участках. Наибольшее абсолютное увеличение происходит для Антарктического полуострова с соответствующей амплитудой ускорения и энергетическими трендами (± 3σ) 0,037 ± 0,008 нм с^-2 год^-1 (0,36 ±0,08% год^-1) и 4,16 ± 1,07 нм² с^-2 год^-1 (0,58 ± 0,15% год^-1), где процентные тенденции относятся к историческим медианам. Предполагаемая глобальная средняя скорость увеличения энергии прибрежных океанских волн составляет 0,27 ± 0,03% год_-1 для всех данных и составляет 0,35 ± 0,04% год^-1 с 1 января 2000 года. Сильно коррелированные данные станций с сейсмическими амплитудами происходят на расстоянии более 50° друг от друга и показывают региональные и глобальные связи с явлениями Эль-Ниньо и Ла-Нинья.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42673-w

Изменение глобальной средней приземной температуры является важнейшим и широко используемым индикатором эволюции изменения климата. Однако любые изменения скорости потепления в десятилетнем масштабе скрадываются внутренней изменчивостью. Здесь показано, что повышение приземной температуры в последние годы влияния Ла-Нинья (2022 г.) соответствует 50-летнему тренду на 0,18°C/десятилетие. Авторы использовали модель системы Земли, чтобы отфильтровать модуляции скорости потепления в зависимости от температурных режимов поверхности моря и найти согласованные темпы потепления в четырёх основных рядах данных о глобальной температуре. Однако во всех сериях наблюдений они также обнаружили чёткие указания на увеличение темпов потепления примерно с 1990 года. Модели CMIP6 обычно не отражают эту наблюдаемую комбинацию долгосрочных темпов потепления и их недавнего увеличения.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01061-4

Прогресс в адаптации к изменению климата замедляется на всех направлениях, при том, что он должен, наоборот, ускоряться. Иначе человечеству не справиться с глобальным потеплением и его последствиями. Об этом сообщается в новом докладе Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП).

Активизировать усилия по адаптации

В отчете, опубликованном в преддверии саммита по климату COP28, который пройдет в Дубае с 30 ноября по 12 декабря, говорится, что потребности развивающихся стран в финансировании адаптации в 10-18 раз превышают международные потоки такого финансирования. Это на 50 процентов выше предыдущей оценки.
В результате растущих потребностей в финансировании адаптации и сокращения его потоков текущий дефицит оценивается в 194-366 миллиардов долларов в год. В то же время планирование и реализация адаптации застопорились. Эта может привести к серьезнейшим последствиям, особенно для наиболее уязвимых слоев населения.
«В 2023 году изменение климата стало еще более разрушительным и смертоносным: были побиты температурные рекорды, а штормы, наводнения, волны тепла и лесные пожары вызвали масштабные разрушения», – сказала Исполнительный директор ЮНЕП Ингер Андерсен.
«Эти нарастающие последствия [глобального потепления] говорят нам о том, что мир должен срочно сократить выбросы парниковых газов и активизировать усилия по адаптации для защиты уязвимых групп населения. Но ни того, ни другого не происходит», – добавила она.
Она отметила, что, даже если международное сообщество сегодня остановит выбросы всех парниковых газов, на рассеивание климатических изменений потребуются десятилетия.
«Поэтому я призываю политиков принять во внимание доклад о пробелах в адаптации, увеличить финансирование и сделать COP28 моментом, когда мир полностью возьмет на себя обязательство оградить страны с низкими доходами и обездоленные группы населения от разрушительного воздействия климата», – заявила Андерсен.

Финансирование, планирование и реализация

В отчете говорится, что в ближайшие два-три десятилетия для адаптации в развивающихся странах потребуется еще больше средства – от 215 до 387 миллиардов долларов в год.
Несмотря на это, потоки финансирования адаптации в развивающиеся страны сократились на 15 процентов – до 21 миллиарда долларов – в 2021 году.
Хотя пять из шести стран имеют по крайней мере один национальный инструмент планирования адаптации, прогресс в достижении глобального планирования замедляется. А количество адаптационных действий, поддерживаемых международными климатическими фондами, за последнее десятилетие не выросло.
В докладе упоминается исследование, показывающее, что 55 наиболее уязвимых к изменению климата стран за последние два десятилетия понесли убытки на сумму более 500 миллиардов долларов. Подобные потери резко возрастут в ближайшие десятилетия, особенно в отсутствие мер по смягчению последствий и адаптации.
Эксперты ЮНЕП также подчеркивают, что каждый миллиард, вложенный в адаптацию к прибрежным наводнениям, приводит к сокращению экономического ущерба на 14 миллиардов долларов. Между тем, 16 миллиардов долларов в год, инвестируемых в сельское хозяйство, помогут защитить от голода примерно 78 миллионов человек.
В этом отчете определены семь способов увеличения финансирования, в том числе за счет внутренних расходов, а также международного финансирования и финансирования частного сектора. Дополнительные возможности включают денежные переводы, увеличение и адаптацию финансирования для малых и средних предприятий, реализацию статьи Парижского соглашения о переключении финансовых потоков в сторону низкоуглеродного и климатически устойчивого развития, а также реформу глобальной финансовой архитектуры.

Ссылка: https://news.un.org/ru/story/2023/11/1446437

Надёжный и точный набор долгосрочных данных об осадках является незаменимым ресурсом для климатологических исследований и имеет решающее значение для применения в управлении водными ресурсами, сельском хозяйстве и гидрологии. Наборы данных, полученные SM2RAIN (от влажности почвы до дождя), представляют собой уникальный и полностью независимый глобальный продукт, оценивающий количество осадков на основе спутниковых наблюдений за влажностью почвы. Предыдущие исследования продемонстрировали высокий потенциал продуктов SM2RAIN в оценке количества осадков по всему миру. Здесь описан продукт осадков SM2RAIN-Climate, использующий влажность почвы v06.1 Инициативы по изменению климата Европейского космического агентства для определения ежемесячного глобального количества осадков за 24-летний период 1998–2021 гг. с пространственным разрешением в 1 градус. Оценка предлагаемого набора данных об осадках по сравнению с другими различными существующими современными продуктами демонстрирует надёжную работу SM2RAIN-Climate в большинстве регионов мира. Об этом свидетельствуют коэффициенты корреляции между SM2RAIN-Climate и современной продукцией, постоянно превышающие 0,8. Более того, результаты оценки указывают на потенциал SM2RAIN-Climate как независимого продукта об осадках от других спутниковых продуктов в плане определения глобальной тенденции осадков.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02654-6