В 2016 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований развернуло первую версию оперативной Национальной водной модели для прогнозирования водного цикла в континентальной части Соединённых Штатов. Во многих версиях публике доступны результаты почасовых исторических расчётов на несколько десятилетий. Во всех выпущенных на сегодняшний день файлах, содержащих моделируемый поток воды, имеется снимок условий модели во всей области за один временной шаг, что делает доступ к временным рядам технической и ресурсоёмкой задачей. В самой последней версии для извлечения полного временного ряда потока данных для одного местоположения требуется управление 367 920 файлами (~ 16,2 ТБ). В этой работе описан воспроизводимый процесс реструктуризации последовательного набора файлов потока пара Национальной водной модели для эффективного доступа к временным рядам и предоставлены реструктурированные наборы данных для версий 1.2 (1993–2018 гг.), 2.0 (1993–2020 гг.) и 2.1 (1979–2022 гг.). Эти наборы данных были доступны через сервер данных THREDDS с поддержкой OPeNDAP для публичного использования, и краткий анализ показывает, что последнюю версию модели не следует считать лучшей для всех мест. Также описан пакет R, ускоряющий извлечение данных, с примерами для различных вариантов использования.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02316-7

Состояние прогресса в адаптации к изменению климата в настоящее время неясно. Авторы применяют структурированное экспертное заключение для оценки нескольких аспектов, формирующих адаптацию (одинаково взвешенных): знание рисков, планирование, действия, возможности, фактические данные по снижению риска, долгосрочные стратегии. Этот подход применяется к 61 местному прибрежному тематическому исследованию, сгруппированному по четырём городским и сельским архетипам с целью разработать локально обоснованный взгляд на состояние глобальной прибрежной адаптации. Показано со средней степенью уверенности, что сегодняшняя глобальная адаптация прибрежных районов находится на полпути к полному адаптационному потенциалу. Городские архетипы обычно оцениваются выше, чем сельские (с широким распространением местных ситуаций), усилия по адаптации не сбалансированы по всем измерениям оценки, а разработка стратегии долгосрочных путей остаётся ограниченной. Результаты дают многомерную и локально обоснованную оценку глобальной адаптации прибрежных районов и закладывают новые основы для международных переговоров по климату, показывая, что есть возможности для уточнения глобальных целей адаптации и определения приоритетов, выходящих за рамки уровней развития.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01834-x

Приземные концентрации PM_2,5 значительно увеличились вследствие расширения городских территорий и плотного городского движения. Целью данного исследования является выяснение влияния множества факторов на приземные концентрации PM_2,5 с трёх точек зрения: фоновых климатических переменных, переменных городской морфологии и интенсивности выбросов, связанных с дорожным движением. Сначала были выбраны два участка, охватывающие несколько локальных блоков, для проведения мобильных измерений в разных климатических условиях. Наблюдаемые метеорологические параметры и концентрация PM_2,5 были получены с помощью изображений на основе ГИС. Эти результаты интерполяции температуры воздуха и относительной влажности показывают значительное пространственно-временное разнообразие, на которое большое влияние оказывают выбросы тепла и характеристики пространственной морфологии на локальных территориях. Концентрация PM_2,5 в дни измерений также значительно варьируется от самого низкого значения 44–56 мкг/м³ в октябре до примерно 500 мкг/м³ в декабре зимой в Харбине и колеблется от примерно 5 мкг/м³ до 50 мкг/м³ в Гуанчжоу летом. Корреляционный анализ показывает, что как климатические условия, так и характеристики городской морфологии существенно коррелируют с местной концентрацией PM_2,5. Особенно летом в Гуанчжоу концентрация PM_2,5 положительно коррелировала с интенсивностью источников выбросов уличного транспорта, при этом коэффициент корреляции достигал около 0,79. Многомерные нелинейные формулы были применены для определения связи между этими факторами и концентрацией PM_2,5 с более высокими определяемыми коэффициентами. Таким образом, предлагаются стратегии оптимизации для улучшения качества городского воздуха на локальных территориях. Этот атрибутивный анализ способствует экологически чистому городскому строительству.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/10/1583

Используя базы данных Китайской национальной инфраструктуры знаний и Web of Science, с помощью поиска по ключевым словам, авторы получили 487 статей, в которых использовались методы дистанционного зондирования для изучения интенсивности поверхностных городских островов тепла (SUHI) за последние 20 лет. По этим статьям был проведён многомерный анализ с точки зрения использованных методов исследования, особенностей пространственно-временного распределения области исследования, тенденций развития исследований и основных проблем. Исследование показало, что (1) тенденция роста различных методов исследования SUHI на протяжении многих лет была аналогична общей тенденции числа публикаций, которое быстро увеличивалось с 2009 года. (2) Среди методов исследования SUHI температурная дихотомия является наиболее широко используемой во всём мире; однако определение городских и сельских территорий составляет основную проблему. В последние годы постепенно появились методы зонирования гауссовой поверхности и локального климата; однако из-за ограничений различных уровней и масштабов городского развития эти методы требуют дальнейшего совершенствования. (3) Существуют определённые различия в применении методов исследования SUHI между Китаем и другими странами.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/10/1580

Новое исследование показывает, что страхование домов от наводнения часто является реакцией в ответ на наводнение, в то время как политика «сверху вниз» (top-down), ориентированная на устойчивость сообщества, может предложить более надёжную защиту.

Наводнения в Соединённых Штатах обходятся общинам более чем в 32 миллиарда долларов каждый год. Поскольку изменение климата приводит к всё более сильным и беспорядочным ураганам, эксперты прогнозируют, что в ближайшие годы это число увеличится: по прогнозам, к 2050 году риск наводнений возрастёт более чем на 26% в областях, где преобладает население чернокожих, коренных и цветных жителей.
На этом фоне Veigel et al. применили интерпретируемое машинное обучение, чтобы лучше понять эффективность стратегий устойчивости к наводнениям. Для создания модели машинного обучения команда выбрала 400 поведенческих и социально-экономических переменных, влияющих на реагирование на стихийные бедствия и смягчение их последствий. Они включали как усилия в подходе «снизу вверх» (bottom-up) на уровне домохозяйств (например, страхование или усовершенствование имущества), так и политические меры в подходе «сверху вниз» (top-down), такие как политика на уровне сообщества. Авторы использовали данные открытого доступа по страхованию от наводнений Национальной программы страхования от наводнений и опроса американского сообщества, проведенного Бюро переписи населения США.
Результаты показали, что большинство домохозяйств приобретают страховку от наводнений лишь в случае серьёзных наводнений. Таким образом, жители населённых пунктов, которые не регулярно или не сильно подвергаются разрушительным наводнениям, с большей вероятностью останутся незастрахованными. Авторы также отмечают, что высокая текучесть жителей в городах часто ограничивает знания об истории наводнений, ослабляя усилия по смягчению последствий и подготовке к ним. В городских районах также обычно наблюдается меньшее распространение страхования.
Напротив, политики на уровне сообществ, такие как Система рейтингов сообществ Национальной программы страхования от наводнений, предлагают более активный подход. Эта система поощряет внедрение страхования с помощью размеров премии для сообществ, принимающих меры по смягчению последствий и управлению поймами. Авторы предполагают, что система могла бы более эффективно решать проблему неравенства в отношении риска наводнений, ориентируясь на недостаточно обслуживаемые сообщества, находящиеся в зоне риска.
Исследование подчёркивает предыдущие выводы о том, что уязвимые группы систематически более подвержены наводнениям и могут извлечь выгоду из повышения устойчивости. Данные показывают, что подходы «сверху вниз», такие как Система рейтингов сообществ CRS, предлагают упреждающие решения по наводнениям, помогающие устранить структурное неравенство в отношении риска. Хотя страхование от наводнений остаётся важнейшей стратегией управления рисками, зачастую это реактивный подход, дающий ограниченную помощь, если не сопровождается усилиями на уровне сообщества. (Earth’s Future, https://doi.org/10.1029/2023EF003571, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/machine-learning-highlights-ways-to-improve-flood-mitigation

Потепление в Арктике происходит в условиях увеличения пиков выбросов CO₂ зимой, но на него влияют летние воздействия за счёт сезонного накопления тепла в океане. Тем не менее, изменения в атмосферном переносе тепла в Арктику в основном исследовались в среднем за год или зимой, с ограниченным вниманием к другим сезонам. Авторы исследуют полный сезонный цикл переноса тепла к полюсу, смоделированный с увеличением содержания CO₂ или с индивидуально применяемой потерей арктического морского льда и глобальным потеплением морской поверхности. Обнаружено, что зимнее сокращение переноса сухого тепла обусловлено потерей и потеплением арктического морского льда, тогда как летнее увеличение переноса влажного тепла - субарктическим потеплением и увлажнением. Модельное арктическое потепление распространяется на сезонный перенос тепла к полюсу. Эти сезонные изменения и их межмодельное распространение хорошо фиксируются нисходящим диффузионным переносом тепла. Хотя изменения в переносе влажного и сухого тепла компенсируются в среднегодовом значении, их противоположная сезонность может поддерживать некомпенсирующее воздействие на потепление в Арктике.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105156

Быстрое сокращение морского льда в Арктике может повлиять на глобальные погодные условия, что делает понимание изменчивости погоды в Арктике жизненно важным для точного прогнозирования погоды и анализа экстремальных погодных явлений. Количественная оценка этой погодной изменчивости и её последствий в условиях антропогенного изменения климата остаётся сложной задачей. Авторы развили основанный на сложности подход и обнаружили сильную статистическую корреляцию между внутрисезонной погодной изменчивостью в Арктике и арктическим колебанием. Эти результаты подчёркивают повышенную изменчивость ежедневного количества морского льда в Арктике, что объясняется его сокращением, ускоренным глобальным потеплением. Эта погодная нестабильность может влиять на более широкие региональные закономерности через атмосферные удалённые связи, повышая риски для деятельности человека и предсказуемости прогнозов погоды. Представленный анализ выявляет эти удалённые связи и положительную обратную связь между арктической и глобальной погодной нестабильностью, предлагая понимание того, как изменения в Арктике влияют на глобальную погоду. Эта концепция объединяет комплексную науку, арктическую погодную изменчивость и её широкомасштабные последствия.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42351-x

Климат, технологии и социально-экономические изменения будут влиять на будущее использование энергии в городах. Однако текущий анализ с низким разрешением на уровне регионов недостаточен, чтобы надёжно помочь в принятии решений на уровне города. Авторы оценивают почасовое энергопотребление зданий в середине века в 277 городских районах США, используя подход «снизу вверх» (bottom-up). Прогнозируемое будущее изменение климата приведёт к неоднородным изменениям в интенсивности энергопотребления в городских районах, особенно при сценариях более сильного потепления, при этом в среднем на 10,1–37,7% увеличится частота пикового потребления электроэнергии в зданиях с интенсивным энергопотреблением, но в некоторых городах оно увеличится более чем на 110%. На каждый 1°C потепления средняя интенсивность энергопотребления для кондиционирования помещений в масштабе города увеличивается/уменьшается в среднем на ~14%/ ~ 10% для охлаждения/обогрева помещений. Изменения в использовании гетерогенных источников энергии в зданиях в масштабе города в первую очередь обусловлены изменениями в численности населения и энергетическом секторе, в среднем в диапазоне от –9% до 40% с постоянными градиентами с юга на север при различных сценариях. В рассматриваемых здесь сценариях изменения в потреблении энергии в зданиях в масштабе города, усреднённые по всем городским территориям, следующие: от –2,5% до –2,0% из-за изменения климата, от 7,3% до 52,2% из-за роста населения, и от –17,1% до –8,9% из-за декарбонизации электроэнергетики. Полученные результаты подчёркивают необходимость учёта межгородской неоднородности при разработке устойчивых городских энергетических систем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41458-5

Новый метод может преобразовать спутниковую информацию о высоте морской поверхности в понимание течений, тепловых потоков и, в конечном итоге, изменения климата.

Океанографы используют спутники, чтобы наблюдать за Землёй и измерять высоту поверхности океана. Эта информация может помочь им составить карту циркуляции океанских течений и понять роль, которую это движение играет в переносе тепла и изменении климата. Запущенный в конце 2022 года спутник топографии поверхностных вод и океана (SWOT) сможет делать снимки высоты морской поверхности в более точном масштабе, чем когда-либо прежде — десятки километров вместо сотен.
Подвох? Простые, основанные на физике методы преобразования высоты морской поверхности в значимую информацию об океанских течениях не применимы при таком высоком разрешении. Это потому, что пристальное рассмотрение океана также означает обнаружение волн под поверхностью воды. Хотя эти волны не влияют на океанские течения, они добавляют шум к наблюдениям за высотой морской поверхности.
Теперь Сяо и др. представляют новый метод машинного обучения для использования данных SWOT о высоте морской поверхности для оценки различных аспектов течения в верхних слоях океана. В методе применяется вычислительный подход, основанный на человеческом зрении, известный как свёрточная нейронная сеть, которую исследовательская группа обучила на данных реалистичного моделирования высоты морской поверхности и динамики течений.
Исследователи продемонстрировали, что их подход свёрточной нейронной сети может использовать мелкомасштабную высоту морской поверхности для оценки некоторых характеристик течения. Улучшив понимание того, как течения переносят тепло и углерод, учёные смогут лучше понять и предсказать изменение климата.
Исследователи отмечают, что это первоначальное достижение представляет собой подтверждение концепции, и необходимы дальнейшие исследования для усовершенствования нового метода, прежде чем его можно будет надёжно использовать с данными SWOT.
Тем временем SWOT будет продолжать снимать в высоком разрешении изображения не только океанов Земли, но и почти всех поверхностных вод по всему миру, включая озёра, реки и водохранилища. (Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES), https://doi.org/10.1029/2023MS003709, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/machine-learning-provides-a-clearer-window-into-ocean-motion

В данной статье исследуется применение индикаторов, связанных с климатом, в исследованиях насильственных конфликтов. Идея климатического конфликта набрала обороты в последние десятилетия, а изменение климата часто называют «мультипликатором угрозы» как политики, так и учёные. Тем не менее, взаимосвязь между явлениями, связанными с климатом, и насильственными конфликтами сложна и зависит от контекста. Однако климатическим индикаторам, применяемым в исследованиях климатических конфликтов, уделялось ограниченное внимание. Данная статья устраняет этот пробел путём анализа 32 исследований, опубликованных в период с 2004 по 2020 гг., посвящённых использованию климатических показателей и их взаимосвязи с насильственными конфликтами. Сначала в нём климатические индикаторы распределяются по пяти кластерам: стихийные бедствия, базовая изменчивость климата, повышенная изменчивость климата, наличие пресной воды и ЭНЮК (Эль-Ниньо Южное Колебание). Исследование оценивает климатические индикаторы для каждого кластера и показывает, что на совокупном уровне эти кластеры изучают 68 различных представлений климата. В сочетании с соответствующими типами конфликтов обнаружено в общей сложности 113 комбинаций климатических конфликтов. Большинство реализаций представляют собой различные формы связанных с климатом явлений и изменчивости, а не изменение климата. Некоторые показатели со временем совершенствуются, например, переход от изменений среднего количества осадков к стандартизированным индексам осадков. Однако другие индикаторы относятся к различным природным процессам, что затрудняет определение того, влияет ли изменчивость климата на конфликт. Затем в статье демонстрируется несоответствие между путями, посредством которых климат может влиять на насильственные конфликты, и представлением этих путей в выбранных климатических индикаторах. В ней обсуждается, что выбор и применение климатических индикаторов требуют тщательного рассмотрения, а исследуемые явления должны быть чётко определены в результатах исследований.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03617-x