Водяной пар в атмосфере играет решающую роль в глобальном энергетическом балансе, гидрологическом цикле и климатической системе. Высококачественные и согласованные данные о водяном паре из разных источников жизненно важны для прогнозирования погоды и исследований климата. В этом исследовании оценивается соответствие между радиозатмением спутниковой миссии Formosa 3 – Групповой системой наблюдения за метеорологией, ионосферой и климатом (FORMOSAT-3/COSMIC) и реанализом Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF, ERA5) в наборах данных по водяному пару. Сравнения проводятся на разных уровнях атмосферного давления (300, 500 и 850 гПа) в период с 2007 по 2018 гг. В целом два набора данных показывают хорошее пространственное и временное соответствие. Глобальное удаление водяного пара у COSMIC немного ниже, чем у ERA5, на высотах 500 и 850 гПа, с явными различиями по широте между полушариями. COSMIC демонстрирует глобальные тенденции увеличения водяного пара на 3,47 ± 1,77% за десятилетие, 3,25 ± 1,25% за десятилетие и 2,03 ± 0,65% за десятилетие при давлениях 300, 500 и 850 гПа соответственно. Значительная региональная изменчивость тенденций водяного пара, включающая заметные закономерности увеличения и уменьшения, наблюдается в тропических и субтропических регионах. На уровнях 500 и 850 гПа сильные тенденции увеличения водяного пара отмечаются в экваториальной части Тихого океана и Лаккадивского моря, тогда как тенденции к снижению очевидны в Индо-Тихоокеанском регионе и Аравийском море. На суше существенные тенденции к увеличению на уровне 850 гПа наблюдаются на юге Соединённых Штатов, в отличие от тенденций к снижению на юге Африки и в Австралии. Различия между тенденциями содержания водяного пара COSMIC и ERA5 в основном отрицательны в тропических регионах на высоте 850 гПа. Однако тенденции увеличения содержания водяного пара на высоте 850 гПа, оценённые по данным COSMIC, значительно выше, чем тенденции, полученные на основе данных ERA5 для двух низковысотных океанических регионов с богатыми слоисто-кучевыми облаками к западу от Африки и Южной Америки. Эти регионы с заметными различиями в тенденциях водяного пара расположены в зоне внутритропической конвергенции с частыми проявлениями конвекции, например, глубокими облаками. Разница в характеристиках распределения водяного пара между радиозатмением и ERA5 в регионах с глубокими облаками может вызвать такие различия в тенденциях. Оценки пространственно-временной изменчивости водяного пара, полученного с помощью радиозатмения, и реанализа данных о водяном паре в атмосфере помогают обеспечить качество этих наборов данных для исследований климата.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/14187/2023/

По мере потепления климата ожидается увеличение рисков для здоровья, связанных с жарой, которые могут усугубляться эффектом городского острова тепла (ГОТ). ГОТ также могут обеспечить защиту от холодной погоды, но чёткая количественная оценка их воздействия на здоровье человека в разных городах и сезонах всё ещё изучается. Авторы приводят оценку рисков смертности, связанных с ГОТ, с разрешением 500 м для 85 европейских городов в 2015-2017 гг. Наибольшие последствия обнаруживаются во время экстремальной жары: медианное увеличение риска смертности, связанного с ГОТ, составляет 45% по сравнению со снижением на 7% во время экстремально низких температур. Однако затяжные холодные сезоны приводят к более сильному комплексному защитному эффекту. В среднем вызванная ГОТ смертность, связанная с жарой/холодом, влечёт экономические последствия в размере 192 - 314 евро на взрослого городского жителя в год в Европе, что сопоставимо с загрязнением воздуха и транспортными расходами. Эти результаты побуждают стратегии, направленные на проектирование более здоровых городов, на учёт сезонности воздействия ГОТ, а также учёт социальных издержек, их контролирующих факторов и внутригородской изменчивости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-43135-z

Примерно 90% избыточного тепла, накопленного Землёй в результате антропогенного изменения климата, было поглощено океанами, тем самым сдерживая повышение температуры атмосферы. Большая часть этого тепла была передана с поверхности в глубины океана в результате крупномасштабной циркуляции океана. Был ли этот механизм активен до того, как люди начали нагревать планету? Лу и др. (Lu et al.) сообщают о наблюдениях за приполярными отложениями Северной Атлантики, показывающих, что Атлантическая меридиональная циркуляция океана смягчала изменения температуры атмосферы и верхних слоёв океана в течение, по крайней мере, последних 1200 лет за счёт быстрой передачи тепла от поверхности к глубинам океана. 

Инструментальные наблюдения за подповерхностным потеплением океана показывают, что поглощение тепла океаном замедлило потепление поверхности в ХХ веке. Авторы представляют записи с высоким разрешением из субполярных отложений Северной Атлантики, согласующиеся с инструментальными наблюдениями за поверхностным и глубинным потеплением/«освежением», а также реконструируют соотношение поверхностных и глубинных значений за последние 1200 лет. Участки на глубине ~1300 метров и ниже предполагают похолодание на ~0,5 градуса Цельсия во время перехода от средневековой климатической аномалии к малому ледниковому периоду, которое началось в ~1350 ± 50 г. нашей эры, тогда как наземные записи предполагают асинхронное начало похолодания, охватывающее ~600 лет. Эти данные позволяют предположить, что циркуляция океана объединяет поверхностную изменчивость, которая быстро передаётся на глубину благодаря атлантической меридиональной циркуляции океана, подразумевая, что океан смягчал температуру поверхности Земли на протяжении последнего тысячелетия, как и сегодня.

Ссылка: https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adf1646

Извержение вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай (ХТХХ) 15 января 2022 года является беспрецедентным в современную эпоху как по количеству водяного пара, выброшенного в стратосферу, так и по глубине проникновения. Возмущение содержания водяного пара и сульфатных аэрозолей от этого вулкана значительно изменило температуру, динамику и химический состав стратосферы, включая уменьшение содержания озона в стратосферном столбе, который необходим для защиты жизни на Земле от вредного ультрафиолетового излучения. Здесь с использованием спутниковых данных анализируется глобальная эволюция впрыскиваемого водяного пара по широте, высоте и времени за год после извержения. Выявлены значительные изменения концентраций различных химических соединений в стратосфере, которые связаны с извержением ХТХХ. 

Взрывное извержение вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай 15 января 2022 года привело к выбросу большего количества водяного пара в стратосферу и на большие высоты, чем когда-либо наблюдалось в эпоху спутников. Здесь рассматривается эволюция впрыскиваемого в стратосферу водяного пара в зависимости от широты, высоты и времени в течение года после извержения (с февраля по декабрь 2022 г.), а также выявляются и анализируются возмущения химического состава стратосферы, возникающие в результате увеличения количества сульфатных аэрозолей и водяного пара. Среднее расчётное распределение массы дополнительного водяного пара между полушариями в 2022 году составит примерно 78% в Южном и 22% в Северном полушарии. Существенные изменения в составе стратосферы после извержения ХТХХ выявлены посредством наблюдений с помощью спутникового прибора Aura Microwave Limb Sounder. Доминирующими особенностями в среднемесячных вертикальных профилях, осреднённых в пределах широтного диапазона 15°, являются уменьшение содержания O₃ (–14%) и HCl (–22%) в средних широтах Южного полушария и увеличение ClO (>100%) и HNO₃ (43%) в тропиках с перечисленными пиковыми возмущениями уровня давления. Аномалии содержания озона в столбе 1,2–100 гПа из-за извержения ХТХХ включают повсеместное снижение содержания O₃ в средних широтах Южного полушария и его увеличение в тропиках с пиковыми аномалиями в интервале 15° широты со среднемесячными значениями примерно -7% и +5%, соответственно, происходящие южной весной. Используя трёхмерную модель химии-климата-аэрозолей и корреляции наблюдательных индикаторов, авторы обнаружили, что изменения в составе стратосферы обусловлены как динамическими, так и химическими факторами.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2301994120

В качестве вклада в проект «Региональная оценка углеродного цикла и процессов, фаза 2» (RECCAP2) авторы представляют синтезированные оценки потоков CO₂ из морского воздуха в Северном Ледовитом океане и их неопределённостей на основе продуктов наблюдений за pCO₂ на поверхности океана, биогеохимических ретроспективных прогнозов океана и моделей ассимиляции данных, а также атмосферных инверсий. За период 1985–2018 гг. Северный Ледовитый океан был чистым стоком CO₂ в размере 116 ± 4 ТгС/год в продуктах pCO₂, 92 ± 30 ТгС/год в моделях и 91 ± 21 ТгС/год в атмосферных инверсиях. Поглощение CO₂ достигает пика в конце лета и начале осени и снижается зимой, когда морской лёд препятствует потокам морского воздуха. Долгосрочное среднее поглощение CO₂ в Северном Ледовитом океане в первую очередь вызвано стационарными потоками природного углерода (70% ± 15%) и усиливается с увеличением содержания CO₂ в атмосфере (19% ± 5%) и с изменением климата (11% ± 18%). Среднегодовое поглощение CO₂ увеличивалось с 1985 по 2018 год со скоростью 31 ± 13 ТгС год^-1 дек^-1 в продуктах pCO2, 10 ± 4 ТгС год^-1 дек-1 в моделях и 32 ± 16 ТгС год^-1 дек⁻¹ в атмосферных инверсиях. Более того, 77% ± 38% тенденции чистого поглощения CO₂ с течением времени вызваны изменением климата, в первую очередь из-за быстрого таяния морского льда в последние годы. А истинные неопределённости могут быть больше, чем заданные стандартные отклонения ансамбля из-за общих структурных ошибок во всех отдельных оценках.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GB007806

Потепление климата увеличивает ассимиляцию углерода при росте растений, а также ускоряет выбросы CO₂ в многолетней мерзлоте; однако общий баланс CO₂ в экосистемах в регионах многолетней мерзлоты и его экономические последствия остаются в значительной степени неизвестными. Авторы синтезируют измерения суммарного обмена CO₂ в экосистемах на месте (in situ) для оценки текущих и будущих балансов углерода в северных регионах многолетней мерзлоты с использованием модели случайного леса и расчёта их экономических последствий в рамках сценариев общих социально-экономических путей на основе модели PAGE-ICE. По их оценкам, современные выбросы CO₂ составляют 1539 Тг C в межвегетационный период и поглощение CO₂ в 2330 Тг C в вегетационный период соответственно. Температура воздуха и осадки оказывают наибольшее влияние на суммарный экосистемный обмен в межвегетационный период, тогда как индекс площади листьев играет более важную роль в вегетационный период. Этот регион, вероятно, превратится в источник углерода после 2057 года в рамках сценария SSP5-8.5 с суммарными выбросами 17 Пг C в течение 2057–2100 гг. Суммарные экономические выгоды от бюджета на выбросы CO₂ составят $4,5, $5,0 и $2,9 трлн в рамках сценариев SSP1-2.6, SSP2-4.5 и SSP5-8.5 соответственно. Эти результаты показывают, что путь с высокими выбросами значительно снизит экономическую выгоду от ассимиляции углерода в северных регионах многолетней мерзлоты.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2023GB007750

Измерение глобальных осадков важно для количественной оценки и понимания систем Земли. Хотя датчики составляют основу традиционных измерений, глобальные измерения по-настоящему возможны только с использованием спутниковых наблюдений. За последние 50–60 лет спутниковые системы превратились в комплексный набор систем наблюдения, включая множество датчиков, способных измерять осадки. Несмотря на то, что был достигнут значительный прогресс в разработке и внедрении схем сбора данных об осадках, многие методы были сосредоточены на сборе данных по регионам с чётко определёнными системами осадков, например, в тропиках. В более высоких широтах такие схемы поиска менее успешны в обеспечении точных и последовательных оценок осадков, особенно из-за большого разнообразия режимов осадков. Кроме того, растущее преобладание снегопадов в более высоких широтах создаёт ряд проблем, требующих дальнейшей и срочной работы. В этой статье рассматривается состояние текущих наблюдений и схем поиска, подчёркивая ключевые факторы, которые необходимо учитывать для улучшения оценки и измерения осадков в средних и высоких широтах.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/11/1677

Чтобы смягчить последствия потепления климата, многие страны взяли на себя обязательство достичь углеродной нейтральности в середине XXI века. Авторы оценивают глобальное воздействие изменения парниковых газов, аэрозолей и тропосферного озона (O₃) на пути к углеродной нейтральности на климат и экстремальные погодные явления индивидуально, используя модель системы Земли CESM1. Результаты показывают, что будущее сокращение аэрозолей в значительной степени повлияет на потепление климата и на увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений по мере приближения к углеродной нейтральности, а воздействие аэрозолей намного перевешивает воздействие парниковых газов и тропосферного O₃. Это переворачивает представление о том, что меняющиеся выбросы парниковых газов доминируют в будущих изменениях климата, как это было предсказано. Таким образом, для достижения целевого показателя потепления на 1,5°C и смягчения вредных эффектов сопутствующего сокращения аэрозолей на климат и экстремальные погодные явления в условиях углеродной нейтральности в будущем необходимо существенное сокращение выбросов парниковых газов и содержания O₃ в тропосфере.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42891-2

Арктика нагревается в четыре раза быстрее, чем в среднем по миру, что приводит к значительным изменениям в окружающей среде. Учитывая чувствительность природных источников метана (CH₄) к условиям окружающей среды, ожидается, что повышение температуры в Арктике приведёт к увеличению выбросов CH₄, особенно из-за таяния многолетней мерзлоты и воздействия органических веществ. Поэтому некоторые оценки предполагают наличие арктической «метановой бомбы», из которой быстро высвобождаются огромные количества CH₄. В этом исследовании изучается способность сети наблюдений на месте (in-situ) обнаруживать подобные события в Арктике, в целом слабо охваченном мониторингом регионе. Используя модель атмосферного переноса FLEXPART и различные сценарии выбросов CH₄, авторы обнаружили, что районы с плотной сетью наблюдения могут обнаружить «метановую бомбу» через 2–10 лет. Напротив, регионам с редким охватом потребуется от 10 до 30 лет с возможными ложными срабатываниями в других областях.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-2308/

Авторы объединили прогнозы климата XXI века с хорошо зарекомендовавшей себя моделью качества воды, чтобы отобразить будущие экологические изменения в водохранилище Раппбоде в Германии. Полученные результаты документируют цепочку климатических эффектов, распространяющихся через водную экосистему и мешающих снабжению питьевой водой: интенсивное потепление климата (сценарий RCP8.5) сначала вызовет сильное повышение температуры воды, что, в свою очередь, приведёт к металимнетической гипоксии, ускорению высвобождения питательных веществ в отложениях и, наконец, к усилению цветения цианобактерий Planktothrix Rubescens. Такие неблагоприятные изменения качества воды будут подавляться в соответствии со сценариями RCP2.6 и RCP6.0, что указывает на то, что смягчение последствий изменения климата повышает водную безопасность. Представленные результаты также показали, что отвод воды с поверхности может стать эффективной стратегией адаптации, позволяющей сделать экосистему водоёма более устойчивой к потеплению климата. Выявленные последствия потепления климата и стратегии адаптации актуальны для многих глубоководных районов умеренной зоны, и вывод должен предоставить важные рекомендации для заинтересованных сторон в борьбе с потенциальными изменениями климата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-023-01950-0