Мониторинг пространственных и временных тенденций водопользования имеет первостепенное значение для обеспечения водной и продовольственной безопасности в речных бассейнах, испытывающих трудности из-за нехватки воды и аномальных погодных условий, вызванных изменением климата. Для количественной оценки водопотребления сельскохозяйственным сектором требуется непрерывный мониторинг в различных пространственных масштабах, от поля (< 1 га) до бассейна. Обусловленное спросом требование охвата больших площадей при одновременном предоставлении пространственно распределённой информации делает использование измерительных устройств на местах невозможным. Спутники наблюдения Земли и методы дистанционного зондирования предлагают эффективную альтернативу оценке безвозвратного использования воды (фактических потоков эвапотранспирации (ET_a)) с использованием периодических наблюдений в видимой и инфракрасной областях спектра. Однако оптическим спутниковым данным часто мешают шумы из-за облачного покрова, облачной тени, аэрозолей и других проблем, связанных со спутником, таких как отказ корректора линии сканирования в Landsat 7, нарушающий непрерывность временных наблюдений. Эти пробелы должны быть заполнены статистически, чтобы рассчитать агрегированные сезонные и годовые оценки ET_a. Авторы представляют подход к созданию заполненных пробелов многолетних ежемесячных карт ET_a со средним пространственным разрешением 30 м. Метод включает в себя два основных этапа: (i) оценку ET_a с использованием реализации модели поверхностного энергетического баланса на основе Python, называемой PySEBAL, и (ii) временную интерполяцию с использованием модели локально взвешенной регрессии с последующей пространственной интерполяцией на основе сплайнов для заполнения пробелов во времени и на местах. Этот подход применяется к большому бессточному бассейну озера Урмия с площадью поверхности ~ 52 970 км² в Иране за 2013–2015 гг. с использованием спутниковых данных Landsat 7 и 8. Результаты показывают, что реализованный подход к заполнению пробелов может реконструировать ежемесячную динамику ET_a по различным типам землепользования, сохраняя при этом высокую пространственную изменчивость. Сравнение с аналогичным набором данных из FAO WaPOR показало очень высокую корреляцию с R², равным 0,93. Исследование демонстрирует применимость этого подхода к более крупному бассейну, который можно расширить и воспроизвести на другие географические районы.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-38563-2

После рекордно жаркого июня большие территории США и Мексики, Южной Европы и Китая испытали сильную жару в июле 2023 года, побив многие местные рекорды высокой температуры.

В июле 2023 года в нескольких частях Северного полушария, включая юго-запад США и Мексику, Южную Европу и Китай, наблюдались экстремальные волны тепла. Температура превысила 50°C 16 июля в Долине Смерти в США, а также на северо-западе Китая (CNN, 2023). Рекорды были установлены и на многих других метеостанциях Китая, а 16 июля в Саньбао был побит общекитайский рекорд жары. В Европе самый жаркий день был зафиксирован в Каталонии, а самые высокие рекорды дневной минимальной температуры были побиты в других частях Испании. В США в некоторых частях Невады, Колорадо и Нью-Мексико были зафиксированы рекордно высокие температуры, самые высокие ночные температуры были в некоторых частях Аризоны, на Каймановых островах, а также в Фениксе, штат Аризона, где был установлен рекорд самого длительного времени, когда температура не опускалась ниже 32,2°C.
В США было подтверждено несколько смертей от жары, в том числе среди мигрантов на мексиканской границе. Только в Мексике от жары погибло более 200 человек. Испания, Италия, Греция, Кипр, Алжир и Китай также сообщили о смерти от жары, а также о значительном увеличении числа госпитализаций из-за болезней, связанных с жарой. Большая часть населения Италии и Испании, а также более 100 миллионов человек на юге США находятся под угрозой жары. Во всех трёх регионах резко вырос спрос на электроэнергию, что негативно сказалось на производстве ряда важных культур, включая оливковое масло в Испании и хлопок в Китае.
Учёные из инициативы World Weather Attribution объединились, чтобы оценить, в какой степени изменение климата, вызванное деятельностью человека, изменило вероятность и интенсивность экстремальной июльской жары в этих трёх регионах.
Используя опубликованные рецензируемые методы, авторы проанализировали, как антропогенное изменение климата изменило вероятность и интенсивность 1) средних максимальных температур за 18 дней в наиболее пострадавших регионах на западе США, в Техасе и на севере Мексики (рис. 1, вверху). 2) 7-дневные средние максимальные температуры над сушей в прямоугольнике (5° з.д. – 25° в.д., 36-45° с.ш.), охватывающем наиболее пострадавший регион (рис. 1, в центре). 3) 14-дневные средние максимальные температуры над низменностями Китая, вновь охватывавшие наиболее пострадавший регион (рис. 1, внизу).

Рис. 1. Максимальные температуры июля, усреднённые по продолжительности тепловых явлений, определённых для данного исследования (слева), и те же, но выраженные в аномалиях по отношению к 1950–2023 гг. (справа). В первом ряду показаны Западная часть США и Мексика, во втором – Южная Европа, а в третьем – Китай.

Главные выводы

Волны тепла являются одними из самых смертоносных природных опасностей: ежегодно тысячи людей умирают от причин, связанных с жарой. Однако о полном воздействии аномальной жары редко можно узнать до тех пор, пока не пройдут недели или месяцы, когда будут собраны свидетельства о смерти или когда учёные смогут проанализировать избыточное количество смертей. Во многих местах отсутствует надлежащий учёт смертей, связанных с жарой, поэтому имеющиеся в настоящее время данные о глобальной смертности, вероятно, занижены.
В соответствии с тем, что ожидалось в прошлых климатических прогнозах и отчётах МГЭИК, эти события сегодня уже не редкость. В последние годы в Северной Америке, Европе и Китае волны тепла всё чаще случались в результате потепления, вызванного деятельностью человека, поэтому нынешние волны тепла не являются редкостью в сегодняшнем климате, а событие, подобное нынешнему, ожидается примерно раз в 15 лет в регионе США/Мексики, раз в 10 лет в Южной Европе и раз в 5 лет в Китае.
Однако без антропогенного изменения климата эти тепловые явления были бы крайне редки. В Китае это произошло бы примерно один раз в 250 лет, в то время как максимальная жара, подобная июльской 2023 года, была бы практически невозможна в регионе США/Мексики и Южной Европы, если бы люди не нагревали планету, сжигая ископаемое топливо.
Во всех регионах волна тепла с той же вероятностью, что и наблюдаемая сегодня, была бы значительно холоднее в мире без изменения климата. Как и в предыдущих исследованиях, обнаружено, что волны тепла, определённые выше, на 2,5°C теплее в Южной Европе, на 2°C в Северной Америке и примерно на 1°C в Китае в сегодняшнем климате, чем они были бы, если бы не антропогенное изменение климата.
Если мир быстро не прекратит сжигание ископаемого топлива, эти явления станут ещё более частыми, и мир будет испытывать волны тепла, которые будут ещё более интенсивными и продолжительными. Волна тепла, подобная недавней, будет происходить каждые 2-5 лет в мире, где на 2°C теплее, чем доиндустриальный климат.
Планы действий в связи с жарой всё чаще реализуются во всех трёх регионах, и есть свидетельства того, что они приводят к снижению смертности, связанной с жарой. Кроме того, города, в которых предусмотрено планирование мер для экстремальной жары, как правило, более прохладные и уменьшают эффект городского острова тепла. Существует настоятельная необходимость в ускоренном развёртывании планов действий в связи с жарой в свете растущей уязвимости, вызванной пересекающимися тенденциями изменения климата, старения населения и урбанизации.

Ссылка: https://www.worldweatherattribution.org/extreme-heat-in-north-america-europe-and-china-in-july-2023-made-much-more-likely-by-climate-change/

С начала спутниковой эры температура поверхности моря (ТПМ) в Южном океане снизилась, несмотря на глобальное потепление. Хотя ранее сообщалось, что наблюдаемое похолодание Южного океана оказывает минимальное влияние на тропическую часть Тихого океана, недавно было показано, что эффективность этой дистанционной зависимости опосредована обратными связями субтропических облаков, которые в значительной степени определяются качеством модели. Здесь проведено взаимное сравнение модельных парных ансамблевых расчётов при историческом радиационном воздействии: одно со свободно развивающимися ТПМ, а другое с аномалиями ТПМ в Южном океане, вынужденными следовать наблюдениям. Раскрыто глобальное влияние наблюдаемого похолодания Южного океана в моделях с более сильными (и более реалистичными) обратными связями облаков на расширение антарктического морского льда, похолодание юго-восточной тропической части Тихого океана, смещение на север циркуляции Хэдли, ослабление алеутской депрессии и потепление в северной части Тихого океана. Таким образом, эти результаты показывают, что наблюдаемое снижение ТПМ в Южном океане могло способствовать более прохладным условиям в восточной тропической части Тихого океана в последние десятилетия.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300881120

Выявление и количественная оценка источников, а также выяснение воздействия ультрадисперсных частиц (УДЧ) на сложные городские среды важны для контроля загрязнения частицами и понимания взаимодействия УДЧ и климата. Предыдущие исследования внесли заметный вклад в эти аспекты, и необходимо провести обзор достижений. Здесь характеристики выбросов от транспортных средств и событий/процессов образования новых частиц и их влияние на УДЧ в городах обобщены в основном на основе последних достижений. Постоянно совершенствуемые методы измерения УДЧ сыграли жизненно важную роль в понимании их источников и последствий воздействия. Между тем, кадастры выбросов, модели рассеяния и модели рецепторов, как правило, работают лучше совместно и при использовании входных данных с высоким разрешением и скорректированных алгоритмов. Кроме того, взаимодействие между УДЧ и климатом обсуждается в основном путём связывания излучения, ядер конденсации облаков, осаждения частиц и условий окружающей среды, необходимых для процессов нуклеации. Хотя для городских УДЧ существует консенсус в отношении того, что выбросы от транспорта и процессы образования зародышей являются двумя основными источниками, а УДЧ и климат взаимодействуют в основном через излучение и ядра конденсации облаков, есть много других важных задач на будущее, и в этой работе перечислены семь из них. С научной точки зрения они включают в себя то, насколько другие источники, такие как промышленные и региональные, смешиваются с выбросами транспорта и процессами образования зародышей в источниках и как первичные загрязнители взаимодействуют с УДЧ (аэрозолями) в обратных связях аэрозоль-климат; и с технической точки зрения, как улучшить интеграцию инструментов и услуг настройки инструментов в соответствии с реальными ситуациями. Эти успехи и перспективы на будущее помогут более точно определить вклад выбросов и процессов нуклеации в УДЧ и лучше оценить влияние УДЧ. Несмотря на прилагаемые усилия, знания об основных источниках и воздействиях городских УДЧ ограничены и здесь отсутствуют детальные решения будущих задач, требующие совместных усилий в изучении УДЧ и смежных областей.

Ссылка: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590162123000217

Макроклиматические изменения влияют на экосистемы во всём мире. Однако большая часть наземных видов живёт в условиях, когда воздействие изменения макроклимата смягчается, например, в тени деревьев, и неизвестно, как эта буферизация повлияет на будущее перераспределение биоразнообразия под пологом леса в континентальном масштабе. Авторы показывают, что тенистые лесные подстилки из-за густых крон деревьев смягчают серьёзное воздействие потепления на биоразнообразие лесов, в то время как раскрытие крон усиливает воздействие изменения макроклимата. Межконтинентальный эксперимент по трансплантации в пяти контрастных биогеографических районах в сочетании с экспериментальным нагреванием и облучением был использован для параметризации моделей механистического демографического распределения с разрешением 25 м и прогнозирования текущего и будущего распределения 12 обычных видов растений подлеска с учётом влияния лесного микроклимата и плотности лесного покрова. Эти результаты подчёркивают, что микроклимат и густота лесов являются мощными инструментами для управляющих лесами и политиков для защиты лесного биоразнообразия от изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01744-y

Представлен новый набор данных с открытым исходным кодом FLODIS, связывающим оценки вызванных наводнениями перемещений людей, человеческих жертв и экономического ущерба с затопленными территориями, наблюдаемыми с помощью дистанционного зондирования. Набор данных связывает данные о перемещениях из Центра мониторинга внутренних перемещений (IDMC), а также данные о погибших и ущербе из базы данных о чрезвычайных ситуациях (EM-DAT) с Глобальной базой данных о наводнениях (GFD), спутниковой инвентаризацией исторических следов наводнений. Таким образом, он обеспечивает пространственную точную оценку опасности наводнения, лежащей в основе каждого отдельного стихийного бедствия. FLODIS содержит два набора данных с информацией о конкретных событиях для 335 случаев перемещения людей и 695 случаев смерти/нанесения ущерба, которые произошли по всему миру в период с 2000 по 2018 гг. Кроме того, авторы предоставляют оценки пострадавших населения, критически важной инфраструктуры и ВВП, а также социально-экономические показатели. Они обеспечивают геокодирование событий перемещения, приписываемых другим типам бедствий, таким как тропические циклоны, чтобы их можно было связать с соответствующими оценками опасности в будущей работе. FLODIS облегчает интегрированный анализ рисков наводнений, позволяя, например, проводить детальную оценку местного ущерба от наводнений и уязвимости к перемещению.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02376-9

Европейские ураганы вызывают социально-экономические потери. Прогнозы будущих потерь от таких ураганов зависят от неопределённостей, связанных с частотой и направлением ураганов, их интенсивностью, а также социально-экономическими сценариями. Авторы используют два индекса силы шторма, применяемые к объективно идентифицированным следам внетропических циклонов из мультимодельного ансамбля современных климатических моделей при различных будущих социально-экономических сценариях. Показано увеличение частоты штормов в северной и центральной Европе, где метеорологический индекс силы шторма увеличивается более чем в два раза. Взвешенный по численности населения индекс силы шторма более чем утроился из-за прогнозируемого роста численности населения. При адаптации к увеличению скорости ветра с использованием будущих пороговых значений ущерба увеличение взвешенного по населению индекса силы шторма компенсируется лишь частично, несмотря на снижение силы метеорологического шторма за счёт адаптации. В случае следования сценариям с более низкими выбросами будущее увеличение риска снижается, а взвешенный по численности населения индекс силы шторма увеличивается более чем вдвое.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-40102-6

Космическое микроволновое дистанционное зондирование (300 МГц–100 ГГц) представляет собой ценный метод для описания изменений окружающей среды, особенно в арктических и бореальных регионах, где наземные наблюдения, как правило, недостаточны в пространственном и временном плане. Хотя прямые измерения потоков углерода невозможны, космические микроволновые радиометры и радары могут отслеживать различные важные поверхностные и приповерхностные переменные, влияющие на процессы земного углеродного цикла, такие как потоки вдыхаемого углекислого газа (CO₂); фотосинтетическое поглощение CO₂; и процессы, связанные с суммарным обменом метана (CH₄), включая образование, транспорт и расход CH₄. Примеры таких средств контроля включают влажность и температуру почвы, циклы замерзания-оттаивания поверхности, запасы влаги в растительности, свойства снежного покрова и земной покров. Дистанционное микроволновое зондирование также обеспечивает средства для независимых оценок надземной биомассы, которые можно использовать для оценки надземных запасов углерода. Архив микроволновых данных охватывает несколько десятилетий, начиная с 1970-х годов, с частым (ежедневным или еженедельным) глобальным охватом, не зависящим от атмосферных условий и солнечного освещения. В совокупности эти преимущества содержат значительный неиспользованный потенциал для мониторинга и лучшего понимания процессов углеродного цикла в арктических и бореальных регионах. Учитывая быстрое потепление климата в арктических и бореальных регионах и связанные с ним обратные связи углеродного цикла с глобальной климатической системой, в этом обзоре доказывается важность быстрой интеграции микроволновой информации в науку о земном углеродном цикле в арктических и бореальных регионах.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/2941/2023/

Облака демонстрируют широкий спектр вертикальных морфологий, регулируемых определённой атмосферной динамикой и термодинамикой и связанных с разнообразием микрофизических свойств и радиационных эффектов. В этом исследовании новый набор данных CERES-CloudSat-CALIPSO-MODIS (CCCM) RelD1 используется для изучения морфологии и пространственного распределения различных типов вертикальной структуры облаков в течение 2007–2010 гг. Комбинированные активные и пассивные спутники обеспечивают более точную вертикальную структуру облаков, чем те, которые основаны только на пассивных формирователях изображений или микроволновых радиометрах. Авторы сгруппировали облака в 12 классов вертикальной структуры облаков в зависимости от того, как они расположены или перекрываются в трёх стандартных атмосферных слоях с пороговыми значениями давления 440 и 680 гПа. Для каждого из 12 типов вертикальной структуры облаков исследуются глобальные средние радиационные эффекты облаков в верхней части атмосферы, внутри атмосферы и на поверхности, а также профили скорости нагрева облаков. Наблюдения впоследствии используются для оценки вариаций общей, высокой, средней и низкой облачности в моделях CMIP6. Анализируются «исторический» эксперимент в период 1850–2014 гг. и два сценария (ssp245 и ssp585) в период 2015–2100 гг. Результаты наблюдений показывают существенную разницу в пространственной картине между различными типами вертикальной структуры облаков с наибольшим контрастом между высокой и низкой облачностью. Доля однослойных облаков в среднем почти в четыре раза больше, чем доля многослойных, со значительными географическими различиями, связанными с чётко различимыми режимами, что говорит о том, что перекрывающиеся облака ограничены регионом. Глобальные средние радиационные эффекты облаков показывают, что четыре типа вертикальной структуры облаков нагревают планету, а восемь из них охлаждают её. Длинноволновая составляющая определяет суммарный профиль скорости нагрева облаков, а профили скорости нагрева облаков многослойных облаков более изогнуты и сложны, чем профили однослойных, что приводит к сложной термической стратификации. Согласно долгосрочному анализу CMIP6, прогнозируемая общая доля облачности над сушей уменьшается быстрее, чем над океаном. Количество высоких облаков над океаном значительно увеличивается, а других типов облаков над сушей и океаном продолжает уменьшаться, помогая компенсировать сокращение общей доли облаков над океаном. Более того, делается вывод, что пространственная картина типов вертикальной структуры облаков не может быть существенно изменена изменением климата, а определяется только долей облачности. Эти результаты показывают, что в будущем следует уделять особое внимание долгосрочным наблюдениям вертикальной структуры облаков, чтобы лучше понять её реакцию на антропогенное воздействие и изменение климата.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/8169/2023/

Европейское космическое агентство запустило CryoSat-2 в качестве первой европейской ледовой миссии в 2010 году. Его усовершенствованный высотомер отвечал основным задачам, касающимся толщины морского льда и ледяных щитов. Ценность данных Cryosat-2 по глобальным океанам была признана, и с помощью CryoSat Ocean Processor были разработаны оперативные продукты. Новая орбита CryoSat-2 обеспечивает более плотное покрытие точек выборки по сравнению с другими спутниковыми альтиметрами. Продукт с координатной сеткой Национального океанографического центра по аномалиям уровня моря (NOCSLA) основан на интерполяции геофизических продуктов океана с использованием весов в пространстве и времени. Геофизический продукт океана предоставляет оперативные данные об океане высочайшего качества. NOCSLA представляет собой ежедневный продукт аномалий уровня моря с шагом ¼°, охватывающий неприбрежные океаны между [60° с.ш.; 60° ю.ш.] и период с января 2011 г. по октябрь 2020 г. В документе представлены методология и научные приложения NOCSLA. Наблюдаемые океанографические особенности сравниваются с продуктами других миссий, включая волны Россби и сигналы Эль-Ниньо. Результаты показывают хорошее совпадение с другими продуктами, подтверждая ценность данных Cryosat-2 для науки об океане и приложений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02300-1