Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК) оказывает существенное влияние на высоту поверхности моря (ВПМ), а некоторые климатические модели существенно искажают воспроизведение наблюдаемого воздействия ЭНЮК на ВПМ. Целью данного исследования является оценка эффективности 26 моделей CMIP6 для глобальной реакции ВПМ на ЭНЮК с использованием их исторического моделирования с 1958 по 2014 гг. в течение декабря–февраля. Данные наблюдений за ВПМ и температурой поверхности моря (ТПМ) получены из Системы реанализа океана 5 (ORAS5). Правильность работы моделей оценивается на основе параметров метрик качества, таких как среднеквадратическая ошибка, показатель межгодовой изменчивости качества и M-показатель. В моделях CMIP6 Эль-Ниньо играет доминирующую роль для оценки усиленного ВПМ в восточной части Тихого океана (Регион I) и юго-западной тропической части Индийского океана (Регион III). Напротив, Эль-Ниньо вызывает более прохладные ТПМ в регионе, ограниченном 100°–133° в.д., 5° ю.ш.–20° с.ш. (Район II), что дополнительно связано с пониженной ТПМ. Для этих трёх регионов исследуется межмодельная связь амплитуды ЭНЮК со средним по площади коэффициентом регрессии для ВПМ и ТПМ. В целом модели с более высокой амплитудой ЭНЮК имитируют более высокие значения ВПМ и ТПМ в Регионах I, III и более слабую амплитуду в Регионе II.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06997-z

Способность точно прогнозировать глобальное будущее землепользования/земного покрова имеет решающее значение для демонстрации географической неоднородности динамики земной системы и взаимодействия человека и Земли. В этом исследовании авторы создали набор данных глобального будущего землепользования/земного покрова с разрешением 1 км, учитывающий будущие климатические и социально-экономические изменения, а также влияние смоделированных результатов предыдущего года на смежные во времени периоды. Учитывая различия в климатических и социально-экономических факторах, они дифференцировали вероятности пригодности землепользования/земного покрова для исторических и будущих периодов в репрезентативных сценариях SSP-RCP. Затем, используя улучшенную модель клеточного автомата-PLUS* для изучения изменений на уровне участков различных классов земель, авторы итеративно уменьшили потребности землепользования/земного покрова на уровне водного бассейна в различных будущих сценариях до пространственного разрешения 1 км. Этот набор данных обеспечивает высокую степень точности моделирования (коэффициент Kappa = 0,94, общая точность OA = 0,97, показатель качества FoM = 0,10) и точно отражает пространственно-временную неоднородность глобальных изменений землепользования/земного покрова под комбинированным воздействием изменения климата и социально-экономического развития. Этот надёжный и мелкомасштабный набор данных землепользования/земного покрова предоставляет ценную пространственно-точную информацию, необходимую для моделирования земной системы и сложной динамики между антропогенной деятельностью и окружающей средой. 

*Математическая модель, реализующая однородную сетку работающих параллельно клеток (процессорных элементов), каждая из которых связана с соседними клетками определёнными правилами взаимодействия. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02637-7  

Изучение общего углерода почвы (ОУП), включающего в себя органический (ОУ) и неорганический углерод (НУ), а также изучение влияния углерода почвы на другие свойства почвы, имеет решающее значение для эффективного глобального управления углеродом почвы. Эти знания имеют важное значение для оценки связывания углерода, хотя их возможности в настоящее время ограничены. Увеличение связывания углерода почвой, особенно в засушливых регионах, имеет прямые и косвенные последствия для достижения более чем четырёх целей устойчивого развития: смягчения последствий голода, крайней бедности, улучшения охраны окружающей среды и решения глобальных климатических проблем. Изменения ОУ и НУ в поверхностных и подземных почвах проводились на эоловых отложениях. В этом тематическом исследовании два участка с одинаковым климатом и условиями были выбраны в качестве источников исходного материала переносимых ветром отложений. Цель заключалась в том, чтобы выявить различия в хранении ОУ, НУ и ОУП в поверхностных и подземных почвах между провинциями Систан и Белуджистан (с выращиванием рапса и финиковых садов) и провинцией Керман (с выращиванием кукурузы) на юго-востоке Ирана. Результаты выявили противоположную картину ОУ и хранения в отношении глубины почвы по сравнению с НУ. Среднее содержание ОУ было выше при выращивании кукурузы (0,2%) по сравнению с выращиванием фиников и рапса (0,11%), что объясняется большей эволюцией этих засушливых почв (аридисоли) по сравнению с другим регионом (энтисоли). И наоборот, содержание НУ в трёх видах использования почвы продемонстрировало минимальные различия. Среднее содержание ОУП было выше при выращивании кукурузы (60,35 Мг га^-1), чем в финиковом саду (54,67 Мг га^-1) и при выращивании рапса (53,42 Мг га^-1). На исследованных засушливых землях НУ, возникающий в результате эоловых отложений и почвенных процессов, играет более заметную роль в общем хранении углерода, чем ОУ, особенно в подземных почвах. Примечательно, что более 90% общего запаса углерода существует в форме неорганического углерода в почвах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-45679-y

NOAA разработала глобальный референтный реанализ эвапотранспирации (ET₀), используя формулировку Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO-56) уравнения Пенмана-Монтейта, обусловленную метеорологическими и радиационными факторами MERRA2. Реанализ NOAA ET₀ предоставляется ежедневно с 1 января 1980 года по настоящее время с разрешением 0,5° по широте × 0,625° по долготе. Реанализ сверяется с данными станций на юге Африки, в регионе, который представляет как серьёзные проблемы в отношении гидроклиматической изменчивости, количества и качества наблюдений, так и значительные потенциальные выгоды для населения, страдающего от отсутствия продовольственной безопасности. Эти данные получены на основе наблюдений сети Южноафриканского научного центра по изменению климата и адаптивному землепользованию (SASSCAL). Далее они были сверены глобально с пространственно распределённым ET₀, полученным на основе двух реанализов – Глобальной системы ассимиляции данных (GDAS) и Принстонского глобального воздействия (PGF), – и эти проверки дали аналогичные результаты, но продемонстрировали широкие региональные и сезонные различия. Также представлены случаи, подтверждающие оперативную применимость реанализа к давно установившимся показателям засухи, голода, стресса для сельскохозяйственных культур и пастбищ, а также для оценки предсказуемости прогнозов засухи.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02648-4

Авторы исследуют рост ошибок из-за возмущений начальных условий малой амплитуды, смоделированных с помощью новейшей модели прогнозирования погоды на основе искусственного интеллекта. Из прошлых оценок с использованием стандартных физически обоснованных численных моделей, а также из теоретических соображений ожидается, что такие возмущения начальных условий малой амплитуды будут сначала расти очень быстро. Этот быстрый рост затем устанавливает фиксированный и фундаментальный предел предсказуемости погоды — явление, известное как эффект бабочки. Однако обнаружено, что модель, основанная на искусственном интеллекте, совершенно не способна воспроизвести быстрые начальные темпы роста и, следовательно, неверно предполагает неограниченную предсказуемость атмосферы. Напротив, если начальные возмущения велики и сравнимы с текущими неопределённостями в оценке начального состояния, модель на основе искусственного интеллекта в основном согласуется с физическим моделированием, хотя некоторые недостатки всё ещё присутствуют.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105747

Аэрозоль черного углерода (ЧУ) считается одним из важных факторов, способствующих быстрому потеплению климата и таянию снега и морского льда в Арктике. Однако наблюдения ЧУ в Северном Ледовитом океане были ограничены из-за инфраструктурных и логистических трудностей. Массовые концентрации чёрного углерода (мЧУ) авторы наблюдали методами светопоглощения на борту ледокола «Араон» в Северном Ледовитом океане (166° в.д.–156° з.д. и <80° с.ш.), а также в северной части Тихого океана летом и в начале осени с 2016 по 2020 гг. Были изучены уровни, межгодовые вариации и эпизоды загрязнения ЧУ в Арктике, а ответственные за эпизоды с высоким уровнем ЧУ источники выбросов были проанализированы с помощью глобальной химико-транспортной модели. Среднее значение мЧУ в приземном воздухе над Северным Ледовитым океаном (72–80° с.ш.), наблюдавшееся в 2019 г., составило более 70 нг/м³, что существенно выше, чем в другие годы (около 10 нг/м³). Гораздо более высокий показатель мЧУ, наблюдавшийся в 2019 году, возможно, был обусловлен более частыми лесными пожарами в арктическом регионе, чем в другие годы. Модель предполагает, что сжигание биомассы составляет наибольший вклад в наблюдаемые концентрации ЧУ в западной части Северного Ледовитого океана и окраинных морях. За эти пять лет выявлены 10 эпизодов повышенного уровня ЧУ, в том числе один в 2018 году, который был связан с одновременным повышением уровней содержания CO и CH₄, но не CO₂ и O₃. Модельный анализ показал, что большинство эпизодов было связано с воздушными массами, перенесёнными из зоны бореальных пожаров в Северный Ледовитый океан, причём некоторые из них были приземными, а другие - в средней тропосфере. Это исследование предоставляет важные наборы данных о массовых концентрациях ЧУ и отношениях смеси O₃, CH₄, CO и CO₂ в западных регионах Северного Ледовитого океана и подчёркивает значительное влияние бореальных пожаров на наблюдаемый арктический ЧУ в летние и ранние осенние месяцы.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-2315/

Часто ожидается, что изменение климата и глобальная урбанизация приведут к увеличению подверженности населения (частоте и интенсивности) экстремальным погодным условиям в ближайшие десятилетия. Авторы исследуют, как изменения в площади городских земель, численности населения и климата по отдельности и в совокупности повлияют на пространственные структуры будущего воздействия населения на экстремальные климатические явления (включая жаркие дни, холодные дни, проливные дожди и сильные грозы) на всей континентальной части США в конце XXI века. В отличие от общепринятого мнения, они обнаружили, что структура городских земель может иногда снижать, а не увеличивать подверженность населения экстремальным климатическим явлениям, даже экстремальной жаре, и что пространственные структуры, а не общее количество городских земель, оказывают большее влияние на воздействие на население. Эти результаты приводят к предварительным предложениям по включению долгосрочной устойчивости к изменению климата в проекты городских и региональных систем землепользования и сильно стимулируют поиск оптимальных пространственных структур городских земель, которые могут надёжно смягчить воздействие на население экстремальных климатических явлений на протяжении XXI века.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42084-x

За последние 70 лет экстремальная жара в Западной Европе росла непропорциональными темпами по сравнению с прогнозами климатических моделей. Это несоответствие не совсем понятно. Авторы показывают, что значительная часть (0,8°C [0,2°-1,4°C] из 3,4°C на градус глобального потепления) тренда экстремальной жары вызвана изменениями атмосферной циркуляции через более частые южные потоки над Западной Европой. Из 170 доступных оценок 32 различных моделей, которые были проанализированы, включая три больших модельных ансамбля, ни одна из них не имеет такого большого тренда тепла, вызванного циркуляцией, как наблюдается. Это может быть связано с недооценкой реакции циркуляции на внешнее воздействие или с систематической недооценкой низкочастотной изменчивости, или с тем и другим. Первое подразумевает, что будущие прогнозы слишком консервативны, второе — что сохраняется глубокая неопределённость относительно темпов будущей летней жары в Европе. Это требует осторожности при интерпретации климатических прогнозов экстремальной жары в Западной Европе с учётом адаптации к волнам тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42143-3

Многолетние спутниковые наблюдения показывают, что Антарктический ледниковый щит теряет массу с ускорением, что потенциально может повлиять на многие аспекты климатической системы. Хотя предыдущие исследования продемонстрировали важность сброса пресной воды Антарктического ледникового щита для региональных и глобальных климатических процессов с использованием экспериментов с климатическими моделями, многие из них применяли нереалистичные воздействия сброса пресной воды. Здесь исследуются потенциальные последствия реалистичной потери массы Антарктического ледникового щита в Южном океане в XXI веке в версии 2 Модели системы Земли с применением будущих воздействий сброса пресной воды Антарктического ледникового щита на основе исторических данных и модели ледникового покрова. Добавленный сброс пресной воды уменьшает площадь глубокой конвекции в зимнее время на 72%, сохраняя при этом больше на 83% морского льда. В соответствии с другими исследованиями авторы обнаружили, что увеличение расхода сброса пресной воды сильно влияет на локальную и удалённую температуру поверхности и подповерхностных слоев Южного океана, а также на стратификацию. Эти результаты демонстрируют необходимость учёта потери массы Антарктического ледникового щита в моделях глобального климата для прогнозирования будущего.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104949

Ожидается, что во многих сценариях водород будет играть ключевую роль в глобальном энергетическом переходе к суммарным нулевым выбросам. Однако неорганизованные выбросы водорода в атмосферу во время его производства, хранения, распределения и использования могут снизить климатические выгоды, а также иметь последствия для качества воздуха. Авторы исследуют состав атмосферы и климатические последствия увеличения содержания водорода в атмосфере, используя химико-климатическую модель Британской модели системы Земли (UKESM1). Рост содержания водорода способствует увеличению содержания метана, тропосферного озона и стратосферного водяного пара, что приводит к положительному радиационному воздействию. Однако некоторые последствия утечки водорода частично компенсируются потенциальным сокращением выбросов метана, оксида углерода, оксидов азота и летучих органических соединений в результате потребления ископаемого топлива. Авторы разработали усовершенствованную методологию определения косвенных потенциалов глобального потепления (ПГП) на основе параметров, полученных в результате стационарного моделирования, которая применима как к компонентам с более коротким временем жизни, так и к средне- и долгоживущим компонентам воздуха, таким как водород. Используя эту методологию, они определили 100-летний потенциал глобального потепления для водорода, равный 12 ± 6. Основываясь на этом ПГП и скорости утечки водорода 1% и 10%, авторы обнаружили, что утечка водорода компенсирует примерно 0,4% и 4% соответственно от суммарного эквивалентного сокращения выбросов CO₂ в рассмотренном сценарии глобальной водородной экономики. Чтобы максимизировать выгоду от использования водорода как источника энергии, необходимо свести к минимуму выбросы, связанные с утечкой водорода и выбросами газов-предшественников озона.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/13451/2023/