Корни растений и почвенные микроорганизмы ежегодно выделяют в девять раз больше углекислого газа (CO₂), чем в результате антропогенной деятельности. Таким образом, точные и частые измерения выбросов CO₂ из почвы необходимы для характеристики выбросов углерода и понимания связывания углерода в почве. Концентрации CO₂ можно непрерывно измерять с помощью автоматических камер, подключённых к инфракрасному газоанализатору (IRGA) или приборам для лазерной спектроскопии. Однако эти инструменты дороги, трудоёмки и громоздки при транспортировке.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-023-00435-8

Сегодня, 19 мая 2023 года, в Салехарде открыт первый пункт Государственной системы фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты. Комплексная сеть наблюдения за мерзлотой будет развернута на всей территории залегания криолитозоны, которая охватывает большую часть Российской Федерации. Оператором создания уникальной системы выступит Арктический и антарктический научно-исследовательский институт.
Скважина глубиной около 25 метров, внутри 32 датчика, расстояние между которыми от 10 сантиметров до 2 метров. Внутри находится блок регистрации, данные в режиме онлайн поступают в Центр мониторинга состояния многолетней мерзлоты Арктического и антарктического научно-исследовательского института. Всё оборудование отечественных производителей.
Большую помощь в организации работ оказало Правительство ЯНАО. Непосредственно бурение проводилось совместно с коллегами из ГАУ Научный Центр Изучения Арктики ЯНАО.
Сеть мониторинга на территориях залегания многолетнемерзлых грунтов будет включать 140 пунктов, производящих непрерывные автоматические измерения температуры мерзлоты на разных глубинах. Технологию обустройства термометрических скважин и передачи данных уже апробировали на территории российского крайнего севера и на архипелаге Шпицберген.
Система будет развернута на базе метеорологических станций Росгидромета, что позволит дополнить наблюдения за мерзлотой сопутствующими метеорологическими данными и существенно снизить издержки. Плотность распределения пунктов наблюдений соответствует рекомендациям Всемирной метеорологической организации по учету мерзлых пород. В этом году будет обустроено 20 пунктов наблюдения и 58 пунктов в 2024-м году. Полностью развернуть систему мониторинга планируется до конца 2025 года.
Создание Государственной системы фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты реализуется в рамках Важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИП ГЗ) «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ».
«Место открытия первого пункта выбрано не случайно – именно здесь, в Салехарде, на территории одной из старейших российских метеорологических станций, действующей с конца 19 века, мы начнём создание системы мониторинга мерзлоты. Учитывая, что криолитозона занимает 65% территории нашей страны, её изучение становится национальной задачей. Чтобы контролировать изменения теплового состава уже до конца 2025 года заработают 140 подобных станций», - заявил глава Минприроды России Александр Козлов.
«На Ямале многое делается для наблюдения за мерзлотой. Работает система геотехнического мониторинга состояния грунтов. Сегодня десятки домов оборудованы точными датчиками, что позволяет следить за состоянием мерзлоты и в случае изменений - своевременно реагировать. Мы создали первую в России научно-исследовательскую лабораторию криологии Земли и геотехнической безопасности, объявили гранты для учёных-мерзлотоведов, оснащаем лабораторию оборудованием, привлекаем специалистов со всей страны. Рад, что министр лично занимается этой темой. Планируем совместно развивать работу в этом направлении», - отметил губернатор Ямало-Ненецкого округа Дмитрий Артюхов.
«Комплексная сеть мониторинга обеспечит постоянный поток данных о состоянии многолетнемерзлых пород. Непрерывные измерения температуры позволят выявить зоны наибольшего таяния и риска для гражданских и промышленных объектов. Мы сможем оценить естественные выбросы углеводорода, чтобы конкретизировать процессы изменения климата в России. На основе полученной информации ученые смогут подготовить карты, отражающие динамику происходящих изменений мерзлоты и составить прогнозы о возможных последствиях для окружающей среды и возможностях социально-экономического развития этих территорий. Разработанная нами система мониторинга станет основой для проведения дальнейших геотехнических исследований. Полученные данные будут доступны для всех заинтересованных организаций. Это беспрецедентный проект, в котором заинтересованы сотни компаний и предприятий, работающих в России», - рассказал директор Арктического и антарктического научно-исследовательского института Александр Макаров.
Центр мониторинга состояния многолетней мерзлоты – структурное подразделение Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ), созданное в марте 2023 года. Центр обеспечивает организацию и функционирование сети пунктов наблюдений, приём, анализ и хранение данных, подготовку справочной и отчетной информации и передачу сведений в Единый государственный фонд данных о состоянии окружающей среды и ее загрязнений. На основе полученных данных о состоянии грунтов необходимо планировать следующий этап – проведение геотехнического мониторинга жилых, промышленных и инфраструктурных зданий и сооружений.

Ссылка: https://www.aari.ru/press-center/news/novosti-aari/v-rossii-nachalos-sozdanie-gosudarstvennoy-sistemy-fonovogo-monitoringa-merzloty

Растущей численности населения требуется больше еды и энергии, которые конкурируют на ограниченном пространстве… если только они этого не делают.
Представленная в 1980-х годах агроэлектроэнергетика (AЭ), представляет собой концепцию сочетания сельского хозяйства и производства солнечной энергии на одном и том же участке земли. Практики выращивают сельскохозяйственные культуры под солнечными панелями и могут контролировать массу и длину волны света, проходящего для фотосинтеза. Свет, который не нужен для фотосинтеза, может обеспечить производство чистой энергии. Между тем, когда растения производят фотосинтез, они теряют воду из-за транспирации. Эта потеря воды охлаждает воздух и повышает эффективность выработки энергии панелями. Это беспроигрышный сценарий — по крайней мере, в теории.
Однако серьёзные проблемы для AЭ препятствуют широкому внедрению. Один из насущных вопросов заключается в том, как AЭ может максимизировать урожайность сельскохозяйственных культур и выработку энергии, сводя при этом к минимуму потери воды растениями и потребность в орошении. Многого требуют от одного участка земли.
В предыдущем исследовании учёные утверждали, что успешные установки AЭ могут разделить свет на длины волн, эффективные либо для производства энергии, либо для фотосинтеза: например, красный для сельскохозяйственных культур и синий для солнечных батарей. Опираясь на эту работу, Катул (Katul) разработал математическую основу для количественной оценки того, как отдельные растения используют различные длины волн света в процессе фотосинтеза. В исследовании задавался вопрос, как фотоэлектрические системы, расположенные на сельскохозяйственных угодьях, повлияют на надземную биомассу, которую исследователи используют для оценки урожайности.
Модель рассматривает отдельное растение и вводит переменные, такие как степень теневыносливости растения, способная может повлиять на его рост под фотогальванической установкой. Структура предполагает, что ресурсы, такие как свет, собираются на основе площади листа, но затраты на дыхание пропорциональны размеру растения. В исследовании также рассматривается, как солнечные панели изменяют микроклимат и доступность света под их ячейками.
В комментарии подчёркивается, что культуры-кандидаты на AЭ теневыносливы и имеют большую площадь листьев над землей. Пониженная температура воздуха и более высокая влажность почвы ниже фотоэлектрической системы позволяют растениям выделять больше углерода в надземную биомассу, что приводит к увеличению площади листьев. Эта черта характерна для теневыносливых растений и предполагает, что большие листовые культуры, такие как руккола, капуста и помидоры, могут с большей вероятностью преуспеть в установке AЭ.
Следующим шагом, по словам автора, является рассмотрение таких факторов, как плотность размещения культур, чтобы масштабировать результаты за пределы одного растения. (Earth’s Future, https://doi.org/10.1029/2023EF003512, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/a-symbiosis-between-agriculture-and-solar-power

Резюме редактора

Использование потенциала поглощения углерода лесами является ключевым компонентом планов по смягчению последствий глобального изменения климата. Посадка новых лесов является распространённой стратегией, но этот подход может иметь негативные социальные и экологические последствия и привести к значительным затратам. Робрук и др. (Roebroek et al., см. ниже) вместо этого исследовали, как прекращение управления лесами (например, заготовка древесины или тушение пожаров) изменит их глобальную способность связывать углерод. Авторы оценили различия между биомассой аналогичных лесов с деятельностью человека и без неё и использовали машинное обучение для прогнозирования дополнительного прироста биомассы в результате устранения деятельности человека в глобальных лесах. Даже если всё управление прекратится (крайне маловероятный сценарий), глобальный углерод в лесах увеличится только примерно на 15%. Эта работа предоставляет дополнительные доказательства того, что изменение управления лесами не является альтернативой сокращению выбросов углерода.

Аннотация

Хранение углерода в лесах является краеугольным камнем политики, направленной на предотвращение глобального потепления, превышающего 1,5°C. Однако глобальное воздействие управления (например, лесозаготовки) на углеродный баланс лесов по-прежнему плохо поддаётся количественной оценке. Авторы интегрировали глобальные карты лесной биомассы и управления с помощью машинного обучения, чтобы показать, что без вмешательства человека при текущих климатических условиях и концентрации углекислого газа (CO₂) существующие глобальные леса могут увеличить свою надземную биомассу до 44,1 (диапазон ошибок: от 21,0 до 63,0) петаграмм углерода. Это увеличение на 15-16% по сравнению с текущими уровнями, что соответствует примерно четырём годам текущих антропогенных выбросов CO₂. Таким образом, без значительного сокращения выбросов эта стратегия имеет низкий потенциал смягчения последствий, и лесной поглотитель должен быть сохранён для компенсации остаточных выбросов углерода, а не для компенсации их нынешних уровней.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5878

InMAP оценивает загрязнение воздуха в городах, но её прогнозы ошибочны для конкретных химических веществ. Сейчас учёные устраняют этот недостаток.
Загрязнение воздуха не влияет на всех одинаково. В новой работе исследователи разработали метод для улучшения оценок того, как в городах различные сообщества подвергаются воздействию мелкодисперсных твёрдых частиц (PM_2,5).
По оценкам, во всём мире PM_2,5 ежегодно вызывает 4,7 миллиона преждевременных смертей, а в Соединённых Штатах цветные сообщества сталкиваются с наиболее интенсивным воздействием этих химикатов. Для определения уровней подверженности загрязнению воздуха интервенционная модель загрязнения воздуха (InMAP) оценивает качество воздуха с высоким пространственным разрешением, особенно в густонаселённых районах. Поскольку модель способна оценивать различия в подверженности загрязнению в пределах городов, она может быть полезна при разработке политики, предусматривающей экологическую справедливость.
Однако InMAP завышает и занижает конкретные химические вещества PM_2,5: она занижает оценку содержания твёрдых частиц сульфата и завышает оценку содержания твёрдых частиц аммония. В новом исследовании Gallagher et al. разработали метод исправления этих недостатков.
Исследователи разработали поправочные коэффициенты смещения или коэффициенты масштабирования для InMAP, используя измерения различных химических веществ PM_2,5. Они использовали данные мониторинга загрязнения, собранные на земле Агентством по охране окружающей среды США, и спутниковые данные, обработанные Вашингтонским университетом в Сент-Луисе. Сравнение прогнозов InMAP с этими источниками данных позволило им оценить и исправить ошибки.
Авторы проверили, как работает InMAP с коэффициентами масштабирования и без них, используя установленную цель 10%-ной ошибки в своих прогнозах. Без коэффициентов масштабирования InMAP занижает или завышает концентрации PM_2,5 более чем на 10%. Однако введение коэффициентов масштабирования для конкретных городов улучшило соответствие модели и уменьшило ошибку ниже порога 10%. Кроме того, авторы обнаружили, что их метод особенно эффективен в наиболее густонаселённых районах городов.
Авторы опубликовали все коэффициенты масштабирования для общественного пользования и рекомендуют их использовать при исследовании того, как загрязнение воздуха различается в зависимости от расы, этнической принадлежности, дохода и других демографических характеристик. (GeoHealth, https://doi.org/10.1029/2023GH000788, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/fine-tuning-air-pollution-models

Выпадение осадков, в том числе резкие («хлыстовые») переходы между влажными и засушливыми экстремальными условиями, может привести к серьёзным неблагоприятным воздействиям на человека и природные системы. Авторы количественно оценивают наблюдаемые и прогнозируемые изменения характеристик субсезонной волны осадков и исследуют роль отдельных антропогенных воздействий на эти изменения. Результаты показывают, что к концу XXI века частота глобальных «хлыстовых» осадков, по прогнозам, будет в 2,56 ± 0,16 раза выше, чем в 1979–2019 гг., со всё более быстрыми и интенсивными переходами между двумя крайностями. Наиболее резкое увеличение их частоты наблюдается в полярных и муссонных регионах. Изменения в «хлыстовых» осадках показывают гораздо более высокое процентное изменение, чем в общем количестве осадков. В исторических моделированиях выбросы антропогенных парниковых газов и аэрозолей увеличивали и уменьшали количество «хлыстовых» осадков, соответственно. Прогнозируется, что к 2079 году антропогенные парниковые газы увеличат на 55 ± 4% риск появления «хлыстовых» осадков, что обусловлено сдвигами в схемах циркуляции, способствующими экстремальным осадкам.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38510-9

Изменчивость температуры поверхности моря (ТПМ), обусловленная Эль-Ниньо/Южным колебанием (ЭНЮК), увеличилась после 1960 года под влиянием более частых сильных явлений Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Однако в значительной степени неизвестно, связаны ли такие изменения с антропогенным потеплением. В этом аспекте авторы рассматривают антропогенное воздействие на изменчивость ЭНЮК в нескольких широко используемых схемах моделирования, в совокупности указывающих на влияние парникового потепления на изменчивость ТПМ ЭНЮК после 1960 года. В частности, сравнение смоделированной изменчивости ТПМ ЭНЮК между 1901–1960 и 1961–2020 гг. показывает, что результаты более трёх четвертей климатических моделей демонстрируют увеличение амплитуды изменчивости ТПМ ЭНЮК после 1960 г., приводящее к более частым сильным явлениям Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Многочисленные большие ансамблевые эксперименты дополнительно подтверждают, что смоделированное увеличение амплитуды ЭНЮК после 1960 г. (приблизительно на 10%) не является исключительно следствием внутренней изменчивости. Кроме того, модельные расчёты на период в несколько веков при постоянном доиндустриальном уровне CO₂ предполагают, что наблюдаемая изменчивость ЭНЮК после 1960 г. высока, достигая самых высоких 2,5 и 10 процентилей для ЭНЮК в восточной и центральной части Тихого океана, соответственно. Улучшение физики модельного описания ЭНЮК, выявление последовательного будущего и исторического изменений дополнительных характеристик ЭНЮК и эксперименты с большим ансамблем также необходимы для определения воздействия изменения климата на ЭНЮК.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-023-00427-8

Зимние метеорологические условия обычно неблагоприятны для образования озона (O₃) из-за слабого солнечного излучения и низкой температуры. Авторы наблюдали заметное зимнее загрязнение озоном в Шицзячжуане во время китайского Нового года в 2021 году. Метеорологические результаты показали, что внезапное изменение поля атмосферного давления, приводящее к смене ветра с северо-западного до китайского Нового года CNY на юго-западное во время его наступления способствует накоплению загрязнителей воздуха из юго-западных соседних районов Шицзячжуаня и значительно препятствует диффузии и разбавлению местных загрязнителей. Фотохимический режим формирования поля концентрации О₃ ограничен наличием летучих органических соединений, что позволяет предположить, что они играют важную роль в формировании О₃. Благодаря разработанному подходу отслеживания пути формирования O₃ для распределения источника O₃ было обнаружено, что высоко реакционноспособные частицы, такие как этилен, пропилен, толуол и ксилол, вносят основной вклад в образование O₃, что приводит к средней скорости производства O₃ во время китайского Нового года в 3,7 раза выше, чем до и после него. Промышленное сжигание было определено как крупнейший источник образования O₃ (2,6 ± 2,2 млрд^-1/ч) с наибольшим приростом (4,8 раза) во время китайского Нового года по сравнению с периодами до и после него. Строгие меры контроля в отрасли должны быть реализованы в Шицзячжуане для контроля загрязнения O₃. Эти результаты также демонстрируют, что подход отслеживания пути формирования O₃, учитывающий динамические вариации состава атмосферы и метеорологических характеристик, эффективен для распределения источников O₃, а также может хорошо отражать производительность озона различными источниками по сравнению с методом максимальной приращенной реактивности.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00366-7

Огромные запасы метана (CH₄), хранящиеся в подводных отложениях, могут высвобождаться в условиях потепления в Арктике, что ещё больше усугубляет изменение климата в результате положительной обратной связи. Поэтому крайне важно осуществлять мониторинг CH₄ в общерегиональных масштабах для обнаружения ранних признаков выброса CH₄. Однако возможности по мониторингу CH₄ осложнены в отдалённых северных регионах из-за ограничений, связанных с отбором проб и логистикой, и во многих районах имеется мало хороших исходных данных. На основании измерений с высоким разрешением концентраций атмосферного CH₄ и отдельных проб поверхностных вод авторы оценили мгновенные потоки CH₄ из морского воздуха в различных местах. Они также провели базовое исследование текущих фоновых уровней концентрации CH₄ в водах Северной Атлантики на основе данных об атмосферном CH₄ за 22 дня летом 2021 года во время плавания на расстояние примерно 5100 км в северной части моря Лабрадор и залива Баффина между 55 и 72° с.ш. Кроме того, измерялись концентрации CH₄ в толще воды на разных станциях. Измеренные соотношения смеси CH₄ в атмосфере варьировались от 1944 до 2012 млрд^-1, со средним значением 1966 ± 8 млрд^-1 и базовым уровнем 1954–1981 млрд^-1. Концентрации растворённого CH₄ в приповерхностных водах достигли пика в 5,3 нмоль л^-1 в пределах одного км вниз по течению от известного холодного просачивания в заливе Скотт и были постоянно перенасыщены по всей толще воды во фьорде Саутвинд, представляющем собой область, недавно пострадавшую от подводных оползней. Локальные потоки CH₄ между морем и воздухом колебались в пределах 0,003–0,119 мкмоль м⁻² д⁻¹, что указывает на то, что океан выбрасывал в атмосферу лишь небольшое количество CH₄ на всех станциях. Атмосферные уровни CH₄ также определялись метеорологическими, пространственными и временными вариациями, и, вероятно, как на суше, так и в океане вносился вклад в соотношение смешивания атмосферного CH₄. Совмещённые измерения морских и атмосферных данных CH₄ с высоким разрешением могут обеспечить непрерывный мониторинг в регионе, подверженном выбросам CH₄, а также важные данные проверки для измерений и моделирования в глобальном масштабе.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/1773/2023/

Различия между трендами температуры в тропосфере и нижней стратосфере уже давно признаны «отпечатками» антропогенного воздействия на климат. Этот «отпечаток», однако, игнорировал информацию из средней и верхней стратосферы, на высотах от 25 до 50 км над поверхностью Земли. Включение этой информации улучшает возможность обнаружения антропогенного «отпечатка» в пять раз. Улучшенная возможность выявления возникает из-за того, что средняя и верхняя стратосфера имеют большой сигнал выхолаживания из-за антропогенного увеличения содержания CO₂, небольшие уровни шума естественной внутренней изменчивости и различные характеристики сигнала и шума. Распространение «отпечатков» на верхние слои стратосферы с длинными рядами температурных данных и улучшенными моделями климата означает, что теперь практически невозможно объяснить естественными причинами наблюдаемые со спутников тренды в тепловой структуре атмосферы Земли.

В 1967 году учёные использовали простую климатическую модель, чтобы предсказать, что вызванное деятельностью человека увеличение содержания CO₂ в атмосфере должно нагревать тропосферу Земли и охлаждать стратосферу. Этот важный признак антропогенного изменения климата был задокументирован с помощью метеозондов и спутниковых измерений температуры от приповерхностных до нижних слоев стратосферы. Охлаждение стратосферы также было подтверждено в средней и верхней стратосфере, слое, простирающемся примерно от 25 до 50 км над поверхностью Земли (S25 − 50). Однако на сегодняшний день температуры S25 – 50 не использовались в исследованиях атрибуции антропогенного изменения климата на основе закономерностей. Здесь проведено такое исследование «отпечатков» со спутниковыми структурами изменения температуры, которые простираются от нижней тропосферы до верхней стратосферы. Включение информации S25 − 50 увеличивает отношение сигнал/шум в пять раз, заметно повышая возможность обнаружения «отпечатков». Ключевые особенности этого глобального антропогенного «отпечатка» включают стратосферное охлаждение и тропосферное потепление на всех широтах, при этом стратосферное охлаждение усиливается с высотой. Напротив, доминирующие моды внутренней изменчивости в S25 − 50 имеют менее масштабные изменения температуры и разный знак. Эти ярко выраженные пространственные различия между сигналом S25 - 50 и картиной шума сопровождаются большим охлаждением S25 - 50 (от 1 до 2°C в период с 1986 по 2022 гг.) и низким уровнем шума S25 - 50. Эти результаты объясняют, почему распространение «вертикальной дактилоскопии» на среднюю и верхнюю стратосферу даёт неопровержимые доказательства влияния человека на тепловую структуру атмосферы Земли.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300758120