Градиент температуры в свободной тропосфере от полярного до субтропического является ключевым фактором реакции внетропических струйных течений на изменение климата. Климатические модели имеют тенденцию увеличивать этот градиент в ответ на значительный рост выбросов парниковых газов из-за очень сильного субтропического потепления на верхних уровнях. Это усиливает смоделированные струи. Тем не менее, многочисленные данные наблюдений указывают на замедление северных струйных течений в спутниковую эру, вызванное усиленным потеплением свободной тропосферы в Арктике и ослаблением градиента. Авторы примиряют эти, казалось бы, противоречивые результаты, показывая, что ансамбль CMIP6 успешно моделирует как наблюдаемое замедление/ослабление в спутниковую эру, так и ускорение/усиление при сильном глобальном потеплении. В частности, наблюдаемое ослабление градиента с 1980–1997 гг. по 1997–2014 гг. кажется несовместимым (p < 0,05) со смоделированными изменениями градиента только для шести из 45 моделей, использующих наблюдения Microwave Sounding Unit, и только для пяти из 45 моделей, использующих оценки реанализа. Наблюдаемое замедление струй кажется несовместимым с их смоделированными изменениями только для одной из 45 моделей. На самом деле, явное большинство моделей CMIP6 ослабляют градиент и замедляют струи на этом интервале. Тем не менее, подавляющее большинство моделей меняют курс в соответствии со сценарием будущего с высоким уровнем выбросов, имитируя усиление градиента и ускорение струй. Будущая работа будет направлена на выяснение причины (причин) этой неожиданной разницы между прошлыми и будущими реакциями атмосферы.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06839-y

Разработанный для защиты озонового слоя после открытия озоновой дыры над Антарктидой, Монреальский протокол был подписан в 1987 году и вступил в силу в 1989 году, когда мало что было известно о влиянии его реализации на глобальный климат. С тех пор стало ясно, что Монреальский протокол является важным договором по смягчению последствий, влияющим на многие аспекты глобального климата. Авторы демонстрируют, что его влияние распространяется на всю Арктику. В частности, показано, что реализация Монреальского протокола отсрочила появление первого свободного ото льда лета в Арктике на целых 15 лет, в зависимости от деталей будущих выбросов.

Быстрое таяние арктических морских льдов является самым ярким сигналом антропогенного изменения климата. Текущие прогнозы показывают, что первое арктическое лето, свободное ото льда, вероятно, наступит к середине века из-за увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере. Однако другие сильные парниковые газы, в частности озоноразрушающие вещества (ОРВ), также способствовали уменьшению площади арктического морского льда. В конце 1980-х ОРВ стали строго регулироваться Монреальским протоколом, и с середины 1990-х их концентрация в атмосфере снижается. Здесь, анализируя новые результаты моделирования климата, авторы демонстрируют, что Монреальский протокол, разработанный для защиты озонового слоя, отсрочивает первое появление свободного ото льда арктического лета на срок до 15 лет, в зависимости от будущих выбросов. Также показано, что это важное смягчение последствий изменения климата полностью связано с уменьшением потепления от парниковых газов из-за регулируемых ОРВ, при этом предотвращённые потери стратосферного озона не играют никакой роли. Наконец, подсчитано, что каждый гигаграмм невыброшенных ОРВ предотвращает потерю примерно 7 км² арктического морского льда.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2211432120

Знания об Эль-Ниньо-Южном колебании (ЭНЮК) являются научной основой для краткосрочного прогнозирования климата, вследствие его глобального влияния. В эксплуатационных и исследовательских сообществах состояние ЭНЮК часто представлено различными индексами. Однако неясно, какой из индексов лучше всего отражает влияние ЭНЮК на глобальный климат. Изучая корреляции одиннадцати индексов ЭНЮК со среднемесячными глобальными осадками и приземной температурой (T_S), авторы иллюстрируют сходства и различия в связях, определяют самый информативный индекс и обсуждают физику, лежащую в основе различий. Что касается среднего глобального показателя, то индексы Niño3.4 и относительный Niño3.4 являются двумя самыми сильными индексами, а индекс тёплого бассейна — самым слабым для отражения воздействия ЭНЮК на глобальные осадки. Индексы Niño4 и Niño3.4 являются двумя самыми сильными индексами, а индекс Модоки — самый слабый для отражения влияния ЭНЮК на вариации T_S. Помимо зависимости от переменных и индексов ЭНЮК, представления об изменчивости климата, связанной с ЭНЮК, зависят от региона. Например, в Австралии индекс южных колебаний имеет наиболее значимые корреляции с осадками, а его корреляции с T_S относительно слабее, чем у некоторых других индексов. Эти различия, связанные с различными индексами ЭНЮК, могут быть обусловлены тем, что они отражают глубокую конвекцию в тропической части Тихого океана. Эти результаты могут служить отправной точкой для понимания глобальной картины среднемесячных осадков и T_S под влиянием ЭНЮК, а также для проверки способности модели фиксировать эти связи.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06804-9

Несмотря на растущее влияние выбросов на наше здоровье и окружающую среду, остаётся неудовлетворённой потребность в прогнозировании концентрации выбросов. Накапливание данных со станций мониторинга и спутников делает задачу подходящей для квантового машинного обучения. В этой работе используется подход квантового машинного обучения к пространственно-временному прогнозированию концентрации выбросов. Была разработана модель квантовой нейронной сети, которая сравнивалась с классической пространственно-временной моделью ConvLSTM с использованием системы оценки базовых моделей и показателей потери каждого пикселя и пересечения над точностью объединения. Разработанная квантовая нейронная сеть успешно генерирует прогнозы концентрации выбросов на один час вперёд со всё более низкими потерями (на 6,5% и 30,5% меньше) и более высокой точностью (на 18,4% и 18,6% выше) по сравнению с независимыми от входных данных и случайными базовыми линиями в конце обучения. Квантовая модель также была сравнима с классической моделью ConvLSTM с немного меньшими потерями (4%), но также немного меньшей точностью (3,7%). Результаты исследования показывают, что подход квантового машинного обучения может улучшить моделирование концентрации выбросов и может стать мощным инструментом для точного прогнозирования загрязнения воздуха.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/944

Блокирования атмосферы в средних широтах являются важными факторами длительных экстремальных погодных условий в региональном и континентальном масштабах. Однако современные климатические модели постоянно занижают частоту их возникновения по сравнению с наблюдениями, что ставит под сомнение будущие прогнозы экстремальных климатических явлений. Используя заметные и в значительной степени недооценённые события зимнего блокирования в Европе в качестве тестового примера, это исследование впервые представляет пространственно-временной подход к изучению активности блокирования, основанный на методе кластеризации, что позволяет оценить способность моделей воспроизводить как реалистичные частоты, так и места блокирования. Анализ чувствительности ансамбля из 49 расчётов из 24 связанных климатических моделей показывает, что наличие мезомасштабной модели океана, допускающей вихри, повышает реалистичность смоделированных событий блокирования почти для всех типов моделей, сгруппированных по наблюдениям. Этот вывод дополнительно объясняется и подтверждается сопутствующим уменьшением хорошо задокументированных смещений в положениях Гольфстрима и Североатлантического течения, а также изменчивости струйного течения в средних широтах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00372-9

Потери азота (N) в результате денитрификации и выщелачивания плохо описываются в моделях системы Земля (ESM). Авторы создали глобальную карту естественного содержания ¹⁵N в почве и количественно оценили потери азота в результате денитрификации почвы для глобальных природных экосистем с использованием метода изотопного сравнительного анализа. Показано завышение оценки денитрификации почти в два раза в 13 моделях системы Земля CMIP6 (73 ± 31 Tg N год^–1) по сравнению с авторской оценкой 38 ± 11 Tg N год⁻¹, основанной на массовом изотопном балансе. Кроме того, обнаружена отрицательная корреляция между чувствительностью растений к повышению концентрации углекислого газа (CO₂) и денитрификацией в бореальных регионах, свидетельствующая о том, что завышенная оценка денитрификации в моделях приведёт к преувеличению обусловленного N ограничения реакции роста растений на повышенное содержание CO₂. Это исследование подчёркивает необходимость улучшения представления денитрификации в моделях системы Земля и лучшей оценки воздействия наземных экосистем на смягчение последствий выбросов CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38803-z

Засуха является серьёзной природной опасностью, которая может вызвать каскадные последствия для социально-экономических секторов, и ожидается, что её риск возрастёт в связи с изменением климата и социально-экономическими изменениями в будущем. Однако в настоящее время отсутствует всеобъемлющий междисциплинарный прогноз риска засухи для поддержки комплексных усилий по снижению риска бедствий. Чтобы восполнить этот пробел, авторы анализируют подверженность засухе, уязвимость и риск к концу этого века по четырём будущим направлениям. В исследовании определены Средиземноморье, Амазонка, юг Африки и Центральная Америка как наиболее пострадавшие регионы, где прогнозируется, что экстремальная многомерная засуха станет в два-четыре раза более вероятной. Этот анализ также показывает, что устойчивое развитие снизит подверженность засухе на 70% по сравнению с развитием, основанным на ископаемом топливе. Кроме того, это вдвое сокращает число стран, столкнувшихся с пятикратным увеличением риска засухи. Представленные результаты подчёркивают острую необходимость междисциплинарного прогноза риска засухи и важность учёта воздействия и уязвимости при оценке риска. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00840-3

Понимание изменчивости атлантической меридиональной термохалинной циркуляции необходимо для более точного прогнозирования изменяющегося климата. Здесь представлен обновлённый временной ряд (с августа 2014 г. по июнь 2020 г.) из программы «Переворот в субполярной Северной Атлантике» (Overturning in the Subpolar North Atlantic Program). Шестилетний временной ряд позволяет проследить сезонность субполярного «опрокидывания» и меридионального переноса тепла и пресной воды. «Опрокидывание» достигает пика поздней весной и минимума в начале зимы с размахом от пика до минимума 9,0 Зв. «Опрокидывание» сезонных сроков можно объяснить зимней трансформацией и экспортом плотной воды, модулируемым сезонно меняющимся экмановским переносом. При этом более 55% общей изменчивости меридионального переноса пресной воды можно объяснить её сезонностью, в значительной степени за счёт «опрокидывающей» динамики. Эти результаты представляют собой первый основанный на наблюдениях анализ сезонности субполярного «опрокидывания» в Северной Атлантике и подчёркивают его важный вклад в общую изменчивость современного «опрокидывания».

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00848-9

Внезапная засуха, характеризующаяся необычно быстрым высыханием, может оказать существенное влияние на многие социально-экономические сектора, особенно на сельское хозяйство. Однако потенциальные изменения риска внезапных засух в условиях потепления климата остаются неизвестными. В этом исследовании прогнозируемые изменения частоты внезапных засух и риска от них для пахотных земель количественно оцениваются с использованием моделирования глобального климата. Авторы пришли к выводу, что частота возникновения внезапных засух, как ожидается, будет увеличиваться во всём мире во всех сценариях, при этом наиболее резкое увеличение будет наблюдаться в сценариях с более высоким радиационным воздействием и более широким использованием ископаемого топлива. Ожидается, что риск внезапных засух для пахотных земель возрастёт во всём мире, при этом наибольший рост прогнозируется в Северной Америке (изменение годового риска с 32% в 2015 г. до 49% в 2100 г.) и Европе (с 32% до 53%) при наиболее экстремальном сценарии выбросов. В то же время сценарии с низким и средним уровнем выбросов указывают на заметно меньший ежегодный риск внезапных засух на пахотных землях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00826-1

Возрастающее расхождение/несоответствие между метеорологическими показателями засухи, в основном из-за меняющихся климатических условий, поставило под сомнение их уместность в мониторинге и моделировании засух. В настоящем исследовании авторы попытались количественно оценить расхождение между широко используемыми индексами засухи, такими как стандартизированный индекс осадков (SPI), стандартизированный индекс осадков и эвапотранспирации (SPEI) и недавно разработанный стандартизированный индекс суммарных осадков (SNEPI), и проследили эволюцию этого расхождения/несоответствия. Наблюдалось постоянное присутствие усиленных экстремумов засухи в годовом расхождении SPEI с SPI и SNEPI, что вызывает сомнения в полезности традиционных индексов засухи для отражения меняющихся климатических характеристик. Сезонная дисперсия этого годового расхождения выявила сильный, доминирующий в пространстве и времени сигнал SNEPI о засухе в сезон дождей, который SPEI не удалось «распутать». Кроме того, атрибуционный анализ показал, что расхождения SPI-SPEI возникли под влиянием коротковолновых радиационных потоков. В дополнение к этому расхождение между SPEI и SNEPI обусловлено характеристиками влажных периодов, при этом взаимосвязь усиливается в сезон дождей и в зонах тропического климата. Все эти данные требуют необходимого учёта изменяющихся характеристик осадков, прежде чем использовать индексы засухи для оперативного использования, особенно в зонах с тропическим климатом.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/370798875_Unraveling_the_pertinence_of_drought_indices_in_the_changing_climate