Исследование с использованием моделей поверхности суши предполагает, что в будущем увеличение выбросов метана в Арктике будет ограничено высыханием ландшафтов многолетней мерзлоты, вызванным оттепелями. Авторы используют модель системы Земли Института Макса Планка, чтобы показать, что это ограничение может быть слабее, чем считалось ранее, из-за компенсаторных атмосферных обратных связей. В двух наборах экстремальных сценариев изменение гидрологии многолетней мерзлоты повлекло расхождение гидроклиматических траекторий, что, однако, привело к сопоставимым потокам метана. В то время как во влажной Арктике площадь водно-болотных угодий почти в два раза больше, чем во всё более засушливой, последняя отличается большей доступностью субстрата из-за более высоких температур в результате уменьшения испарения, сокращения облачности и большего количества солнечного излучения у поверхности. Учитывая ограничения современных моделей и потенциальную модельную зависимость отклика атмосферы, представленные результаты дают лишь качественную оценку этих эффектов, но предполагают, что атмосферные обратные связи играют важную роль в формировании будущих выбросов метана в Арктике.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01715-3

Орошение и озеленение городов могут смягчить экстремальные температуры и уменьшить неблагоприятное воздействие жары на здоровье. Однако некоторые недавние исследования показывают, что эти вмешательства могут фактически усугубить тепловой стресс за счёт повышения влажности. В этих исследованиях используются разные индексы теплового стресса (ИТС), что затрудняет взаимное сравнение относительной роли температуры и влажности. Предложенный метод использует вариационное исчисление для сравнения чувствительности ИТС к температуре и влажности, независимо от единиц ИТС. Авторы объясняют свойства различных ИТС и определяют условия, при которых они расходятся. Выделены недавние исследования, в которых использование различных ИТС могло привести к противоположным выводам. Полученные результаты имеют важное значение для оценки ирригации и озеленения городов как адаптивной реакции на перегрев и мер по адаптации к климату в целом. Авторы призывают исследователей критически относиться к выбору ИТС, особенно в отношении последствий для здоровья; этот метод предоставляет полезный инструмент для проведения обоснованных сравнений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00408-0

Береговая эрозия является нормальным природным процессом. Однако скорость береговой эрозии, а также частота и интенсивность прибрежных наводнений в настоящее время возрастают во всём мире из-за изменения климата. Текущие реакции на береговую эрозию в первую очередь определяются факторами, характерными для данной местности, такими как высота, уклон, характеристики берега и историческая скорость изменения береговой линии, но без систематического понимания процессов изменения побережья в контексте изменения климата, включая пространственно-временные факторы, изменения уровня моря, региональные изменения волнового климата и площади морского льда. В отсутствие чёткого понимания процессов изменения прибрежной зоны большинство нынешних откликов её реагирования были основаны на рискованном предположении (т.е. нынешнее изменение прибрежной зоны будет сохраняться) и не устойчивы к будущим изменениям климата. Здесь приведён обзор литературы, обобщающий новейшее научное понимание процессов изменения прибрежной зоны в условиях изменения климата и потенциальные пробелы в исследованиях в отношении прогнозирования будущей береговой эрозии. Этот обзор показывает, что совмещённая система прибрежного моделирования с прибрежной волновой моделью (например, SWAN, MIKE21 и др.) может сыграть решающую роль как в краткосрочной, так и в долгосрочной оценке прибрежных рисков и разработке защитных мер.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-023-01901-9

Представлено первоначальное приложение NOAA-EPA Atmosphere-Chemistry Coupler (NACC) в облаке («NACC-Cloud», версия 1), обрабатывающее метеорологическую информацию по запросу и оперативную Глобальную систему прогнозирования NOAA версии 16 (GFSv16), создающее готовые к модельному использованию метеорологические файлы, необходимые для управления многомасштабным качеством воздуха сообщества Агентства по охране окружающей среды США (CMAQ). NACC является адаптацией процессора интерфейса метеорологии и химии Агентства по охране окружающей среды США версии 5 (MCIPv5) и используется в качестве основного связующего элемента в текущей оперативной модели прогнозирования качества воздуха NWS/NOAA. Разработка и использование NACC-Cloud имеют решающее значение для предоставления научному сообществу упрощённого доступа к оперативным данным NOAA GFSv16, а также определяемой пользователем обработки и загрузки готовых к использованию в модели метеорологических данных для любого регионального домена CMAQ по всему миру. Система NACC-Cloud была реализована на платформе высокопроизводительных вычислений Amazon® Web Services, и результаты этой работы показывают, что система NACC-Cloud сразу же приносит пользу сообществу специалистов по моделированию качества воздуха во всём мире.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/7/1110

Ограничение глобального потепления до 1,5°C к концу века — амбициозная цель, требующая немедленного и беспрецедентного сокращения выбросов. При отсутствии достаточного смягчения последствий в краткосрочной перспективе эта цель будет достигнута только за счёт удаления двуокиси углерода из атмосферы к концу этого столетия, что повлечёт за собой период превышения температуры. Наряду с социально-экономической осуществимостью крупномасштабного удаления СО₂, которая остаётся неясной, влияние на биогеохимические циклы и климат является ключевым фактором для оценки удаления СО₂ как варианта смягчения последствий. Эволюция концентрации CO₂ в атмосфере и климата изменяют обмен CO₂ между атмосферой и нижележащими резервуарами углерода на суше и в океане. Авторы исследуют обратные связи углеродного цикла при идеализированных и более реалистичных сценариях превышения в ансамбле моделей системы Земля. Реакция океанических и земных запасов углерода на изменения концентрации CO₂ в атмосфере и изменения климата поверхности (обратная связь концентрации углерода и углерода-климата, количественно определяемая показателями обратной связи 𝛽 и 𝛾 соответственно) демонстрирует большой гистерезис. Этот гистерезис приводит к росту абсолютных значений 𝛽 и 𝛾 во время фаз отрицательных выбросов. Этот рост пространственно достаточно однороден, поскольку пространственные закономерности обратных связей существенно не меняются в расчётах отдельных моделей. Подтверждается что метрики обратной связи 𝛽 и 𝛾 являются относительно надёжным инструментом для характеристики различий между моделями в силе обратной связи, поскольку относительная сила обратной связи остаётся в значительной степени стабильной между фазами положительных и отрицательных выбросов и между различными вариантами, хотя существуют исключения. Когда выбросы становятся отрицательными, обнаруживается, что модельная неопределённость (расхождение моделей) в 𝛽 и 𝛾 увеличивается сильнее, чем ожидалось, исходя из предположения, что неопределённости будут накапливаться линейно со временем. Это указывает на то, что реакция модели на переход от увеличения к уменьшению воздействия вносит дополнительный уровень неопределённости, по крайней мере, в идеализированном моделировании с сильным сигналом. Также кратко обсуждается существующее альтернативное определение метрик обратной связи, основанное на мгновенных потоках, а не на запасах углерода, и даются рекомендации для дальнейших действий и будущих проектов взаимного сравнения моделей. 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1127/  

Для смягчения негативных последствий загрязнения воздуха в данной статье исследуется модель прогнозирования концентрации загрязняющих веществ на основе метода машинного обучения. Во-первых, чтобы улучшить производительность прогнозирования алгоритма поиска воробья методом наименьших квадратов с опорными векторами (SSA-LSSVM), введён принцип обратной стратегии обучения, и лучшее решение получается путём оптимизации текущего и обратного решений одновременно. Во-вторых, в соответствии с нелинейными и нестационарными характеристиками данных временных рядов PM_2.5 и PM₁₀ метод декомпозиции вариационного режима (VMD) используется с целью декомпозиции исходных данных для получения соответствующего значения K. Наконец, проводится экспериментальная проверка и эмпирический анализ. В эксперименте 1 авторы проверили хорошую производительность модели на наборах данных репозитория машинного обучения в Ирвине (UCI) Калифорнийского университета. В эксперименте 2 они предсказали данные о загрязняющих веществах для ряда городов региона Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй в разные периоды времени, получили пять наборов ошибок и сравнили их с шестью другими алгоритмами. Результаты показывают, что метод прогнозирования, описанный в этой статье, имеет хорошую надёжность, и ожидаемые результаты могут быть получены при различных условиях прогнозирования.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/7/1106

Антарктический припайный морской лёд (припай) представляет собой неподвижный морской лёд, прикреплённый к берегу, севшим на мель айсбергам, шельфовым ледникам или другим выступам на континентальном шельфе. Припай образуется узкими (обычно шириной до 200 км) полосами и имеет толщину от сантиметров до десятков метров. В большинстве регионов он образуется осенью, сохраняется в течение зимы и тает весной/летом, но может оставаться в течение всего лета в определённых местах, превращаясь в многолетний лёд. Несмотря на его относительно ограниченную протяжённость (составляющую примерно от 4% до 13% всего морского льда), его присутствие, изменчивость и сезонность являются движущими силами широкого спектра физических, биологических и биогеохимических процессов, имеющих как локальные, так и далеко идущие последствия для Земной системы. Антарктический припай до недавнего времени игнорировался в исследованиях, вероятно, из-за недостаточного знания о его распределении, что привело к его репутации «недостающего кусочка антарктической головоломки». В этом обзоре представлен синтез современных знаний о физических, биогеохимических и биологических аспектах припая на основе подобластей: роста, свойств и сезонности припая; дистанционное зондирование и распределение; взаимодействие с атмосферой и океаном; биогеохимические взаимодействия; его роль в основном образовании; и припай как среда обитания травоядных. Наконец, рассматривается потенциальное состояние антарктического припая в конце XXI века, опираясь на модельные прогнозы проекта CMIP. Этот обзор также даёт рекомендации для целенаправленной будущей работы, чтобы улучшить понимание этого критически важного элемента глобальной криосферы.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/371804329_Antarctic_Landfast_Sea_Ice_A_Review_of_Its_Physics_Biogeochemistry_and_Ecology

Вертикальное распределение чёрного углерода (ЧУ), а также его смешанное состояние вызывают серьёзную озабоченность из-за его сильного регионального климатического и экологического воздействия. В этом исследовании вертикальные измерения проводились с помощью передвижного контейнера на базе метеорологической вышки в городской зоне Пекина в течение июня и июля. Всего было получено 112 вертикальных профилей (0–240 м), включающих концентрации ЧУ, O₃, NOx и оптические свойства аэрозолей. Исходя из концентраций ЧУ, вертикальные профили можно разделить на четыре категории: равномерный, с постепенным снижением, с резким снижением и с внезапным увеличением. Равномерный тип указывает на сильное вертикальное перемешивание с одинаковыми концентрациями загрязняющих веществ по вертикали, а типы постепенного и резкого снижения – на стабильные вертикальные условия с более высокими концентрациями загрязняющих веществ у поверхности и более низкими на больших высотах. Из-за сильной радиации летом вертикальные профили имели чёткий суточный ход, в котором ∼ 80% профилей были равномерными в дневное время и ∼ 40–90% профилей имели постепенный и резкий спад ночью. O₃ является исключением, и его концентрация обычно увеличивается с высотой даже в условиях сильного вертикального перемешивания. Распределение размеров ядер ЧУ незначительно варьировалось в вертикальном направлении, а толщина покрытия, характеризуемая отношением диаметров частицы, содержащей ЧУ, и ядра ЧУ (D_p/D_c), увеличивалась с высотой в стабильных условиях. Хотя толщина покрытия могла увеличить поглощающую способность со средним усилением поглощения 1,25 в 23:00 местного времени, вертикальная разница Dp/Dc (2%) была намного ниже, чем разница концентрации ЧУ (∼ 35%). Вертикальное изменение абсорбционной способности в основном было вызвано изменением концентрации ЧУ. Кроме того, концентрация O₃ и D_p/D_c иногда увеличивались в период с 06:00 до 08:00, но оставались стабильными в период с 08:00 до 10:00. Вертикальное перемешивание и транспортировка с более высоких уровней, таких как остаточный слой, могут существенно повлиять на свойства загрязняющих веществ на поверхности в ранние утренние часы. Это исследование демонстрирует непрерывную вертикальную картину ЧУ и его смешивания в городских районах, что было бы полезно для понимания его регионального воздействия на окружающую среду.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/7225/2023/

Широко распространённые и частые засухи в последние годы затронули большую часть Европы, но остаётся неясным, когда началась эта синхронная тенденция и как на неё повлияло антропогенное воздействие. Авторы реконструируют и исследуют историю засух в южной Европе за последние 300 лет, используя ежегодные данные изотопов кислорода в годичных кольцах деревьев в Боснии и Герцеговине. Реконструкция предполагает, что начало тенденции к засухе в южной Европе произошло примерно в 1850-х годах, что согласуется с предыдущими исследованиями, демонстрирующими обширную и длительную засуху в районах Центральной и Западной Европы. Данные модели CMIP6 и данные реанализа показывают, что антропогенное потепление усилило связь между земной поверхностью и атмосферой и усугубило широко распространённую тенденцию засухи с 1850-х годов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00907-1

Антропогенные аэрозоли и парниковые газы играли важную роль в модуляции накопления и распределения тепла в океанах с индустриальной эпохи. Авторы изолируют и количественно оценивают влияние обоих совокупных модельных климатических расчётов. Показано, что по сравнению с доиндустриальным периодом Южный океан импортирует тепло из Индо-Тихого океана, но экспортирует его в Атлантический в ответ на антропогенные аэрозоли. Поглощение тепла океаном уменьшается в субполярной Атлантике. Изменения циркуляции и температуры океана слабо компенсируются, внося свой вклад в межбассейновый теплообмен. Следовательно, вклад межбассейнового теплообмена в изменения поглощения тепла океаном сопоставим с изменением накопленного тепла в Атлантике и Индо-Тихоокеанском регионе. Изменения, обусловленные парниковыми газами, противоположны изменениям, связанным с аэрозолями. Антропогенные парниковые газы способствуют поглощению тепла океаном в субполярной Атлантике и позволяют Южному океану импортировать тепло из Атлантики, но экспортировать его в Индо-Тихий океан. Причина этого перераспределения тепла океана отличается от сценария воздействия аэрозолей, поскольку эффекты циркуляции океана сильно компенсируются температурными сдвигами. Соответственно, межбассейновый теплообмен имеет гораздо меньшее значение, чем изменения поглощения тепла океаном, обусловленного парниковыми газами. Эти результаты показывают, что вызванные аэрозолями изменения в циркуляции океана и связанный с ним перенос тепла между бассейнами более эффективны в изменении распределения тепла в океане, чем изменения, вызванные глобальным увеличением количества парниковых газов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01219-x