Исчезновение арктического морского льда стало символом продолжающегося изменения климата, однако климатические модели до сих пор не могут точно его воспроизвести, не говоря уже о том, чтобы предсказать его. Причиной этого является всё более очевидная роль океана, особенно «атлантического слоя», в процессах формирования морского льда. Авторы количественно оценивают систематические ошибки в этом атлантическом слое и более глубоких слоях Северного Ледовитого океана в 14 репрезентативных моделях, участвовавших в проекте взаимного сравнения климатических моделей CMIP6. По сравнению с данными наблюдений за климатологией и гидрографическими профилями смоделированное ядро атлантического слоя слишком холодное в среднем на -0,4°C и расположено на 400 м глубже в котловине Нансена. Атлантический слой слишком толстый и в некоторых моделях доходит до морского дна. Глубинные и придонные воды, наоборот, слишком тёплые (на 1,1 и 1,2°С). Кроме того, смоделированные свойства почти не меняются по всей Арктике. Авторы приписывают эти погрешности неточному представлению шельфовых процессов: кажется, что только три модели воспроизводят плотные разливы воды в слишком небольшом числе мест, которые не погружаются достаточно глубоко. Ни одна модель не компенсирует глубоководную конвекцию в открытом океане. Следовательно, свойства задаются неточными объёмными потоками через пролив Фрама, смещёнными вниз до 6 Зв, но связанными со слишком тёплым проливом Фрама, что приводит к отчасти точному притоку тепла. Эти потоки связаны с погрешностями в северных морях, которые ранее приписывались неточной протяжённости морского льда и атмосферным режимам изменчивости, что подчёркивает необходимость общего улучшения различных компонентов модели и их взаимосвязи.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-22-0194.1/JCLI-D-22-0194.1.xml

Изменение климата увеличивает частоту сброса влаги атмосферными реками в Арктике. Штормы оттесняют морской лёд в то время года, когда он должен расширяться.

Согласно новому исследованию, атмосферные реки проникают дальше на север с большей частотой, чем четыре десятилетия назад. Эти высотные магистрали водяного пара проливают дождь на восстанавливающийся арктический морской лёд зимой, когда он должен быть на своём пике.
В любой момент времени несколько атмосферных рек перемещают больше воды, чем река Миссисипи, от экватора в более высокие широты. Когда исследователи впервые описали это явление несколько десятилетий назад, оно рассматривалось как явление в средних широтах, связанное с наводнением в Калифорнии и таянием снега на северо-западе Тихого океана. Но в последнее время атмосферные реки также направляются к полюсам. Новое исследование окончательно связывает эти экстремальные погодные явления с более широкими тенденциями потери морского льда в Арктике.
Пэнфей Чжан (Pengfei Zhang), исследователь атмосферы из Пенсильванского государственного университета, начал изучать арктические атмосферные реки два года назад, когда заметил интересную тенденцию. Всякий раз, когда атмосферная река простиралась на север достаточно далеко, чтобы достичь Арктики, морской лёд немедленно отступал. Эффект был наиболее заметен в тёмные зимние месяцы, когда предполагалось, что арктический морской лёд восстанавливается после летних потерь и достигает своего максимального размера примерно в конце февраля или в марте.
«Это означает, что морской ледяной покров не может увеличиваться до максимальной величины, допускаемой низкими температурами», — говорит Чжан.
Глядя на спутниковые наблюдения и метеорологические данные за 1979 год, Чжан и его коллеги обнаружили, что число атмосферных рек, достигающих Арктики, увеличилось. В то же время пиковая зимняя площадь морского льда уменьшилась.
Атмосферные реки способствуют таянию морского льда несколькими ключевыми способами. Содержащийся в них водяной пар улавливает больше тепла, чем сухой полярный воздух, и это тепло излучается к нижележащему льду. Тепло также выделяется, когда водяной пар образует капли дождя или снежинки. Наконец, когда дождь достигает поверхности, тёплые капли растапливают лёд при контакте.
Воздействие настолько сильное, что отступление льда можно увидеть на спутниковых снимках в течение нескольких дней после атмосферного речного шторма, как если бы гигантский фен был нацелен на край льда. Когда атмосферные реки становятся более частыми, увеличивается и число задержек за сезон.
Используя комбинацию исторических спутниковых данных и результатов моделирования климата, команда определила, что около трети недавнего сокращения морского льда в некоторых частях Арктики можно объяснить демпфирующим эффектом, который всё более распространённые атмосферные реки оказывают на восстановление морского льда. Воздействие было наиболее выраженным в районах с наибольшим числом атмосферных рек, включая Баренцево и Карское моря.
Из-за штормов, когда Арктика прогревается весной и летом, тает меньше морского льда, и тёмная поверхность океана обнажается быстрее. Эти воды поглощают больше солнечного света, что приводит к более быстрому нагреванию и даже большему таянию.
Исследователи использовали модели климата большого ансамбля, в том числе LENS2 (Community Earth System Model 2 (CESM2) Large Ensemble Community Project), чтобы определить, насколько увеличение числа атмосферных рек может быть связано с изменением климата. Они обнаружили, что 68% тенденции к увеличению частоты атмосферных рек можно отнести к антропогенному изменению климата, хотя свою роль также сыграла его естественная изменчивость, такая как междесятилетнее тихоокеанское колебание.
Работа «впечатляет», — сказал Джонатан Вилле (Jonathan Wille), полярный метеоролог из ETH Zürich. «Авторы этого исследования проделали отличную работу по количественной оценке негативного воздействия атмосферных рек на рост морского льда в начале сезона».

Готовимся к более влажной и тёплой Арктике

Более влажная и тёплая Арктика будет иметь далеко идущие последствия. Всё более частые атмосферные реки сделают Арктику более бурным местом с большими волнами, которые могут ещё больше препятствовать образованию льда. Эта более экстремальная среда может оказать ряд воздействий на арктические экосистемы. Например, большее количество солнечного света, попадающего в открытый океан из-за меньшего количества морского льда, уже приводит к тому, что цветение фитопланктона начинается раньше и заканчивается позже, с каскадным воздействием на пищевую сеть. В глобальном масштабе отступление морского льда может замедлить конвейерную ленту океана, известную как атлантическая меридиональная термохалинная циркуляция, что может привести к засухам или повышению уровня моря за тысячи километров от Арктики.
«К сожалению, существует много петель отрицательной обратной связи, связанных с таянием морского льда, и это исследование освещает один из таких процессов», — сказал Вилле.

Ссылка: https://eos.org/articles/rivers-in-the-sky-are-hindering-winter-arctic-sea-ice-recovery

Экстремальные погодные явления, такие как засухи и аномальная жара, становятся всё более частыми во всём мире, что имеет серьёзные последствия для сельскохозяйственного производства и продовольственной безопасности. Хотя влияние таких событий на производство основных сельскохозяйственных культур хорошо задокументировано, реакция большего количества культур неизвестна, а потенциал разнообразия сельскохозяйственных культур для защиты сельскохозяйственной продукции от экстремальных погодных явлений остается непроверенным. Авторы оценивают, обеспечивает ли увеличение разнообразия наборов сельскохозяйственных культур в масштабе страны большую устойчивость к общей урожайности и доходам страны по сравнению с потерями из-за засухи и высоких температур. Для этого использованы ежегодные данные о погоде, урожайности и сельскохозяйственных доходах за 58 лет для 109 культур в 127 странах. Также использованы пространственное распределение каждой культуры и её цикл выращивания, чтобы определить их подверженность погодным явлениям. Обнаружено, что культивирование большего разнообразия сельскохозяйственных культур в странах снижает негативное воздействие засух и высоких температур на сельскохозяйственную продукцию. Для засухи результаты показывают, что эффект объясняется не только разнообразием культур как таковым, но и чувствительностью наиболее обильных культур (с точки зрения посевных площадей) к этой крайности. Страны, отводящие больше земли под второстепенные засухоустойчивые культуры, снижают среднюю чувствительность наборов сельскохозяйственных культур в масштабе страны и демонстрируют большую устойчивость урожайности и доходов к засухе. Это исследование подчёркивает неиспользованный потенциал биоразнообразия сельскохозяйственных культур для повышения устойчивости к погодным условиям, особенно в более бедных развивающихся странах, которые, вероятно, несоразмерно пострадают от последствий изменения климата.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/369127224_Crop_diversity_buffers_the_impact_of_droughts_and_high_temperatures_on_food_production

Озонозонды, запускаемые еженедельно с Южнополярной станции (1986–2021 гг.), измеряют профили озона и температуры с высоким вертикальным разрешением от поверхности до высоты 30–35 км. Частота запусков увеличивается в конце зимы перед началом быстрой потери стратосферного озона в сентябре. Показатели озоновой дыры свидетельствуют, что годовые значения общего содержания озона в столбе (ОСО) и минимальные значения парциального столба озона на высотах 14–21 км, а также тренды темпов его потерь в сентябре улучшаются (менее серьёзные) с 2001 года. 36-летняя запись также показывает межгодовую изменчивость, особенно в последние годы (2019–2021 гг.). Авторы обсуждают дополнительные детали за эти три года, сравнивая ежегодные минимальные профили, наблюдаемые в день, когда наблюдается самое низкое ОСО. Авторы также сравнивают временной ряд значений содержания озона в парциальном столбе в слое 14–21 км за июль–декабрь с 36-летней медианой с процентильными интервалами. Распад аномального вихря в 2019 году показал, что стратосферные температуры начали повышаться в начале сентября, после чего уменьшилась потеря озона. Минимум ОСО 180 ед. Добсона наблюдался 24 сентября. За этим последовали два года стабильного и холодного полярного вихря в 2020 и 2021 гг. с минимумами ОСО 104 (1 октября) и 102 ед. Добсона (7 октября) соответственно. В эти годы к концу сентября в слое 14–21 км также были обнаружены обширные области с почти нулевым содержанием озона (потеря насыщения), сохранявшиеся до октября. Подтверждение результатов наблюдений озонозонда осуществляется путём постоянного сравнения измерений ОСО с наземным спектрофотометром Добсона на Южном полюсе.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/3133/2023/

Арктический циклон представляет собой активную погодную систему в Арктике, а арктический экстремальный циклон (АЭЦ) сильно влияет на полярную погоду. Поэтому многие исследования были сосредоточены на активности АЭЦ и её связи с крупномасштабной циркуляцией в Арктике. В этом исследовании арктические циклоны были обнаружены с использованием данных реанализа ERA5 с 1979 по 2020 гг., а АЭЦ холодного и теплого полугодий были определены с использованием 5-го процентиля давления на уровне моря. Индекс генезиса арктических циклонов, GPIArctic, устанавливается с использованием метода наименьших квадратов абсолютной завихрённости, сдвига ветра и длинноволнового излучения со скоростью роста Иди. Эти результаты показывают, что сдвиг ветра и длинноволновая радиация сильно влияют на АЭЦ. В холодном полугодии высокое значение GPIArctic в основном наблюдается на юге Гренландии, а в тёплом - также на северо-востоке Евразии. Результаты мультимодельной интеграции CMIP6 говорят о том, что в Арктике в ближайшие десятилетия (2021–2050 гг.) будет формироваться больше АЭЦ, а их сезонная контрастность будет сильнее на северо-востоке Евразии.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/369124177_Effects_of_large-scale_changes_in_environmental_factors_on_the_genesis_of_Arctic_extreme_cyclones

Предложен метод изучения текущего состояния восстановления озона, связанного с изменениями содержания озоноразрушающих веществ (ОРВ) в стратосфере. Используемые наборы данных об общем содержании озона в столбе (ОСО) основаны на наземных (с помощью спектрофотометра Добсона и/или Брюера) измерениях, спутниковых наблюдениях (с помощью инструментов Solar Backscatter Ultraviolet (SBUV) и Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS)) и результатах реанализа (многосенсорный реанализ версии 2 (MSR2) и ретроспективный анализ современной эпохи для исследований и приложений, версия 2 (MERRA2)). Временные ряды ОСО рассчитываются для выбранных мест в средних широтах северного полушария (35–60° с.ш.), являющихся местоположениями станций с долгосрочными наблюдениями ОСО, заархивированными во Всемирном центре данных по озону и ультрафиолетовому излучению (WOUDC). Среднемесячные значения ОСО (1980–2020 гг.) усредняются за период с апреля по сентябрь для получения временных рядов ОСО для тёплого периода года. Рассмотрены два типа усреднённых временных рядов ОСО: исходный и непрокси-временной ряд с удалённой естественной изменчивостью по стандартной модели множественной регрессии. Временные ряды ОСО были сглажены с помощью сглаживающего устройства диаграмм рассеяния с локальным взвешиванием (LOWESS) и суперсглаживающего устройства (SS). Сглаженные значения ОСО в 1980, 1988, 1997 и 2020 годах использовались для построения индексов восстановления озона (ORI) в 2020 году. Это ключевые годы во временном ряду эквивалентного эффективного стратосферного хлора (EESC) за период 1980–2020 гг., т.е. стратосфера была лишь незначительно загрязнена ОРВ в 1980 г., 1988 г. – это год, в котором значение EESC равно его значению в конце (2020 г.), а в 1997 г. максимум EESC пришелся на среднеширотную стратосферу. Первый предложенный ORI, ORI₁, представляет собой нормализованную разницу между значениями ОСО в 2020 и 1988 годах, а второй, ORI₂, - процент восстановленного ОСО в 2020 году с момента достижения максимума ОРВ. Следуя этим определениям, соответствующие эталонные диапазоны (от −0,5% до 1% для ORI₁ и от 40% до 60% для ORI₂) получены путём анализа набора возможных временных рядов EESC, смоделированных с помощью автоматического переводчика Годдарда. Фазы восстановления озона классифицируются путём сравнения текущих значений ORI и их диапазонов неопределённости (путём начальной загрузки) с этими эталонными диапазонами. В проанализированных временных рядах ОСО для конкретных комбинаций наборов данных, типов данных и используемого сглаживания обнаружено более быстрое (для ORI₁ или ORI₂ выше контрольного диапазона) и более медленное (для ORI₁ или ORI₂ ниже контрольного диапазона) восстановление в 2020 г., чем что следует из изменения EESC и продолжения снижения ОСО после пика EESC (ORI₂ < 0%). Сильный сигнал более медленного восстановления ОСО обнаружен в Торонто, Хоэнпайссенберге, Градце Кралове и Бельске. Продолжение снижения содержания озона после изменения концентрации ОРВ обнаруживается как в исходных, так и в косвенных временных рядах WOUDC (Торонто), SBUV и OMPS (Торонто, Ароза, Хоэнпайссенберг, Уккле, Градец Кралове и Бельск) и данных MERRA2 (Ароза, Гогенпайссенберг, Градец Кралове и Бельск).

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/3119/2023/

Учёные, промышленность и политики обращают всё больше внимания на океан как на источник решений по смягчению последствий изменения климата. Активизировались усилия по разработке океанических климатических вмешательств для удаления и связывания двуокиси углерода CO₂, управления солнечным излучением или производства возобновляемой энергии. Были подняты вопросы о расходах, управлении, воздействии и эффективности океанических климатических вмешательств в целом, но ограниченное внимание уделялось биогеохимии океана и экосистемам и, в частности, воздействию на глубоководные экосистемы (глубина воды более 200 м), региону океана, недостаточно изученному, но имеющему основополагающее значение для здорового функционирования Земли. Глубокое море с низким запасом энергии, обычно холодные, стабильные условия и низкая плотность организмов со сниженным метаболизмом требуют особого внимания. Обсуждаются океанические климатические вмешательства, способные повлиять на глубоководные экосистемы и их услуги, определены проблемы управления и подчёркивается необходимость интегрированной исследовательской структуры, которая поможет централизовать рассмотрение глубоководных воздействий при планировании смягчения последствий.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7521

Точное определение пространственной протяжённости холодных регионов обеспечивает основу для изучения глобальных изменений окружающей среды. Однако не уделялось внимания чувствительным к температуре пространственным изменениям в холодных регионах Земли в контексте потепления климата. В этом исследовании для определения холодных регионов были выбраны средняя температура в самый холодный месяц ниже -3°C, не более 5 месяцев выше 10°C и среднегодовая температура не выше 5°C. Основываясь на данных среднемесячных приземных климатических элементов CRUTEM, авторы исследуют пространственно-временное распределение и характеристики вариаций континентальных холодных регионов северного полушария с 1901 по 2019 гг. с использованием временного тренда и корреляционного анализа. Результаты показывают: (1) За последние 119 лет холодные регионы северного полушария покрывали в среднем около 4,074 × 10⁷ км², что составляет 37,82% от общей площади суши северного полушария. Холодные регионы можно разделить на холодные регионы средних и высоких широт и холодные регионы Цинхай-Тибетского нагорья с пространственной протяжённостью 3,755 × 10⁷ км² и 3,127 × 10⁶ км² соответственно. Холодные районы средних и высоких широт северного полушария в основном распространены в северной части Северной Америки, большей части Исландии, Альпах, северной Евразии и на Большом Кавказе со средней южной границей 49,48° с.ш. За исключением юго-запада, весь регион Цинхай-Тибетского нагорья, северный Пакистан и большая часть Кыргызстана являются холодными регионами. (2) За последние 119 лет темпы изменения пространственной протяжённости холодных областей в северном полушарии, средних и высоких широтах и на Цинхай-Тибетском нагорье составили −0,030 × 10⁷ км²/10 лет, −0,028 × 10⁷ км²/10 лет и –0,013 × 10⁶ км²/10 лет соответственно, демонстрируя чрезвычайно значительную тенденцию к снижению. За последние 119 лет средняя южная граница холодных регионов средних и высоких широт отступала на север на всех долготах. Например, средняя южная граница холодных областей Евразии сместилась на 1,82° к северу, а граница Северной Америки — на 0,98° к северу. Основной вклад исследования заключается в точном определении холодных регионов и документации пространственной изменчивости холодных регионов в северном полушарии, выявлении тенденций их реакции на потепление климата и углублении изучения дальнейших глобальных изменений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30263-1

 Динамика многолетней мерзлоты может резко повлиять на динамику углерода в растительности и почве в северных высоких широтах. Растительность оказывает значительное влияние на энергетический баланс поверхности почвы, воздействуя на коротко- и длинноволновое излучение и поверхностный поток явного тепла, и тем самым - на термическую динамику почвы, что, в свою очередь, вызывает сдвиг растительности, влияя на круговорот углерода. Зимой снег также может значительно влиять на температуру почвы из-за его изолирующего эффекта. Однако до настоящего времени эти процессы полностью не смоделированы. Чтобы количественно оценить взаимодействие между термической динамикой растительности, снега и почвы и их влияние на динамику углерода в циркумполярном регионе (45–90° с.ш.), авторы пересмотрели сложную модель экосистемы, чтобы улучшить моделирование профиля температуры почвы и его влияния на растительность, пулы и потоки углерода в экосистеме. Обнаружено, что при более высокой температуре почвы зимой и более низкой температуре почвы летом, смоделированных с помощью пересмотренной модели, учитывающей сдвиг растительности и влияние снега, регион будет выбрасывать в атмосферу 1,54 Пг C/год в настоящее время и 66,77–87,95 Пг C за период 2022-2100 гг. Однако эффекты растительного покрова из-за смещения растительности приведут к поглощению большего количества углерода в экосистему: 1,00 Пг C/год в настоящее время и 36,09–44,32 Пг C/год за период 2022–2100 гг. Это исследование подчёркивает важность учёта взаимодействия между снегом, сдвигом растительности и температурной динамикой почвы при моделировании эволюции углерода в регионе.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/369080232_The_importance_of_interactions_between_snow_permafrost_and_vegetation_dynamics
_in_affecting_terrestrial_carbon_balance_in_circumpolar_regions

Твёрдые частицы чёрного углерода (ЧУ) влияют на глобальное потепление, поглощая солнечную радиацию, влияя на образование облаков и уменьшая альбедо Земли при отложении на снегу или льду. ЧУ также имеет широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья населения. Авторы рассмотрели факторы выбросов ЧУ основных антропогенных источников, т.е. транспорта (включая морской и авиационный), сжигания топлива в жилых помещениях и производства энергии. Они включили факторы выбросов ЧУ, измеренные непосредственно от отдельных источников, и те, что получены из измерений окружающей среды. Каждая категория источников была разделена на подкатегории для выявления и демонстрации систематических тенденций, таких как потенциальное влияние топлива, технологий сжигания и систем очистки выхлопных/дымовых газов на факторы выбросов ЧУ. В этом обзоре подчёркивается важность регулирования выбросов на уровне общества для смягчения последствий выбросов ЧУ; чёткое сокращение выбросов ЧУ наблюдалось в исследованиях окружающей среды для дорожного движения, а также в прямых измерениях выбросов отдельных транспортных средств с дизельным двигателем. Тем не менее, выбросы ЧУ бензиновых транспортных средств были выше для транспортных средств с непосредственным впрыском топлива, чем для транспортных средств с впрыском топлива через порт, что указывает на потенциально негативную тенденцию в факторах выбросов ЧУ парка бензиновых транспортных средств. В случае судоходства наблюдалась относительно чёткая корреляция между объёмом двигателя и факторами выбросов ЧУ, так что удельные факторы выбросов ЧУ самых больших двигателей были самыми низкими. Что касается факторов выбросов ЧУ от сжигания в жилых помещениях, наблюдаются большие различия в них, указывающие на то, что тип и качество топлива, а также приборы для сжигания значительно влияют на факторы выбросов ЧУ. Наибольшие пробелы в данных были в факторах выбросов крупномасштабного производства энергии, которые можно рассматривать как решающие для оценки потенциала глобального радиационного воздействия антропогенных выбросов ЧУ. Кроме того, необходимо провести гораздо больше исследований для улучшения глобального охвата факторов выбросов ЧУ. Кроме того, использование существующих данных осложняется различными методами расчёта факторов выбросов, различными единицами измерения, используемыми в отчётах, и разницей в результатах из-за различных экспериментальных установок и методов измерения ЧУ. В целом считается, что проведённый обзор факторов выбросов ЧУ значительно повысит точность будущих кадастров выбросов и оценок воздействия антропогенных выбросов ЧУ на климат, качество воздуха и здоровье человека.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368444917_Review_of_black_carbon_emission_factors_from_different_anthropogenic_sources