Роль Китая становится всё более важной в смягчении последствий изменения климата, а для разработки политики энергосбережения и сокращения выбросов требуется информация на уровне города. Эффективность реализации национальной политики зависит от поддержки и участия местных органов власти. Точные данные о конечном потреблении энергии имеют жизненно важное значение для разработки и реализации энергетического перехода на уровне города, а также политики энергосбережения и сокращения выбросов. Однако существует нехватка источников данных, касающихся конечного потребления энергии на уровне городов Китая. Чтобы устранить эти пробелы, авторы разработали методы компьютерного моделирования, а также методы в рамках подхода «сверху вниз» и даунскейлинга для оценки конечного энергопотребления на уровне городов Китая. Таким образом, был составлен окончательный реестр энергопотребления для 331 китайского города с 2005 по 2021 гг., охватывающий семь секторов экономики, 30 видов ископаемого топлива и четыре источника чистой энергии. Более того, обсуждается достоверность результатов оценки с разных точек зрения, чтобы повысить её точность. Этот набор данных можно использовать для анализа в различных передовых областях исследований, таких как динамика энергетического перехода, стратегии управления рисками перехода и процессы формулирования политики.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03529-0

Долгосрочные (1982–2019 гг.) спутниковые записи климатических данных аэрозолей и облаков, данные реанализа метеорологических полей и методы машинного обучения используются для изучения воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака над Мировым океаном в климатологической перспективе. Анализ сосредоточен на трёх широтных поясах, где глубокие конвективные облака чаще встречаются: на севере средних широт, тропической широте и юге средних широт. Установлено, что аэрозольное воздействие на морские глубокие конвективные облака можно обнаружить только на севере средних широт по многолетним осреднённым спутниковым наблюдениям за аэрозолями и облаками. В частности, размер частиц облаков более восприимчив к эффекту аэрозоля по сравнению с другими микрофизическими переменными облаков (например, с оптической толщиной облаков). Признаки воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака могут быть легко скрыты метеорологическими ковариациями макрофизических переменных облаков, таких как облачный покров и температура верхней границы облаков. В результате анализа машинного обучения обнаружено, что первичный аэрозольный эффект (т.е. аэрозольный эффект без метеорологических обратных связей и ковариаций) может частично объяснить активизацию аэрозольной конвекции на верхней границе облаков и что для точного определения аэрозольной конвекции необходимо учитывать метеорологические обратные связи и ковариации. В результате приведённого анализа разложения сингулярных значений авторы обнаружили, что аэрозольные эффекты в трёх ведущих главных компонентах (PC) могут объяснить около одной трети дисперсии облачных переменных, наблюдаемых со спутника, а значительные положительные или отрицательные тенденции наблюдаются только в основном компоненте PC1 переменных облаков и аэрозолей. Основной компонент PC1 является эффективным способом обнаружения аэрозольного воздействия на глубокие конвективные облака. Эти результаты ценны для оценки и улучшения взаимодействия аэрозоля и облаков в долгосрочном климатическом моделировании с помощью глобальных климатических моделей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/13/2487

Засуха создаёт всё более серьёзные проблемы для мирового производства продуктов питания. Знания о влиянии засухи на развитие сельскохозяйственных культур и о роли свойств почвы в анализе риска засухи и смягчении её последствий на ландшафтном уровне важны для руководства адаптацией к изменению климата. Спутниковые наблюдения могут дать представление о процессах роста сельскохозяйственных культур на всей территории, что может помочь выявить факторы риска и количественно оценить уязвимость к засухе. Авторы оценивают потенциал Sentinel-2 для выявления взаимодействия параметров роста растений и почвы в переменных погодных условиях. В качестве примера оценивается рост озимой пшеницы на 13 полях, принадлежащих коммерческим фермерам на юге Швеции, в засушливый год и в год с нормальными погодными условиями. Для отслеживания роста сельскохозяйственных культур индекс площади зеленых листьев (GLAI) оценивался на основе спутниковых изображений с использованием модели переноса радиации. Коэффициенты скорости роста озимой пшеницы, пика GLAI и времени пика GLAI были получены на основе развития GLAI на уровне одного поля. 

Затем авторы сравнили показатели роста урожая за два года и по полям и связали их с измеренными свойствами почвы. Обнаружены более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями. Было также показано, что увеличение пика GLAI в засушливый год связано с более высокой скоростью роста, чего не было в год с нормальными осадками. Различия в развитии сельскохозяйственных культур между годами были большими для некоторых полей и небольшими для других: это позволяет предположить, что свойства почвы играют роль в реакции сельскохозяйственных культур на засуху. Обнаружено, что поля с более высоким объёмом доступной воды для растений имели более высокую урожайность в засушливый год и меньшую относительную разницу в темпах роста между двумя годами. Наблюдаемые более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями демонстрируют, что спутниковые изображения могут использоваться для количественной оценки взаимодействия растений, почвы и погоды в масштабах, соответствующих коммерческому сельскому хозяйству. Это исследование служит первым шагом на пути к поддержке управления рисками засухи, адаптации к засухе и коммуникационной деятельности по этой важной теме.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1872/

Третий полюс — крупнейшее в мире нагорье, имеющее один из крупнейших на Земле резервуаров ледниковой массы льда и снежного покрова. Три крупнейшие азиатские реки (Инд, Ганг и Брахмапутра) питаются за счёт таяния ледников и снега в Центральных Гималаях, что важно для социально-экономической устойчивости и водной безопасности Южной Азии. Здесь исследуются долгосрочные (1980–2020 гг.) изменения высоты снежного покрова и количества осадков на Третьем полюсе, где основные осадки выпадают в виде осадков летом и снегопадов зимой и весной. Средняя сезонная высота снежного покрова большая (≥1 м) зимой и незначительная (≤0,2 м) летом. Средний вес талого снега и эквивалент снеговой воды весной выше в центральных и западных хребтах Гималаев и Каракорума, которые являются регионами с наибольшим количеством ледников на Третьем полюсе. Существует значительная положительная тенденция общего количества осадков, около 0,01–0,03 мм сут^-1 год^-1 в центральной и восточной частях Третьего полюса во время южноазиатского летнего муссона за период 1980–2020 гг. Таяние снега также увеличивается (>0,5 × 10^-3 мм год^-1) в западных Гималаях весной, что согласуется с повышением там температуры (0,04–0,06°C год^-1). Кроме того, наблюдается заметное увеличение среднегодовой скорости таяния ледников (здесь – толщина водного эквивалента) на Третьем полюсе (от –1 до –5 см в.э. год^–1), с самыми высокими значениями в восточных и центральных Гималаях (от –3 до −5 см в.э.  год^-1), по оценкам на период 2003–2020 гг. Вдобавок к этому, к концу XXI века прогнозы проекта CMIP6 показывают, что произойдёт значительное уменьшение толщины снежного покрова и повышение температуры на Третьем полюсе во всех сценариях общих социально-экономических путей (SSP). Отныне тенденция к повышению температуры и таянию снега/ледников на Третьем полюсе станет серьёзной угрозой для регионального климата, водной безопасности и средств к существованию жителей Южной Азии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00710-5

Тропические циклоны в последние годы испытали миграцию к полюсам, но существует ли это в будущих прогнозах с использованием климатических моделей высокого разрешения, остаётся неясным. В этом исследовании изучается миграция тропических циклонов к полюсам над западной частью севера Тихого океана с использованием моделей CMIP6-HighResMIP. Сначала оценивается эффективность модели по частоте и широте генезиса тропических циклонов, которые сильно отличаются от наблюдений, особенно зимой и весной из-за неправильной интерпретации внетропических штормов. В этом исследовании предлагается пересмотренный метод обнаружения с ограничениями, основанный на температуре поверхности моря и атмосферных условиях, чтобы устранить это расхождение. Результаты показывают, что пересмотренный метод обнаружения хорошо справляется с определением годового цикла частоты и широты образования тропических циклонов. Будущие прогнозы, сделанные с помощью этого метода, показывают, что широта образования тропических циклонов и максимальная интенсивность за всё время их жизни претерпевают сдвиг к полюсам, причём первая оказывается более значительной. Пространственные изменения индекса динамического потенциала генезиса и крупномасштабной среды могут объяснить этот сдвиг. Также обсуждаются региональные изменения циркуляции Хэдли, роль глобального потепления и внутренней изменчивости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00704-3

Авторы анализируют источники распространения реакции зимнего стратосферного полярного вихря (СПВ) в северном полушарии на глобальное потепление в модельных расчётах фазы 5 (CMIP5) и фазы 6 (CMIP6) проекта взаимного сравнения климатических моделей. Около половины межмодельного разброса в прогнозах СПВ по моделям CMIP6, но менее трети в моделях CMIP5 можно объяснить межмодельным разбросом при движении стационарных планетарных волн. В CMIP6 ослабление СПВ в основном обусловлено увеличением потока восходящих волн из тропосферы, тогда как усиление СПВ связано с увеличением распространения волн к экватору от полярной стратосферы. Авторы проверяют гипотетические факторы, способствующие изменениям в восходящих и экваториальных потоках планетарных волн, и показывают, что межмодельная регрессия с использованием прогнозируемых темпов глобального потепления, усиления субтропической струи и смещения ветра в нижней стратосфере в основном состоянии в качестве предикторов может объяснить почти ту же долю разброса СПВ в CMIP6, что и движение планетарных волн (r = 0,67). Зависимость разброса СПВ от отклонений модели в ветрах основного состояния предлагает возможное возникающее ограничение; однако большая неопределённость не позволяет существенно сократить прогнозируемый разброс СПВ. Отсутствие этой зависимости в CMIP5 также требует лучшего понимания основных причин. Эти результаты улучшают понимание прогнозируемой неопределённости СПВ; однако дальнейшее уменьшение неопределённости остается сложной задачей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040823

Метод машинного обучения используется для выявления источников долгосрочной предсказуемости ЭНЮК в океане (температура поверхности моря (ТПМ) и теплосодержание) и атмосфере (приземный зональный ветер (U10)). Тропическая ТПМ представляет собой основной источник для прогнозирования. Хотя U10 не увеличивает качество, когда он связан с ТПМ, анализ показывает, что один только U10 обладает качествами прогнозирования, сравнимыми с качествами ТПМ, на период от 11 до 21 месяца вперёд, с поздней осени до поздней весны. Сигнал с длинным опережением возникает в результате взаимодействия ветра и ТПМ в Индийском океане и распространяется через Тихий океан посредством механизма атмосферного моста. Линейный корреляционный анализ подтверждает этот механизм, предполагая наличие предвестнической связи между аномалиями ТПМ на западе и ветром на востоке Индийского океана. Эти результаты имеют важное значение для прогнозов ЭНЮК на один ближайший год и определяют ключевую роль U10 над Индийским океаном.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105194

Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) в условиях потепления климата широко изучалось, но реакции после 2100 года уделялось мало внимания. Здесь, используя долгосрочное моделирование, авторы обнаружили, что, хотя изменчивость ЭНЮК демонстрирует разнообразные изменения в краткосрочной перспективе, к 2300 году произойдёт значительное снижение его изменчивости. Продолжающееся потепление после 2100 года «подталкивает» температуру поверхности моря выше порога конвекции над восточной частью Тихого океана, вызывая коллапс среднего экваториального апвеллинга с усиленной глубокой конвекцией. Показано, что ослабленная обратная связь термоклина из-за коллапса апвеллинга и увеличения коэффициента теплового расширения, а также усиленного термодинамического затухания имеет решающее значение для уменьшения амплитуды ЭНЮК в условиях устойчивого потепления. Эти результаты предполагают пороговое поведение в тропической части Тихого океана, где конвективная атмосфера над восточной экваториальной частью Тихого океана вызывает резкие сдвиги в изменчивости ЭНЮК. Этот порог не преодолевается в сценариях с низким уровнем выбросов. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02061-8   

С момента запуска TROPOMI на спутнике Sentinel-5 Precursor (S5P) наблюдения за NO2 стали доступны с разрешением 3,5× 5 км, что делает возможным мониторинг выбросов NOx в масштабах городских районов и промышленных объектов. В Европе данные о выбросах сообщаются ежегодно по странам и крупным промышленным объектам и публикуются через Европейское агентство по окружающей среде (European Environment Agency, EEA). Спутниковые наблюдения могут предоставить независимую и более своевременную информацию о выбросах NOx. Была разработана новая версия алгоритма инверсии DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations, дневные выбросы, ограниченные спутниковыми наблюдениями) для расчёта выбросов в Европе на ежедневной основе, усреднённых по среднемесячным картам. Оценочная точность этих ежемесячных выбросов составляет около 25% для отдельных ячеек сетки. Эти данные DECSO о полученных со спутников выбросах, сравнивались с официально сообщаемыми европейскими выбросами и пространственно-временными дезагрегированными кадастрами выбросов. Общие выбросы DECSO NOx по стране близки к зарегистрированным выбросам и выбросам, собранным Службой мониторинга атмосферы «Коперник» (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS). Сравнение пространственно распределённых выбросов NOx от DECSO и CAMS показало, что выбросы, полученные со спутников, часто выше в городах, в то время как они близки для крупных электростанций и немного ниже в сельской местности.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7523/2024/

Летний азиатский муссон имеет сильную конвекционную составляющую, благодаря которой аэрозоли могут подниматься в нижние слои стратосферы. Из-за обычно длительного времени жизни и переноса на большие расстояния аэрозоли остаются там гораздо дольше, чем в тропосфере, а также могут переноситься по всему земному шару. Целью данного исследования является синергия между результатами химической лагранжевой модели стратосферы (CLaMS) и измерениями KARL (Koldewey Aerosol Raman Lidar) в AWIPEV*, Ню-Олесунн в Арктике, путём сравнения результатов CLaMS с образцовыми днями лидарных измерений, а также анализа стратосферного аэрозольного фона. Авторы использовали глобальное трёхмерное моделирование лагранжева переноса, включая трассеры поверхностного происхождения, а также обратные траектории, чтобы идентифицировать области источников аэрозольных частиц, измеренных над Ню-Олесунном. Они проанализировали лидарные данные за 2021 год и обнаружили, что стратосфера в целом оставалась ясной, без явных слоев аэрозоля от извержений вулканов или сжигания биомассы. Тем не менее был обнаружен очевидный годовой цикл коэффициента обратного рассеяния с более высокими значениями в конце лета-осенью и более низкими значениями в конце зимы. Результаты работы модели CLaMS показывают, что с конца лета до начала осени нити с высоким содержанием воздуха, происходящие из Южной Азии – одного из самых загрязнённых регионов мира – достигают Арктики на высотах между 360 и 380 К потенциальной температуры. Авторы обнаружили совпадающее измерение между прохождением такой нити и лидарными наблюдениями и подсчитали, что обратное рассеяние и деполяризация увеличились примерно на 15% во время этого события по сравнению с фоновой концентрацией аэрозоля. Таким образом, показано, что азиатский летний муссон является слабым, но измеримым источником арктических стратосферных аэрозолей в конце лета – начале осени.

*AWIPEV - французско-немецкая исследовательская база в Ню-Олесунне, Шпицберген, организованная совместно Немецким институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) и Французским полярным институтом им. Поля-Эмиля Виктора (IPEV).

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7535/2024/