Понимание наземных экосистем и их реакции на антропогенное изменение климата требует количественной оценки углеродного обмена между сушей и атмосферой. Однако оценки крупномасштабных потоков между сушей и атмосферой в подходах «сверху вниз» и «снизу вверх», включая суммарный поток северных внетропических вегетационных периодов, демонстрируют значительные расхождения. Авторы разработали управляемую данными метрику для внетропических вегетационных периодов, используя наблюдения за концентрацией углекислого газа в атмосфере, собранные во время лётных кампаний высокопроизводительной бортовой платформы для исследований окружающей среды, наблюдений от полюса к полюсу и миссии по томографии атмосферы. Эта полученная с самолёта метрика скорректирована с помощью трёх независимых систем атмосферной инверсии. Авторы оценивают северный внетропический вегетационный период в 5,7 ± 0,3 Пг C и используют его для оценки суммарной продуктивности биосферы на основе моделей CMIP5 и CMIP6. Хотя разброс между моделями в внетропических вегетационных периодах уменьшился в моделях CMIP6 по сравнению с моделями CMIP5, всё ещё существуют разногласия относительно величины и времени сезонного поглощения углерода, поскольку большинство моделей недооценивают внетропические вегетационные периоды и переоценивают их продолжительность по сравнению с наблюдениями. Также использован подход с возникающими ограничениями, чтобы оценить годовую валовую первичную продуктивность северных внетропических регионов как 56 ± 17 Пг С, гетеротрофное дыхание как 25 ± 13 Пг С и суммарную первичную продуктивность как 28 ± 12 Пг С. Поток, выведенный из этих наблюдений с самолётов накладывает дополнительные ограничения на крупномасштабные валовые потоки в прогностических моделях системы Земли, что в конечном итоге может улучшить способность точно предсказывать углеродно-климатические обратные связи.

Ссылка: researchgate.net/publication/367657310_Evaluating_Northern_Hemisphere_Growing_Season_Net_Carbon_Flux_in_Climate_Models_Using_Aircraft_Observations  

Волны тепла являются одними из самых смертоносных климатических угроз. Тем не менее относительная важность физических процессов, вызывающих аномалии приземной температуры (𝑇′) — адвекция воздуха из более тёплых регионов, адиабатический нагрев нисходящих потоков воздуха и диабатический нагрев — всё ещё является предметом споров. Авторы количественно исследуют важность этих процессов, оценивая бюджет 𝑇' вдоль воздушных обратных траекторий. Сначала они показывают, что экстремальная приповерхностная 𝑇′ во время волны тепла в июне 2021 года на западе Северной Америки был вызвана в основном диабатическим и, в меньшей степени, адиабатическим нагревом. Посредством систематических разложений 𝑇′ в самые жаркие дни каждого года (события TX1day) в 1979–2020 гг. во всём мире, авторы обнаружили сильные географические вариации с преобладанием адвекции над океанами средних широт, адиабатическим потеплением вблизи горных хребтов и диабатическим нагревом над тропической и субтропической сушей. Однако во многих регионах события TX1day возникают в результате комбинации этих процессов. В среднем по миру аномалии TX1day формируются вдоль траекторий примерно на 60 ч и 1000 км, хотя и с большой региональной изменчивостью. Таким образом, это исследование выявляет изначально нелокальные и отличающиеся на региональном уровне пути формирования экстремально высоких температур, даёт количественную оценку важнейших факторов, определяющих их масштабы, и позволяет использовать новые количественные способы оценки климатических моделей в отношении экстремально высоких температур.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01126-1

Межгодовая изменчивость зимнего климата северного полушария тесно связана с Эль-Ниньо-Южным колебанием (ЭНЮК). В то время как северная часть Тихого океана и Северная Америка часто демонстрируют сильный отклик на ЭНЮК, так называемая Тихоокеанско-Североамериканская схема, климатические реакции Арктики и Евразии на ЭНЮК остаются ненадёжными. В этом исследовании рассматриваются результаты 40 различных климатических моделей из проекта CMIP6, чтобы найти различную температурную реакцию в Арктике и Евразии на два типа явлений Эль-Ниньо. В частности, центрально-тихоокеанские явления Эль-Ниньо сопровождаются значительным панарктическим потеплением, тогда как восточно-тихоокеанские - похолоданием над Баренцевым и Карским морями и Евразийским континентом. Во время событий восточно-тихоокеанских Эль-Ниньо панарктическое давление на уровне моря эффективно усиливается, что приводит к ослаблению западных ветров и охлаждению приземного воздуха над северной частью Евразийского континента. Эти различные реакции арктической и евразийской зимней температуры на два типа Эль-Ниньо не проявляются чётко в данных реанализа, охватывающего период с 1979 по 2021 гг., вероятно, из-за небольшого размера выборки событий Эль-Ниньо со времён начала спутниковой эры.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368621409_Distinct_impacts_of_two_types_of_El_Nino_events_on_northern_winter_high-latitude_temperatures_simulated_by_CMIP6_climate_models

Хотя влажность почвы является ключевым фактором гидрологических и климатических приложений, её глобальные непрерывные наборы данных с высоким разрешением всё ещё ограничены. Здесь используется машинное обучение для создания глобального, долгосрочного, пространственно непрерывного набора данных с высоким разрешением о поверхностной влажности почвы с учётом Международной сети по влажности почвы (ISMN), данных дистанционного зондирования и метеорологических данных, руководствуясь знаниями о физических процессах, воздействующих на динамику влажности почвы. GSSM1 км (Global Surface Soil Moisture) обеспечивает данные о поверхностной влажности почвы (0–5 см) с пространственным (1 км) и суточным временным разрешением за период 2000–2020 гг. Качество набора данных GSSM1 км оценивается с помощью тестовых и проверочных наборов данных, а также посредством взаимных сравнений с существующими архивами влажности почвы. Среднеквадратическая ошибка GSSM1 км в тестовой выборке составляет 0,05 см³/см³, а коэффициент корреляции равен 0,9. С точки зрения важности признака индекс испарения предшествующих осадков (APEI) является наиболее важным значимым среди 18 предикторов, за которым следуют испарение и долгота. Продукт GSSM1 км может помочь в исследовании крупномасштабных экстремальных климатических явлений и анализе долгосрочных тенденций.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02011-7

Возникновение экстремальных климатических явлений в ближайшие годы определяется как глобальным потеплением, так и внутренней изменчивостью климата. Заблаговременное прогнозирование изменений частоты и интенсивности таких событий может помочь свести к минимуму воздействие на уязвимые для климата сектора и общество. Десятилетние прогнозы климата разрабатывались как источник климатической информации, необходимой для принятия решений в многолетних временных масштабах. Авторы оценивают качество десятилетних ретроспективных мультимодельных прогнозов CMIP6 при прогнозировании набора индексов, измеряющих различные характеристики экстремальных температур и осадков для годов прогноза с первого по пятый. Мультимодельный ансамбль хорошо предсказывает экстремальные температуры в большинстве регионов суши, в то время как возможности прогнозов экстремальных осадков более ограничены. Далее авторы сравнили точность предсказания этих экстремальных индексов и средней температуры и осадков и обнаружили, что экстремальные индексы предсказываются с меньшей точностью, особенно те, которые соответствуют самым экстремальным дням. Найдены только небольшие и зависящие от региона улучшения по сравнению с историческим моделированием воздействия. Эта систематическая оценка ретроспективных прогнозов за последние десятилетия имеет важное значение при предоставлении климатического обслуживания на их основе, чтобы пользователь был информирован о достоверности прогнозов для каждого конкретного региона и экстремального явления. 

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368524333_Multi-annual_predictions_of_the_frequency_and_intensity_of_daily_temperature_and_precipitation_extremes 

Будущие прогнозы ледяных щитов в ответ на различные климатические сценарии и их вклад в изменения уровня моря обладают серьёзной неопределённостью из-за нестабильности ледяных щитов, что затрудняет надлежащую оценку риска повышения уровня моря и принятие стратегий смягчения последствий/адаптации. Для систематической оценки неопределённости, вызванной модельными полями, используемыми в качестве входных данных, авторы применяют трёхмерную модель Антарктического ледяного щита с выходными данными 36 климатических моделей с целью воспроизвести прошлые и будущие его изменения. Несколько климатических моделей приводят к частичному коллапсу западной части Антарктического ледяного щита при моделировании доиндустриального климата, а разброс будущих изменений объёма Антарктического ледяного щита сравним со структурной неопределённостью, возникающей из-за использования различных моделей ледяных щитов. Эти результаты подчёркивают необходимость улучшения представления важных для полярного климата физических процессов в климатических моделях.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7082

Моделирование ледяных щитов в автономном режиме в условиях меняющегося климата широко использовалось для оценки того, какой вклад ледяные щиты могут внести в будущее глобальное повышение уровня моря. Как правило, эти модельные прогнозы не учитывают двустороннего взаимодействия между ледяными щитами и климатом. Чтобы количественно оценить воздействие обратных связей между льдом, океаном и атмосферой, авторы осуществили моделирование парникового потепления с помощью средней сложности модели глобального климата и ледяного покрова. Следуя сценариям выбросов Общего социально-экономического пути (SSP) 1-1,9, 2-4,5, 5-8,5, модель имитирует вклад ледяного щита в глобальное повышение уровня моря к 2150 году в размере 0,2 ± 0,01, 0,5 ± 0,01 и 1,4 ± 0,1 м, соответственно. Взаимодействия антарктического океана, ледникового щита и шельфового ледника усиливают в будущем подповерхностное базальное таяние, в то время как атмосферное охлаждение, связанное с образованием пресной воды, снижает поверхностное таяние и откалывание айсбергов. Комбинированный эффект, вероятно, замедлит вклад Антарктиды в глобальное повышение уровня моря по сравнению с неинтерактивной конфигурацией модели ледяного щита. Эти результаты показывают, что оценки будущего повышения уровня моря фундаментально зависят от сложных взаимодействий между ледяными щитами, айсбергами, океаном и атмосферой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-36051-9

Поглощение тепла океаном играет важную роль в определении скорости нагрева поверхности под воздействием CO₂. Авторы изучили переходную реакцию на воздействие CO₂ в наборе 30 климатических моделей из CMIP6 и обнаружили, что межмодельный разброс эффективности поглощения тепла океаном в значительной степени зависит от стратификации основного состояния океана, особенно в Южном океане. Эта зависимость главным образом связана с солёностью океана, а не с его температурой. Модели с более слабой стратификацией океана, в первую очередь из-за более высокой солёности его верхних слоёв, имеют тенденцию улавливать тепло в более глубокие слои океана, приводящую к более низкой скорости нагревания поверхности, что является основной причиной более высокой эффективности поглощения тепла океаном; влияние стратификации на общее поглощения тепла океаном является вторичным. Авторы применили соотношение между солёностью и эффективностью поглощения тепла океаном для ограничения на эффективность поглощения тепла океаном, предполагая, что эта эффективность выше, чем среднее мультимодельное значение CMIP6, и критично оценивая модели с чрезвычайно низкой эффективностью.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100171

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. В этой статье рассмотрены факторы выбросов ЧУ основными антропогенными источниками, т.е. транспортом (включая морской и авиационный), сжиганием топлива в жилых помещениях и производством энергии. Включены факторы выбросов ЧУ, измеренные непосредственно от отдельных источников, а также полученные из измерений в окружающей среде. 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, при этом удельные факторы выбросов ЧУ самых больших двигателей были самыми низкими. Что касается факторов выбросов ЧУ от сжигания топлива 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. Также использование существующих данных осложняется различными методами расчёта факторов выбросов, различными единицами измерения, используемыми в отчётах, и различиями 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

Затопление низменных арктических регионов может привести к разогреву и таянию многолетней мерзлоты за счёт изменения отражательной способности солнечной инсоляции поверхностью, увеличения подповерхностной влажности и теплопроводности почвы. Однако воздействие затопления на многолетнюю мерзлоту в условиях сплошной многолетней мерзлоты остается малоизученным. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, авторы использовали комбинацию имеющихся данных о затоплении дельты реки Икпикпук (реки на северном склоне Аляски) и численную модель для описания гидротермических процессов при затоплении прибрежной поймы. Сначала были смоделированы три наиболее частых паводка на основе данных об уровне воды на Икпикпуке: паводки а) в конце весны и начале лета, б) в середине и конце лета и в) в течение всех весны и лета. Затем воздействие этих наводнений на многолетнюю мерзлоту было смоделировано для одномерных столбов многолетней мерзлоты с использованием Advanced Terrestrial Simulator (ATSv1.0), модели многолетней мерзлоты, гидрологии и термодинамики. Полученные результаты показывают, что прибрежные паводки оказывают значительное влияние на динамику прибрежной многолетней мерзлоты, оказывая охлаждающее воздействие на поверхностные слои почвы и нагревая её более глубокие слои. Совокупные наводнения в течение нескольких лет могут вызывать постоянный разогрев глубоких недр, но охлаждать поверхностный слой. Продолжительность наводнения является основным фактором контроля вертикальной протяжённости таяния многолетней мерзлоты и углубления активного слоя.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368387364_The_thermal_response_of_permafrost_to_coastal_floodplain_flooding