Молния является основным предвестником природных лесных пожаров, и предполагается, что вспышки молнии с длительным непрерывным током (МДНТ) являются основными источниками лесных пожаров. Предыдущие исследования предсказывают изменение в глобальном масштабе частоты возникновения и пространственной картины молний. Тем не менее, чувствительность возникновения лесных пожаров, вызванных молнией, к изменению климата является неопределённой. Авторы исследуют космические измерения МДНТ, связанные с возгораниями, и представляют их прогнозы в рамках сценария RCP6.0 для 2090-х годов, применяя недавнюю параметризацию МДНТ, основанную на силе восходящего потока во время гроз. Обнаружено глобальное увеличение частоты вспышек МДНТ на 41%. Наибольшее увеличение наблюдается в Южной Америке, на западном побережье Северной Америки, в Центральной Америке, Австралии, Южной и Восточной Азии и Европе, в то время как в северных полярных лесах, где риск возникновения пожара может повлиять на выброс углерода из многолетней мерзлоты в почву, имеют место только региональные вариации. Эти результаты показывают, что схемы молний, в том числе МДНТ, необходимы для прогнозирования возникновения лесных пожаров, вызванных молнией, в условиях изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-36500-5

Сканирование с помощью искусственного интеллекта фиксирует из космоса крупные утечки практически в режиме реального времени.

Метан является скрытым парниковым газом, непредсказуемо утекающим из таких источников, как трубопроводы и газовые месторождения. Учёные решили поймать эти утечки в реальном времени. В прошлом наблюдатели должны были следить за вероятными местами с земли или с самолёта. Теперь крупные кратковременные утечки могут быть обнаружены автоматически из космоса в любой точке мира — это первый шаг к их устранению и замедлению изменения климата.

Новый метод, использующий искусственный интеллект для сканирования 12 миллионов ежедневных спутниковых наблюдений, может помочь будущим усилиям по обнаружению шлейфов в данных, собираемых спутниками, такими как Международная обсерватория выбросов метана, о которой в 2021 году объявила ООН. Хотя до сих пор этот метод фиксирует только самые большие выбросы, нет лучшей оказии для старта, говорит Илзе Абен (Ilse Aben), учёный из Нидерландского института космических исследований (SRON) и соавтор новой работы. «Это низко висящие плоды», — говорит она. «Если вы прилагаете усилия, чтобы остановить утечки метана, лучше начать с больших».

Команда SRON, стоящая за работой, появившейся в конце прошлого месяца в виде препринта в журнале Atmospheric Chemistry and Physics, теперь начала публиковать еженедельные результаты на своём веб-сайте. Только в прошлом месяце они обнаружили 192 шлейфа метана — некоторые постоянные, некоторые периодические — со скоростью выбросов более 10 тонн в час, сконцентрированные в Азии, но возникающие на всех континентах, кроме Антарктиды.

Хотя метан живёт в атмосфере немногим более десяти лет, прежде чем разлагается, он гораздо эффективнее удерживает тепло, чем углекислый газ (CO₂). С 2006 года уровень метана в атмосфере вырос примерно на 7%, и он является причиной примерно одной трети потепления на 1,2°C с доиндустриальных времен. Поскольку потепление приближается к 1,5°C, предполагаемому порогу «опасного» потепления, действия по сокращению выбросов метана рассматривались как способ «купить» немного больше передышки для достижения более долгосрочного сокращения выбросов CO₂.

В прошлом исследователям приходилось нацеливаться на места, где уже были известны выбросы метана, чтобы найти новые, говорит Райли Дюрен (Riley Duren), учёный по дистанционному зондированию из Университета Аризоны и генеральный директор Carbon Mapper, проекта стоимостью 100 миллионов долларов, который намерен запустить в конце этого года пару спутников, предназначенных для обнаружения шлейфов метана и CO₂. По его словам, новая техника «помогает заложить основу для будущего оперативного мониторинга с расширяющейся глобальной экосистемой метановых спутников».

Автоматический контролёр метана SRON использует прибор для мониторинга тропосферы (TROPOMI) на борту спутника Sentinel-5 Precursor, запущенного в 2017 году в рамках европейской программы наблюдения Земли Copernicus. Спектрометр TROPOMI, разработанный для мониторинга загрязнения атмосферы, также доказал свою способность обнаруживать инфракрасное свечение метана. Исследователи начали использовать спектрометр для наблюдения за регионами, которые уже известны как крупные источники метана. Но по словам Абена, они поняли, что частый глобальный охват спутника должен позволить бить тревогу о любых крупных выбросах метана.

Проблема заключалась в огромном объёме данных, из-за которого было трудно обнаружить шлейфы. Беренд Шуит (Berend Schuit), докторант SRON, обратился за помощью к искусственному интеллекту. Сначала он просмотрел данные TROPOMI за годы, предшествовавшие 2020-ому, идентифицировав около 800 эпизодов с подтверждёнными шлейфами, а также 2000 эпизодов без них. Вооружившись этими эпизодами, Шуит и его коллеги создали алгоритм для искусственного интеллекта, позволяющий распознавать шлейфы. Но он выдал слишком много ложных срабатываний, часто вызванных такими артефактами, как блуждающий край облака. В конце концов, авторы смогли создать надёжный фильтр, обучив искусственный интеллект обнаруживать признаки того, что результат может быть ложным, такими как увеличение отражательной способности облаков в эпизоде или несоответствие между направлением ветра и траекторией шлейфа.

Затем команда проверила алгоритмы на измерениях TROPOMI с 2021 года, обнаружив 2974 уникальных метановых шлейфа, которые они могли уверенно идентифицировать только по одному проходу спутника. Более 40% были связаны с добычей нефти и газа, ещё треть – со свалками, 20% – с угольными шахтами.

Примерно 5-километровое разрешение TROPOMI недостаточно для точного определения объекта, ответственного за каждый шлейф. Но будущие спутники должны обеспечить более чёткие снимки. Число спутников будет быстро расти в ближайшие несколько лет, в том числе с запуском спутника MethaneSAT Фонда защиты окружающей среды в конце этого года, за которым последуют Carbon Mapper и другие спутники с ещё более высоким разрешением.

У измерений метана из космоса есть недостатки, в том числе сложность различения свежих шлейфов от уже находящихся в воздухе, говорит Синь Лан (Xin Lan), учёный - специалист по углеродному циклу в Лаборатории исследования системы Земли Национального управления океанических и атмосферных исследований. И большая часть недавнего роста метана исходит не от отдельных крупных источников выбросов, а от более распределённых источников, включая тропические водно-болотные угодья, которые могут выделять больше метана в ответ на потепление. Но эта система предупреждения по-прежнему приветствуется, говорит Лан. «Возможность обнаруживать выбросы, — говорит она, — это первый шаг к действиям по их сокращению».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/global-alarm-system-watches-methane-superemitters

Усиление потепления суши по сравнению с океанами очевидно в недавних климатических наблюдениях. Оно возникает в результате взаимодействия влаги и тепла между сушей и морем и, следовательно, имеет важное значение для прогнозирования будущего потепления и доступности воды. Однако теоретическая основа усиления потепления суши никогда не проверялась за пределами короткого инструментального периода, и его пространственная картина и амплитуда остаются неопределёнными. Авторы исследуют усиление потепления суши во время последнего ледникового максимума (~20 тыс. лет) в низких широтах, где теория наиболее применима. Обнаружена замечательная согласованность между показателями палеотемпературы, теоретической и полученной в результате расчётов климатической модели для последнего ледникового максимума, а также для будущего климата. Таким образом, палеоклиматические данные обеспечивают новую важную поддержку усиления потепления суши, уточняя диапазон будущих усилений потепления суши для низких широт и низких высот до   (доверительный интервал 95%), т.е. потепление суши примерно на 40% больше, чем океана. Совпадение наблюдаемых данных и теоретического моделирования помогает согласовать морские и наземные прокси палеотемпературы последнего ледникового максимума с последствиями для равновесной чувствительности климата.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8119

Поскольку арктические и бореальные регионы быстро нагреваются, частота и сезонные сроки возникновения опасных условий вождения на всесезонных арктических и бореальных дорогах, вероятно, изменятся. Ввиду того, что эти дороги связывают отдалённые районы Арктики с остальной частью дорожной системы Северной Америки, изменение климата может существенно повлиять на безопасность и качество жизни северных жителей и коммерческих предприятий. Чтобы получить представление об опасных условиях вождения в будущем, авторы создали модели Random Forest, предсказывающие возникновение опасных условий вождения, связывая снег, лёд и погоду с помощью системы пространственно-явного моделирования (SnowModel), с архивными отчётами о состоянии всесезонных северных дорог из двух городов с интенсивным движением: шоссе Дальтон (Аляска, США) и шоссе Демпстер (Юкон, Канада). Авторы применили эти модели к уменьшенным масштабам будущих климатических прогнозов для периода исследования 2006–2100 гг. Они оценили будущие тенденции частоты и времени появления обледенелых, мокро-ледяных и заснеженных дорожных покрытий, метелей и позёмок, а также сильных ветров. Обнаружено, что по мере потепления климата и сокращения периода года, когда выпадает снег и образуется лёд, общая частота снежных бурь и опасностей вождения, связанных с гололедицей и снегом, снижается. Например, среднее число дней в году, когда дороги покрыты снегом или льдом, уменьшилось на 51 день (-21%) на шоссе Дальтон в период с 2006–2020 по 2081–2100 гг. Однако прогнозировалось увеличение интенсивности штормов, что приведёт к росту среднегодовой скорости штормового ветра (Дальтон +0,56 м с⁻¹ [+17%]) и суммарного накопления снегопадов (Дальтон +0,3 см [+36%]). Эти модели также предсказали увеличение частоты вождения в условиях сырости и обледенения в ноябре - феврале, когда световой день короткий и опасные условия труднее заметить. Полученные результаты могут помочь дорожным менеджерам и водителям адаптировать свои ожидания и поведение, чтобы минимизировать риск несчастных случаев на арктических дорогах в будущем.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/367383147_Simulating_future_climate_change_impacts_on_snow-_and_ice-related_driving_hazards_in_Arctic-boreal_regions

Сельскохозяйственные почвы могут действовать как поглотители большого количества почвенного органического углерода (ПОУ), но также могут быть источниками углерода в атмосфере. Международный стандарт оценки запасов ПОУ и измерения изменения его запасов предусматривает фиксированную глубину отбора проб не менее 30 см. Тенденция объёмной плотности к уменьшению с сокращением возмущения и увеличением концентрации ПОУ, а также допущение о постоянстве ПОУ и объёмной плотности в пределах этого профиля глубины приводит к ошибкам в оценках запасов ПОУ. Гипотетическое, но реалистичное изменение объёмной плотности с 1,5 до 1,1 г/см³ в результате последовательных отборов проб с фиксированной глубины до 30 см занижает изменение запасов ПОУ на 17%. Были предприняты значительные усилия для оценки и уменьшения этой фиксированной ошибки с использованием подхода эквивалентной массы почвы, но с ограниченным применением. Авторы оценили ошибку в оценке запаса ПОУ и изменение, вызванное измерениями на фиксированной глубине с течением времени, по сравнению с подходом эквивалентной массы почвы, и предложили поправку, которую можно легко применить при существующих методах отбора проб и анализа. Этот подход обеспечивает более точную оценку накопления или потери запасов ПОУ, что поможет стимулировать изменения в практике управления, уменьшающие воздействие сельского хозяйства на окружающую среду, и ещё больше узаконивают методы учёта, используемые развивающимся углеродным рынком и организациями, обязавшимися сократить свою цепочку поставок парниковых газов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-29289-2

Парижское соглашение направлено на то, чтобы удержать глобальное потепление на уровне значительно ниже 2°C и достичь 1,5°C. Т.к. имеются явные доказательства ускорения климатических воздействий, время, оставшееся до достижения этих глобальных пороговых значений, представляет значительный интерес. Здесь использованы методы машинного обучения, чтобы делать действительно нешаблонные прогнозы этого времени, основываясь на пространственной модели исторических наблюдений за температурой. Результаты подтверждают, что глобальное потепление уже находится на грани пересечения порога в 1,5°C, даже если в ближайшем будущем его воздействие на климат существенно сократится. Эти прогнозы также предполагают, что даже при существенном снижении выбросов парниковых газов всё ещё существует вероятность того, что глобальное потепление не удержится ниже порогового значения 2°C.

Используя искусственные нейронные сети, обученные на выходных данных климатической модели, авторы используют пространственный образец исторических наблюдений за температурой, чтобы предсказать время до достижения критических порогов глобального потепления. Хотя во время обучения, проверки или тестирования не используются наблюдения, искусственные нейронные сети точно предсказывают время исторического глобального потепления на основе карт исторической годовой температуры. Центральная оценка порога глобального потепления в 1,5°C приходится на период с 2033 по 2035 год, включая диапазон ±1σ с 2028 по 2039 гг. в промежуточном (SSP2-4.5) сценарии воздействия на климат, что согласуется с предыдущими оценками. Однако этот подход, основанный на данных, также предполагает значительную вероятность превышения порога в 2°C даже в сценарии слабого воздействия на климат (SSP1-2.6). Хотя у подхода есть ограничения, полученные результаты предполагают более высокую вероятность достижения 2°C в слабом сценарии, чем указывалось в некоторых предыдущих оценках, при этом возможность того, что 2°C можно было бы избежать, не исключается. Объяснимые методы искусственного интеллекта показывают, что искусственные нейронные сети фокусируются на определённых географических регионах, чтобы предсказать время до достижения глобального порога. Предложенный метод обеспечивает уникальный подход, основанный на данных, для количественной оценки сигнала изменения климата в исторических наблюдениях и для ограничения неопределённости в прогностических оценках климатических моделей. С учётом существенных имеющихся доказательств увеличения рисков для природных и антропогенных систем при потеплении на 1,5°C и 2°C эти результаты предоставляют дополнительные доказательства сильного воздействия изменения климата в течение следующих трех десятилетий.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2207183120

Риск наводнений в Европе может возрасти до беспрецедентного уровня из-за глобального потепления и продолжающейся застройки районов, подверженных наводнениям. Авторы оценивают потенциал четырёх ключевых стратегий адаптации для снижения риска наводнений в Европе на основе моделирования их рисков и анализа затрат и выгод. Авторы считают, что сокращение пиков паводков с помощью зон задержания является наиболее привлекательным с экономической точки зрения вариантом. В сценарии без смягчения последствий изменения климата (глобальное потепление на 3°C) они могут снизить прогнозируемые потери от наводнений в Европе к 2100 г. с 44 (30–61) млрд. евро до 8,1 (5,5–10,7) млрд. евро в год, а население, подвергающееся воздействию наводнений, сократится на 84% (75–90%) или достичь уровня риска, сравнимого с сегодняшним. Экономические инвестиции, необходимые в течение 2020–2100 гг., обеспечат доход в размере четырёх евро (3,5–6,3) на каждый вложенный один евро. Потенциал снижения риска укреплением дамб несколько ниже и составляет 70% (59–83%) при сопоставимых годовых инвестициях. Осуществление мер по защите от наводнений и переселению в зданиях менее рентабельно, но может уменьшить воздействие на локализованных территориях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-022-01540-0

Ожидается, что изменение климата повлияет на функционирование всей системы Земли. Однако обнаружить изменения в динамике экосистемы и связать такие изменения с антропогенным изменением климата непросто. Авторы анализируют динамику растительности на 100 участках, представляющих разнообразные типы наземных экосистем, используя данные дистанционного зондирования за последние 40 лет и динамическую модель роста растений, основанную на климатических данных реанализа. Обнаружены изменения в активности растительности для всех типов экосистем и то, что эти изменения можно отнести к тенденциям динамики в параметрах климатической системы. Экосистемы в засушливых и тёплых местах в первую очередь реагировали на изменения влажности почвы, тогда как экосистемы в более прохладных местах - на изменения температуры. Также обнаружено, что воздействие удобрения CO₂ на растительность* ограничено, возможно, из-за маскировки другими факторами окружающей среды. Наблюдаемое переключение тренда широко распространено, и в нём преобладают переходы от озеленения к потемнению, это позволяет предположить, что многие из изученных экосистем накапливают меньше углерода. Данное исследование выявляет чёткий отпечаток изменения климата в изменениях, демонстрируемых наземными экосистемами за последние десятилетия.

*Эффект удобрения CO₂ вызывает повышенную скорость фотосинтеза , ограничивая транспирацию листьев у растений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-022-01114-x

В последние десятилетия площадь арктического морского льда резко сократилась зимой, когда ожидается, что морской лёд восстановится после сезона таяния. Неясно, в какой степени атмосферные процессы, такие как атмосферные реки, интенсивные коридоры переноса влаги, способствуют этому сокращению. Используя наблюдения и климатическое моделирование, авторы обнаружили устойчивое увеличение повторяемости атмосферных рек в начале зимы над Баренцевым и Карским морями и центральной Арктикой в период 1979–2021 гг. Влага, переносимая более частыми атмосферными реками, усилила поверхностную нисходящую длинноволновую радиацию и осадки, вызвала более сильное таяние тонкого и хрупкого ледяного покрова и замедлила сезонное восстановление морского льда, на долю которого приходится 34% сокращения морского ледяного покрова в бассейне Баренцева и Карского морей и центральной Арктики. Серия экспериментов с модельным ансамблем показывает, что, помимо равномерного увеличения числа атмосферных рек в ответ на антропогенное потепление, изменчивость тропической части Тихого океана также вносит свой вклад в наблюдаемые изменения атмосферных рек в Арктике.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01599-3

Тропические экосистемы хранят более половины мирового надземного живого углерода в виде биомассы, и доступность воды играет ключевую роль в его распределении. Хотя осадки и температура меняются в тропиках, их влияние на биомассу и накопление углерода остаётся неопределённым. Авторы использовали эмпирические взаимосвязи между климатом и содержанием надземной биомассы, чтобы показать, что сокращение площади влажных регионов и её расширение в регионах с интенсивными засушливыми периодами приводит к значительной потере углерода из неотропиков*. При сценарии с низким уровнем выбросов (RCP4.5) это может привести к суммарному сокращению надземного живого углерода примерно на 14,4–23,9 Пг С (6,8–12%) в период с 1950 по 2100 гг. При сценарии с высокими выбросами (RCP8.5) суммарные потери углерода могут удвоиться в тропиках до ~28,2–39,7 Пг С (13,3–20,1%). На сокращение влажных регионов Южной Америки приходится ~ 40% этого изменения. Стратегии смягчения последствий изменения климата могли бы предотвратить половину потерь углерода и помочь сохранить естественный суммарный сток углерода в тропиках.
*Неотропики включают в себя тропические наземные экорегионы Северной и Южной Америки и всю южноамериканскую умеренную зону.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01600-z