Замороженные части Крайнего Севера тают, поскольку регион нагревается намного быстрее, чем в среднем в мире. Опасность повышения уровня моря из-за таяния ледников, увеличения концентрации парниковых газов в результате таяния многолетней мерзлоты и изменений в ключевых физических системах высоких широт побудила многих авторов, а в последнее время и международные агентства и надгосударственные субъекты, изучить «чрезвычайные меры». Это могло бы помочь сохранить «замёрзший» Север. Однако эффективность и осуществимость многих из этих идей остаются крайне неопределёнными, а некоторые могут нести значительные риски или даже быть откровенно опасными для экосистем и людей Севера. На сегодняшний день ни один обзор не оценил все предложенные схемы. Цели этого первого этапа обзора литературы (который можно найти в отдельном сборнике (https://doi.org/10.5281/zenodo.10602506) заключаются в том, чтобы рассмотреть все предлагаемые вмешательства в общем пространстве оценки и выявить пробелы в знаниях в предложения по активному сохранению. Авторы обнаружили 61 вмешательство, ориентированное на высокие широты, в атмосфере, на суше, в океанах, во льдах и в промышленности. Они классифицируют их по простой трёхбалльной системе оценки по 12 различным категориям. Из этого первоначального обзора можно определить, какие идеи получили низкие оценки по большинству категорий и поэтому, вероятно, не стоят того, чтобы их реализовывать; некоторые группы мер, такие как традиционные наземные меры по смягчению последствий изменения климата, получают относительно высокие оценки, в то время как меры, основанные на океане и морском льду, имеют более низкие оценки и в целом имеют более высокую степень неопределённости. Этот обзор обеспечит основу для дальнейшей углублённой экспертной оценки, которая станет второй фазой проекта в течение следующих нескольких лет, спонсируемого Университетом Арктики.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03705-6

Модели системы Земли (МСЗ) оценивают обмен массой и энергией между поверхностью Земли и атмосферой, уделяя особое внимание моделированию обратной связи с природными парниковыми газами. Метан является вторым по важности парниковым газом после углекислого газа. Растёт обеспокоенность по поводу быстро увеличивающейся концентрации метана в атмосфере, что подчёркивает необходимость точного глобального моделирования его выбросов с использованием МСЗ. Из множества источников метана в мире водно-болотные угодья являются крупнейшими естественными источниками, что приводит к значительным усилиям по обеспечению их представительства в МСЗ с особым упором на выбросы метана. В этом обзоре авторы сначала дают исторический обзор включения компонентов метана водно-болотных угодий в МСЗ и того, как подходы к моделированию метана развивались с течением времени. Во-вторых, они обсуждают недавние достижения в области моделирования, обещающие улучшить прогнозы выбросов метана, а именно связь приземных и атмосферных модулей МСЗ, представление микротопографии и механизмов переноса, разрешение микробных процессов в различных пространственно-временных масштабах и улучшенное картирование площади водно-болотных угодий различных типов. В-третьих, проливается свет на различные проблемы, мешающие точной оценке выбросов метана водно-болотных угодий, о чём свидетельствует постоянное несоответствие между прогнозами моделей в подходах «снизу вверх» и «сверху вниз». Наконец, авторы подчёркивают, что более детальное представление биогеохимии и динамической гидрологии при разрешении неоднородности растительности внутри водно-болотных угодий должно улучшить прогнозы модели, особенно в сочетании с расширением сетей наземных измерений и картированием с высоким разрешением параметров, связанных с метаном, таких как высота уровня воды, глубина уровня грунтовых вод и концентрация метана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007915

С целью минимизации вероятности подтоплений городских территорий ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» предложил комплексный подход к адаптации системы водоотведения Санкт-Петербурга к изменению климата за счет сочетания «зеленых» технологий (активно используются при планировании новых жилых районов в Финляндии) с «серыми», под которыми понимаются традиционно используемые в нашей стране подземные (трубопроводные) общесплавные и ливневые системы водоотведения. В масштабах всей страны (возможно поэтапно) необходимо решить проблему актуализации климатических параметров (среднегодового количества осадков и интенсивности дождей), используемых при выполнении гидравлических расчетов при проектировании сетей ливневой канализации в соответствии с СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

Ссылки: https://vodanews.info/problema-podtopleniya-gorodskih-territorij-trebuet-aktualizacii-klimaticheskih-parametrov-normativnoj-bazy-proektirovaniya/, 
https://xn----gtbnrdgyt.xn--p1ai/sistemy-vodootvedeniya/kompleksnyj-podhod-k-adaptatsii-sistem-vodootvedeniya-sankt-peterburga-k-intensifikatsii-atmosfernyh-osadkov-v-usloviyah-izmeneniya-klimata/

Динамика облаков и их реакция на будущее изменение климата продолжают представлять собой значительный источник неопределённости в прогнозах климата. Помимо средних свойств облаков, существенное влияние на энергетический баланс Земли оказывает суточный цикл облаков (СЦО), в течение которого солнечная радиация отражается в дневное время, а длинноволновая радиация непрерывно поглощается и переизлучается в течение всего дня. Предыдущие исследования показали, что климатические модели демонстрируют определённые расхождения при моделировании СЦО; однако меньше исследовательского внимания уделялось закономерностям этих отклонений СЦО и их влиянию на моделирование энергетического баланса Земли. Здесь авторы используют спутниковые данные для сравнения структуры СЦО в рамках проекта взаимного сравнения объединённых моделей, этап 5 (CMIP5) и их последних версий в CMIP6 как в региональном, так и в глобальном масштабах. Обнаружено, что некоторые из новейших климатических моделей имеют тенденцию иметь большие отклонения СЦО при использовании спутниковых наблюдений в качестве эталона, а радиационные эффекты, вызванные изменениями СЦО, составляют почти 50% изменений общего радиационного воздействия облаков. Предполагается, что смещение СЦО играет важную роль в моделировании глобального энергетического бюджета. Поэтому авторы призывают к совершенствованию схем параметризации облаков, уделяя особое внимание их суточному циклу, чтобы уменьшить влияние облаков на будущие прогнозы климата.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/3/381

Водно-болотные угодья играют ключевую роль в поддержании экологического баланса и регулировании климата. Однако из-за сложных и изменчивых спектральных характеристик водно-болотных угодий в настоящее время нет общедоступных глобальных с разрешением 30 метров наборов динамических данных по водно-болотным угодьям. В этом исследовании авторы представляют новые глобальные годовые карты водно-болотных угодий с разрешением 30 м (GWL_FCS30D), используя временные ряды изображений Landsat на платформе Google Earth Engine, охватывающие период 2000–2022 гг. и содержащие восемь подкатегорий водно-болотных угодий. В частности, в полной мере используется предыдущий глобально распределённый пул обучающих выборок водно-болотных угодий и применяются локальная адаптивная классификация и алгоритм проверки пространственно-временной согласованности для создания ежегодных карт водно-болотных угодий. Было обнаружено, что карты GWL_FCS30D достигли общей точности и коэффициента Каппа 86,95 ± 0,44% и 0,822 соответственно в 2020 году и демонстрируют большую временную изменчивость в Соединённых Штатах и Европейском Союзе. Авторы ожидают, что этот набор данных окажет жизненно важную поддержку в защите и устойчивом развитии водно-болотных экосистем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03143-0

По мере распространения засух во времени и пространстве их последствия усиливаются из-за изменений в свойствах. Поскольку временное и пространственное распространение засухи в основном изучается отдельно, пока неизвестно, как изменяются пространственная протяжённость и связанность засухи по мере её распространения в гидрологическом цикле от осадков к речному стоку и грунтовым водам. Авторы использовали большой набор данных из 70 водосборных бассейнов Центральной Европы для изучения распространения местных и пространственных характеристик засухи. Показано, что распространение засухи приводит к более продолжительным, более поздним засухам и их меньшему числу с большей пространственной протяжённостью. 75% дождевых засух распространяются на «осадки минус суммарное испарение», из них 20% - дальше на речной сток и 10% на грунтовые воды. 40% речных засух распространяется на грунтовые воды. Степень засухи и её зависимость увеличиваются на пути распространения засухи от осадков к речному стоку благодаря синхронизирующим эффектам поверхности суши, но снова уменьшаются для грунтовых вод из-за подповерхностной неоднородности.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL107918

Охарактеризовать и понять изменения в режимах стока рек непросто. Существующие наборы данных о глобальной речной сети не обновляются и позволяют идентифицировать только реки шириной более 30 м. Авторы предлагают новый автоматизированный метод картирования речных сетей бассейна в месячном масштабе впервые с разрешением 10 м с использованием радара с синтезированной апертурой Sentinel-1, мультиспектральных изображений Sentinel-2 и цифровой модели поверхности AW3D30. Этот метод достиг общей точности 95,8%. Общая длина построенной сети реки Хуанхэ составляет 40 280 км, что примерно в 3,2 раза превышает длину базы данных Global River Widths из Landsat (GRWL), позволяя более эффективно охватить малые и средние реки. Месячная геометрия реки выявила положительную корреляцию между площадью речной сети и количеством осадков. Ожидается, что это исследование предоставит экономически эффективную альтернативу точному картированию глобальных речных сетей и улучшит понимание изменений и движущих сил речных систем.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL107956

Крупномасштабные программы лесовосстановления, облесения и схем восстановления лесов получили глобальную поддержку в качестве стратегий смягчения последствий изменения климата благодаря их значительному потенциалу удаления углекислого газа. Однако исследования непреднамеренных последствий лесонасаждения с биофизической точки зрения были ограничены. В модели системы Земли Сообщества (CESM2) авторы применили сценарий глобального лесонасаждения в рамках совместимого с Парижским соглашением сценария потепления для исследования поверхности суши и реакции гидроклимата. По сравнению с контрольным сценарием, в котором землепользование зафиксировано на современном уровне, в сценарии лесонасаждения к 2100 году станет на 2°C холоднее в низких широтах, что обусловлено 10-процентным увеличением обусловленного испарением охлаждения в лесных районах. Однако облесенные территории, где заменяются пастбища или кустарники, способствуют удвоению потребности растений в воде в некоторых тропических регионах, что приводит к значительному снижению влажности почвы (~ 5% в глобальном и 5–10% в региональном масштабе) и доступности воды (~ 10% в глобальном масштабе, 10–15% по регионам) в регионах с повышенной лесистостью. Несмотря на некоторое увеличение низкой облачности и сезонных осадков над расширенными тропическими лесами, с усилением отрицательного радиационного воздействия облаков, воздействие на крупномасштабные осадки и атмосферную циркуляцию ограничено. Это контрастирует с реакцией осадков на моделируемую крупномасштабную вырубку лесов, обнаруженную в предыдущих исследованиях. Сценарий лесонасаждения демонстрирует преимущества местного охлаждения без серьёзных нарушений глобальной гидродинамики, помимо тех, которые уже прогнозируются в результате изменения климата, в дополнение к похолоданию, связанному с удалением углекислого газа. Однако потребность в воде обширных лесных массивов, особенно лесонасаждений, влияет на их жизнеспособность, учитывая неопределённость будущих изменений количества осадков.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-710/

Усвоение данных играет двойную роль: развивает «научное» понимание и служит «инженерным инструментом» для наук о системе Земли. Ассимиляция данных о суше (АДС) превратилась в отдельную дисциплину в геофизике, способствующую гармонизации теории и данных и позволяющую моделям суши и наблюдениям дополнять и ограничивать друг друга. За последние десятилетия в теории, методологии и применении АДС был достигнут существенный прогресс, что потребовало целостного и углублённого исследования всего его спектра. Авторы представляют подробный обзор, освещающий теоретические и методологические разработки в области АДС и её отличительные особенности. Это включает в себя прорывы в устранении сильных нелинейностей в процессах на поверхности Земли, изучении потенциала подходов машинного обучения в ассимиляции данных, количественной оценке неопределённостей, возникающих из-за многомасштабной пространственной корреляции, и одновременной оценке состояний и параметров модели. АДС доказала свою эффективность в улучшении понимания и прогнозировании различных процессов на поверхности Земли (включая влажность почвы, снег, суммарное испарение, речной сток, грунтовые воды, орошение и температуру поверхности Земли), особенно в сфере водных и энергетических циклов. В этом обзоре описывается развитие глобальных, региональных и водосборных систем и программных платформ АДС, предлагаются грандиозные задачи по проведению реанализа суши и продвижению связанных данных о суше и атмосфере. Наконец, подчёркиваются возможности расширения применения АДС от чистых геофизических систем до связанных природных и человеческих систем с поглощением потока данных наблюдения Земли и социального зондирования. В статье синтезируются текущие знания АДС и обеспечивается трамплин для их будущего развития, особенно в продвижении исследований земельных процессов с двойной направленностью теории и данных.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022RG000801

Движущие силы, управляющие обменом CO₂ между воздухом и водной поверхностью, и его изменчивость в прибрежной части океана плохо изучены. Используя биогеохимическую модель глобального океана, это исследование количественно определяет влияние тепловых изменений, океанического переноса, потоков пресной воды и биологической активности на пространственную и сезонную изменчивость источников/стоков CO₂ в глобальном прибрежном океане. Авторы выделяют пять типичных прибрежных моделей поведения (в которых преобладают биологическое понижение, вертикальный перенос, отпечаток суши, внутриприбрежные вдольбереговые течения и слабые источники и стоки CO₂ в прибрежных регионах) и предлагают новое, основанное на обработке, разграничение прибрежного океана, опирающееся на количественную оценку этих контролирующих процессов. Обнаружено, что в пространственно-временной изменчивости источников/стоков CO₂ преобладают сильные обмены с открытым океаном и внутриприбрежные процессы, в то время как континентальные влияния ограничиваются регионами «горячих точек». Кроме того, там, где температурные изменения, по-видимому, являются движущей силой сезонной изменчивости CO₂, они часто являются результатом компенсирующих эффектов между отдельными «нетепловыми» условиями, особенно биологической депрессией и вертикальным переносом.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GB007799