Изучается историческое моделирование соответствующих компонентов арктического энергетического и водного баланса для 39 моделей проекта CMIP6, которые проверяются на базе оценок, основанных на наблюдениях. Рассматриваются смоделированные сезонные циклы, долгосрочные средние значения и тенденции бокового переноса и скорости сохранения в атмосфере и океане, а также вертикальные потоки в верхних слоях атмосферы и на поверхности. Обнаружены большие разбросы между результатами разных моделей и систематические отклонения в представлении годовых циклов и долгосрочных средних значений. Потоки поверхностной пресной воды, связанные с осадками и испарением, а также стоком с арктических территорий, как правило, переоцениваются большинством моделей CMIP6, и результаты около двух третей проанализированных моделей имеют раннюю временную погрешность на один месяц в фазе цикла стока, связанную с ранним таянием снега и отсутствием реалистичных схем маршрутизации рек. Кроме того, обнаружены большие отклонения в переносе океанических объёмов воды, отчасти потому, что данные, необходимые для точных расчётов океанического переноса, не были заархивированы. Погрешности также присутствуют в моделируемых компонентах энергетического бюджета. Суммарный вертикальный поток энергии из океана на поверхности Арктики, а также океанический перенос тепла к полюсу систематически недооцениваются всеми моделями. Обнаружена сильная антикорреляция между средним переносом тепла в океане и средним уровнем морского ледяного покрова, переносом тепла в атмосфере, а также долгосрочными темпами потепления океана. Последнее убедительно свидетельствует о том, что точное описание среднего состояния является предпосылкой для реалистичных прогнозов будущего потепления Арктики. Эта диагностика также предоставляет полезные показатели на основе процессов для выбора модели и ограничения прогнозов.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07105-5

Шестая сессия Ассамблеи ООН по окружающей среде (ЮНЕА 6) пройдет с 26 февраля по 1 марта 2024 года в штаб-квартире Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в Найроби (Кения). ЮНЕА 6 сосредоточит свое внимание на том, как многосторонность поможет справиться с тройным планетарным кризисом изменения климата, утраты природной среды и биоразнообразия, а также загрязнением окружающей среды и отходами.

Ссылка: https://www.unep.org/environmentassembly/ru/unea6?%2Funea-6=&%2Funea6=

Учёт осадков необходим для моделирования гидрологического стока, но нехватка данных в некоторых регионах ограничивает объём наземных наблюдений. Спутниковые продукты осадков и продукты реанализа осадков высокого разрешения предоставляют альтернативные источники данных. В этом исследовании точность восьми спутниковых продуктов осадков и продуктов реанализа осадков оценивается для моделирования речного стока с использованием гидрологических моделей HBV и SWAT в двух полузасушливых речных бассейнах на юго-востоке Ирана. В исследовании эти продукты сравнивались с наборами данных дождемеров с использованием статистических индексов и индексов непредвиденных обстоятельств. ERA5 и NOAA CPC лучше всего справляются с регистрацией ежедневных осадков для обоих речных бассейнов, имея более высокие корреляции, меньшую среднеквадратичную ошибку и лучшую способность идентифицировать дожди. GPM и CHIRPS имеют лучшие показатели общей средней ошибки и процентного отклонения PBIAS для обоих бассейнов. В месячном масштабе ERA5 и GPM демонстрируют наилучшее согласие с набором данных дождемеров в двух бассейнах. Способность продуктов реанализа осадков точно улавливать суточный сток демонстрирует их потенциал в качестве источника осадков для подпитки гидрологических моделей. Наибольшая эффективность моделирования речного стока достигается при объединении реанализа ERA5 и модели HBV. Однако CMORPH работал плохо, создавая неудовлетворительное моделирование стока из-за высокого PBIAS и низкой эффективности Нэша-Сатклиффа NSE. Коррекция смещения спутниковых данных об осадках повысила точность моделирования речного стока, но даже с этой коррекцией спутниковые данные об осадках по-прежнему приводили к более низкой точности, чем входные данные дождемеров. Результаты принесут пользу разработчикам, пользователям и сообществу гидрологического моделирования в регионах с недостаточным объёмом данных.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-07078-x

Под влиянием потепления климата абсолютный уровень моря в Балтийском море повысится, подобно тому, как это происходит в Мировом океане. Что касается экстремального уровня моря, то есть признаки того, что он будет повышаться даже быстрее, чем средний уровень, но эта тема до сих пор остаётся спорной, и существующие исследования указывают на разные направления. Авторы проанализировали ансамбль региональных климатических моделей Балтийского моря на предмет будущих изменений его уровня. Обнаружено, что скорость изменений в зависимости от высокого и среднего уровня моря различается: согласно прогнозам, в восточной части Балтийского моря 99-й процентиль уровня моря будет повышаться быстрее, чем средний уровень. В юго-западной части ситуация была противоположной. Таким образом, произведённое моделирование предсказывает изменение не только среднего уровня моря, но и его распределения. Эта закономерность была почти одинаковой между отдельными участниками ансамбля. Авторы исследовали 99-й процентиль как показатель экстремальных уровней моря, поскольку их частично стохастический характер ограничивает возможности прогнозирования использованного ансамбля из 20 членов. Эти результаты показывают, что адаптация береговой защиты только к среднему изменению уровня моря может быть недостаточной на региональном уровне.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-07094-x

Сентябрь 2023 года стал самым тёплым сентябрём за всю историю наблюдений в мире с рекордной разницей в 0,5°C. Здесь показано, что такой рекордный скачок является чрезвычайно редким событием в последнем поколении климатических моделей, поэтому маловероятно (p ~ 1%), что внутренняя изменчивость климата в сочетании с устойчивым увеличением воздействия парниковых газов могла бы объяснить это. Эти результаты требуют дальнейшего анализа воздействия других внешних факторов на глобальный климат в 2023 году.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00582-9

Изменение климата сопровождается постоянным повышением температуры в Арктическом регионе, что, как следствие, приводит к эскалации темпов истощения арктических льдов. Эти изменения имеют глубокие последствия для судоходства по арктическому Северному морскому пути (СМП). Однако доступ к СМП ограничен определёнными временными интервалами, когда толщина морского льда достигает порога, позволяющего безопасный проход судов. В этом исследовании используются модели изменения климата и система индексации рисков оценки полярных эксплуатационных пределов для изучения возможности навигации различных типов судов по СМП в течение 2030, 2040 и 2050 годов в соответствии со сценариями SSP2-4.5 и SSP5-8.5. В контексте этих двух сценариев были проанализированы различные категории судов. Результаты указывают на значительные различия в мореходных качествах судов разных категорий в зависимости от сценариев и лет. В целом полярные суда демонстрируют более высокий навигационный потенциал на протяжении большей части года, тогда как прогулочные суда ограничены определёнными периодами. Эти выводы имеют важное значение для будущего судоходства по СМП. Поскольку арктические льды продолжают таять, ожидается, что СМП станет более доступным для судов, хотя навигационная доступность по-прежнему будет зависеть от категории судна и сезонных факторов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-53308-5

Редкие случаи осадков с периодами повторяемости от нескольких десятилетий до сотен лет наносят особый ущерб природным и общественным системам. Однако прогнозы таких редких, разрушительных осадков в будущем климате подвержены значительным различиям между моделями. Авторы показывают, что значительная часть этих различий может быть отнесена к неопределённости прогнозов потепления и может быть значительно уменьшена, если использовать наблюдаемое в последние десятилетия потепление в качестве ограничения, реализуемого либо путём прямого ограничения прогнозов наблюдаемым потеплением, либо путём обусловления на основе ограниченных прогнозов потепления, подтверждённых обширной перекрестной проверкой на основе моделей. Температурное ограничение снижает более чем на 40% вызванную потеплением неопределённость в прогнозируемом усилении будущих редких ежедневных осадков для климата, который в большинстве регионов на 2°C теплее, чем доиндустриальный. Такое снижение неопределённости вместе с проверкой надёжности прогнозов должно позволить более уверенно планировать адаптацию на региональном уровне.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105605

Сочетание прогнозов состояния океана с пониманием физиологии даёт возможность прогнозировать среду обитания на несколько лет вперёд для широкого спектра морских организмов. Однако ещё предстоит решить ряд проблем, прежде чем можно будет увидеть регулярное производство и использование прогнозов морской среды обитания.
Известная цитата, которую часто приписывают датскому физику Нильсу Бору, гласит, что трудно делать прогнозы, особенно если они касаются будущего. Однако утверждение Бора каждый день опровергается надёжными прогнозами погоды, определяющими нашу повседневную жизнь и выбор занятий. Но что, если бы мы могли заглянуть ещё дальше в будущее, например, на месяцы, годы или даже на десятилетие вперёд? Как это изменит планирование и поведение? Chen et al.¹ открывают дверь к этой заманчивой возможности, предоставив общую демонстрацию способности прогнозировать среду обитания морских организмов в многолетнем временном масштабе. Этот результат открывает двери для новых применений прогнозов и новых подходов к управлению живыми морскими ресурсами.
Их новый результат основан, в первую очередь, на недавней разработке искусных систем многолетнего прогнозирования климата². Прогнозирование климата лучше всего можно понимать как применение климатических моделей аналогично современной системе прогноза погоды, но с акцентом на характеристику статистических свойств погоды на месяцы и годы в будущем (вместо прогнозирования фактической погоды в определённый день). Высокие навыки прогнозирования особенно очевидны в океане, где более медленная динамика и высокая инерция (по сравнению с атмосферой) обеспечивают большие горизонты прогнозирования. Навыки прогнозирования в десятилетнем масштабе были продемонстрированы для многих аспектов океана, включая температуру поверхности моря, теплосодержание и циркуляцию океана^3,4,5.
Возможность прогнозировать состояние океана имеет особое значение для управления живыми морскими ресурсами, поскольку на эти организмы сильно влияют изменения условий в океане. Большинство морских организмов являются «хладнокровными», и температура их тела (и, следовательно, физиология) равна температуре окружающей воды: поэтому её изменения оказывают прямое влияние на функционирование организма. Такие вариации проявляются по-разному, включая воздействие на воспроизводство, время ключевых событий, таких как миграция и нерест, а также места обитания видов (их распространение). Для развиваемых человечеством отраслей, которые зависят от живых морских ресурсов, эта изменчивость может создать огромные проблемы, и поэтому способность предвидеть изменения в будущем может повысить как производительность, так и устойчивость⁶. В некоторых отдельных случаях удалось разработать краткосрочные морские экологические прогнозы⁷ для поддержки принятия решений, особенно в отношении распределения видов.
Chen et al. рассматривают проблему того, как воспользоваться десятилетней предсказуемостью состояния океана (например, температуры, солёности и т.д.) для прогнозирования биологически значимых показателей. Хотя они не первые, кто сделал это, предыдущие усилия были сосредоточены на отдельных видах⁸ с использованием устоявшегося понимания того, как каждый из них находится под влиянием окружающей среды. Хотя такой подход вполне обоснован, весьма специфичный характер анализа затрудняет его применение к другим видам.
Chen et al. используют уникальный общий подход к проблеме, учитывая физиологические ограничения среды обитания вида. В частности, они применяют общий метаболический индекс⁹, основанный на физиологической модели толерантности организма к условиям с низким содержанием кислорода и того, как эта толерантность меняется в зависимости от температуры. Реакция таких разнообразных видов, как асцидии, крабы и креветки, может быть охарактеризована с помощью двух простых параметров. Прогнозы температуры, содержания кислорода и солёности, полученные с помощью систем прогнозирования климата, затем можно использовать для прогнозирования метаболического индекса.
Chen et al. показывают, что их прогнозы хорошо предсказывают метаболический индекс на несколько лет вперёд. Они способны разложить эту предсказуемость на различные исходные компоненты (например, температуру, солёность, содержание кислорода) и показать, что в ней преобладает кислородный компонент. Что наиболее важно, они также исследуют способность делать прогнозы по всему спектру рассматриваемых признаков организма, показывая наличие многолетней предсказуемости для большинства комбинаций факторов. Поэтому демонстрация многолетней предсказуемости обитания вида является скорее правилом, чем исключением.
Хотя работа Chen et al. прочно закладывает научную основу для прогнозирования среды обитания, остаётся ещё много проблем, прежде чем начнут появляться продукты морского экологического прогнозирования, основанные на этой работе. В частности, способность предсказывать среду обитания, как показано здесь, не обязательно совпадает со способностью предсказывать распространение вида. Среда обитания — это потенциальная территория, где может обитать вид, тогда как реальное распространение (где виды фактически обитают) — это лишь часть всей доступной среды обитания. На распределение влияют многие другие факторы, помимо метаболических ограничений, включая наличие пищи и добычи, присутствие хищников и поведенческие процессы, такие как динамика стайного обучения и необходимость размножения. Таким образом, способность предсказывать среду обитания не даёт автоматически возможности предсказывать распространение вида. Тем не менее, наличие подходящей среды обитания является необходимым условием присутствия вида в данном месте и, следовательно, может обеспечить механистическую основу для прогнозирования распространения, особенно в регионах, где распространение ограничено наличием среды обитания (например, на её окраинах).
Как такие прогнозы среды обитания и/или распределения могут быть использованы в контексте принятия решений, также является нерешённым вопросом. Управление как живыми морскими ресурсами, так и отраслями, зависящими от них, обычно сосредоточено на следующем году, и в настоящее время существует мало приложений, в которые такие многолетние прогнозы потенциально могут внести свой вклад. Более того, доступная среда обитания и распространение вида (как это изучается здесь) имеют меньшее значение для управления рыболовством по сравнению с доминирующим вопросом о продуктивности (и, следовательно, квоте на вылов рыбы) в ближайшие годы. Использование потенциала этих прогнозов требует особого внимания к тому, как их можно применять в контексте управления морской средой.
Эта работа также подчёркивает необходимость улучшения наблюдений за содержанием кислорода в океане. В предсказуемости среды обитания, продемонстрированной Chen et al., преобладает кислородный компонент метаболического индекса. Однако объём наблюдений за кислородом в океане относительно ограничен: Chen et al., например, были вынуждены использовать реконструкцию содержания кислорода в океане, а не тип прямых наблюдений, доступных, например, для температуры, которую можно измерить дистанционно со спутника. Таким образом, повышенное внимание к измерениям содержания кислорода в океане потенциально может улучшить нашу способность прогнозировать экологически значимые показатели и действительно может стать предпосылкой для оперативного составления экологических прогнозов.
В заключение, работа Chen et al. широко открывает двери для многолетнего экологического прогнозирования. В то время как предсказуемость ранее была продемонстрирована в единичных случаях, эти новые результаты показывают, что среду обитания можно предсказать в целом для всего спектра видов. Хотя делать прогнозы, особенно относительно будущего, всё ещё может быть сложно, научная основа для прогнозов среды обитания на несколько лет вперёд, похоже, уже имеется.

Ссылки

1 Chen, Z. et al. Skillful Multiyear Prediction of Marine Habitat Shifts Jointly Constrained by Ocean Temperature and Dissolved Oxygen. Nat. Commun. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45016-5 (2024).
2 Merryfield, W. J. et al. Current and Emerging Developments in Subseasonal to Decadal Prediction. Bull. Am. Meteorol. Soc. 101, E869–E896 (2020).
3 Matei, D. et al. Multiyear Prediction of Monthly Mean Atlantic Meridional Overturning Circulation at 26.5 N. Science (80.). 338, 604–604 (2012).
4 Yeager, S. G., Karspeck, A., Danabasoglu, G., Tribbia, J. & Teng, H. A Decadal Prediction Case Study: Late Twentieth-Century North Atlantic Ocean Heat Content. J. Clim. 25, 5173–5189 (2012).
5 Matei, D. et al. Two Tales of Initializing Decadal Climate Prediction Experiments with the ECHAM5/MPI-OM Model. J. Clim. 25, 8502–8523 (2012).
6 Tommasi, D. et al. Improved management of small pelagic fisheries through seasonal climate prediction. Ecol. Appl. 27, 378–388 (2017).
7 Payne, M. R. et al. Lessons from the First Generation of Marine Ecological Forecast Products. Front. Mar. Sci. 4, 289 (2017).
8 Payne, M. R. et al. Skilful decadal-scale prediction of fish habitat and distribution shifts. Nat. Commun. 13, 2660 (2022).
9 Deutsch, C., Penn, J. L. & Seibel, B. Metabolic trait diversity shapes marine biogeography. Nature 585, 557–562 (2020).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45020-9

База данных CORESIDENCE (CoDB) представляет собой значительный прогресс в области семейных исследований, устраняя существующие пробелы в данных и способствуя всестороннему анализу состава домохозяйств и условий жизни на национальном и субнациональном уровнях. Здесь представлена CoDB, разработанная для проекта ERC «Сожительство поколений в глобальной перспективе: измерения изменений». База данных основана на индивидуальных микроданных глобального масштаба из четырёх основных хранилищ и национальных обследований домохозяйств, охватывающих более 150 миллионов индивидуальных записей, представляющих более 98% населения мира. CoDB предоставляет наборы данных на национальном, субнациональном и субнациональном гармонизированном уровнях, охватывающие 156 стран, 3950 регионов и 1511 гармонизированных регионов за период 1964–2021 гг. Он включает 146 показателей по составу домохозяйств и семейному устройству, что позволяет исследователям изучать структуры совместного проживания между поколениями, гендерную динамику внутри домохозяйств и долгосрочные тенденции в условиях проживания. CoDB заполняет важный пробел в сравнительных исследованиях домашних хозяйств, позволяя исследователям проводить новаторские исследования как на макро-, так и на микроуровне, что в конечном итоге способствует более глубокому пониманию сложной динамики семейных структур и условий жизни.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-02964-3

Мир по-прежнему далёк от стабилизации климата. Представление о том, что сокращение выбросов потребует в ближайшее время жертв, но обеспечит выгоды лишь в отдалённом будущем, может замедлять движение к декарбонизации. Однако устойчивое развитие, включая агрессивную декарбонизацию, доступ к экологически чистой энергии и строгую политику в области качества воздуха, обеспечивает быструю пользу на местах для здоровья за счёт улучшения качества воздуха, а также долгосрочного предотвращения воздействия тепла. Авторы количественно оценивают эти выгоды, показывая, что они предотвращают миллионы преждевременных смертей ежегодно, при этом оценки в развивающихся странах Азии перевешивают затраты на смягчение последствий. Эти результаты свидетельствуют, какую пользу декарбонизация может принести развивающимся странам, даже если их вклад в историческое глобальное изменение климата был относительно небольшим. Эти результаты также дают количественную оценку того, насколько стареющее население становится более чувствительным к экологическим рискам. 

Следование пути устойчивого развития, направленному на удержание потепления ниже 2°C, принесёт пользу здоровью человека. Авторы количественно оценивают преждевременную смертность, связанную с загрязнением воздуха мелкими твёрдыми частицами (PM_2,5) и воздействием тепла в Китае, Южной Азии и США, используя прогнозы нескольких климатических моделей в сценариях с высокими и низкими выбросами. Прогнозируемые изменения в преждевременной смертности обычно обусловлены старением населения, это в первую очередь отражает увеличение продолжительности жизни, что приводит к большей чувствительности к экологическим рискам. Изменения воздействия PM_2,5 обычно оказывают незначительное влияние на преждевременную смертность при сценарии с высоким уровнем выбросов, но приносят существенные выгоды при сценарии с низким уровнем выбросов. Смертность, связанная с PM_2,5, увеличивается в Южной Азии на протяжении столетия по обоим сценариям, но к концу столетия в Китае снижается, а в США значения снижаются на протяжении столетия. Напротив, воздействие жары увеличивается в обоих сценариях и в сочетании со старением населения приводит к прогнозируемому увеличению смертности во всех странах. Несмотря на старение населения, совокупная смертность, связанная с PM_2,5 и жарой, снижается в рамках сценария с низкими выбросами примерно на 2,4 миллиона в год к середине века и на ~2,9 миллиона к концу столетия, причем ~3% и ~21% этих сокращений связаны с жарой, соответственно. Межмодельные различия в прогнозах воздействия обычно приводят к неопределённости <40%, за исключением тепловых воздействий в США и Китае. Польза для здоровья от низких выбросов будет больше от снижения воздействия тепла, чем от улучшения качества воздуха к концу 2090-ых годов в Соединённых Штатах. Напротив, в Южной и Восточной Азии выгоды от выбросов PM_2,5 являются самыми большими на протяжении всего столетия, и их оценка превышает затраты на декарбонизацию, особенно в Китае, в течение следующих 30 лет.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312832120