Глобальный нагрев системы Земли бесспорен. Однако обнаружение его ускорения до сих пор остаётся невозможным, несмотря на убедительные доказательства потенциального увеличения скорости нагрева. В этом исследовании показано, что с 1960 года потепление Мирового океана ускорялось с относительно постоянной скоростью 0,15 ± 0,05 (Вт/м²)/десятилетие, в то время как суша, криосфера и атмосфера демонстрировали темп с ускорением 0,013 ± 0,003 (Вт/м²)/десятилетие. Это привело к существенному увеличению потепления океана с величиной 0,91 ± 0,80 Вт/м² в период с 1960–1970 по 2010–2020 гг., что перекрывает значительную десятилетнюю изменчивость потепления океана, составляющую до 0,6 Вт/м². Эти результаты выдерживают широкий спектр анализов чувствительности и согласуются с различными наборами данных, основанных на наблюдениях. Долгосрочное ускорение потепления Земли качественно согласуется с ростом концентрации CO₂ и снижением концентрации аэрозолей в тот же период, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы правильно объяснить эти изменения.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-49353-1

Методы, основанные на данных, широко применяются для прогнозирования состава атмосферы. Здесь исследуются возможности модели глубокого обучения для прогнозирования содержания озона (O₃) на континентах в Китае, США и Европе. Модель глубокого обучения была настроена и проверена с помощью приземных наблюдений содержания O₃ в Китае и США в 2015–2018 гг. Модель глубокого обучения применялась для прогнозирования почасового содержания O₃ на поверхности трёх континентов в 2015–2022 гг. По сравнению с базовым моделированием с использованием модели GEOS-Chem, анализ показывает средние отклонения 2,6 и 4,8 мкг/м³ с коэффициентами корреляции 0,94 и 0,93 (модель глубокого обучения); и средние отклонения 3,7 и 5,4 мкг/м³ с коэффициентами корреляции 0,95 и 0,92 (модель GEOS-Chem) в Европе в 2015–2018 и 2019–2022 гг. соответственно. Сопоставимые характеристики моделей глубокого обучения и GEOS-Chem указывают на потенциал модели глубокого обучения делать надёжные прогнозы в пространственных и временных областях, где множество локальных наблюдений для обучения недоступно.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104928

Сокращение выбросов метана в атмосферу является неотложным приоритетом для замедления краткосрочных изменений климата. Спутники обладают уникальными возможностями для точного определения источников метана с целью поддержки действий по борьбе с изменением климата, но нынешняя система наблюдений полностью находится на низкой околоземной орбите и, следовательно, испытывает трудности с выявлением и количественной оценкой переходных выбросов. Авторы демонстрируют непрерывный пятиминутный мониторинг крупных точечных источников метана с помощью геостационарных операционных спутников окружающей среды США (GOES). Это применено для количественной оценки экстремального выброса метана за три часа из газопровода в Дуранго, Мексика. Обнаружены другие крупные выбросы продолжительностью менее одного часа из нефтегазовой инфраструктуры. Эти результаты демонстрируют потенциал непрерывного мониторинга крупных точечных источников метана с геостационарной орбиты.

Авторы демонстрируют результаты крупных точечных источников метана с помощью геостационарных оперативных экологических спутников США (GOES). GOES обеспечивает непрерывное покрытие Северной и Южной Америки в течение 5–10 минут с разрешением надира от 1 до 2 км в двух коротковолновых инфракрасных спектральных диапазонах, из которых можно извлечь большие шлейфы метана. Авторы отслеживают полную динамику экстремального выброса метана из газопровода Эль-Энсино-Ла-Лагуна в Дуранго, Мексика, 12 мая 2019 года. Выброс длился три часа с переменной скоростью от 260 до 550 метрических тонн метана в час и составил от 1130 до 1380 метрических тонн. Сообщается о нескольких других случаях обнаружения переходных точечных источников в нефтегазовой инфраструктуре, из которых делается вывод о пределе обнаружения от 10 до 100 т/ч. Эти результаты показывают, что экстремальные выбросы метана могут длиться менее часа, например, в результате преднамеренного выброса, и поэтому их будет трудно идентифицировать и количественно оценить с помощью спутников на низкой околоземной орбите.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310797120

Климатические прогнозы, полученные с помощью глобальных климатических моделей, подвержены неопределённостям из-за множества источников. Существующая структура, основанная на дисперсионном анализе для разделения таких неопределённостей, не может учитывать эффект взаимодействия между глобальными климатическими моделями и внутренней изменчивостью климата, который по значимости занимает лишь второе место после основного эффекта глобальных климатических моделей. В этой работе представлена трёхфакторная структура дисперсионного анализа и исследованы все основные эффекты и эффекты взаимодействия. Результаты показывают, что, хотя общая неопределённость в основном обусловлена основными эффектами, эффекты взаимодействия значительны. В частности, в XXI веке глобальные средние (рассчитанные на уровне ячеек сетки, а затем усреднённые) относительные вклады всех основных эффектов составляют 54% для осадков и 82% для температуры; таковые для всех эффектов взаимодействия составляют соответственно 46% и 18%. Поскольку трёхфакторный дисперсионный анализ не может исследовать компоненты неопределённости, возникающие из источников неопределённости, он улучшается за счёт определения взаимосвязи между её компонентами, обусловленными источниками неопределённости, и компонентами, возникающими в результате основных эффектов и эффектов взаимодействия. С помощью улучшенного трёхфакторного дисперсионного анализа общая неопределённость разлагается на компоненты неопределённости, возникающие в результате сценария выбросов (S), глобальных климатических моделей (M) и внутренней изменчивости климата (V). Результаты показывают, что вклад в общую неопределённость в основном вносится M в XXI веке для осадков и M до 2060-х годов, а затем S для температуры. Надёжность характеристики V оценивается путём исследования изменения V в зависимости от числа включённых членов ансамбля. Степень недооценки вклада V составляет примерно в среднем 4% для осадков и 1% для температуры.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/2/JCLI-D-23-0064.1.xml

Авторы разрабатывают модель многолетней мерзлоты с подвижной сеткой, содержащую модуль расчёта проседания грунта для оценки его влияния на моделирование многолетней мерзлоты при различных сценариях потепления. Включение процесса проседания грунта в моделирование многолетней мерзлоты приводит лишь к относительно небольшому улучшению воспроизведения поля температуры грунта, что подтверждается наблюдениями с двух точек на Цинхай-Тибетском нагорье. Показано, что игнорирование проседания грунта приводит к большей толщине активного слоя, но меньшей исходной толщине оттаявшей многолетней мерзлоты при моделировании её изменений в условиях потепления климата. Тепло, потребляемое изменениями многолетней мерзлоты, будет недооценено в моделях, не учитывающих проседание грунта. Эффекты, которые оказывает проседание грунта при моделировании многолетней мерзлоты, чётко демонстрируются в сценарии сильного потепления, которое повлияет на глобальный энергетический бюджет. Прогнозы показывают, что температура многолетней мерзлоты в зоне сплошной многолетней мерзлоты Цинхай-Тибетского нагорья может быть близка к температуре фазового перехода и стать нулевым температурным градиентом в 2030–2040 гг. по сценарию SSP5-8.5, и к этому времени возникнет большой риск проседания грунта. В регионах многолетней мерзлоты с богатым подземным льдом распространяющиеся вниз температурные сигналы, вызванные проседанием грунта, более ослаблены. Однако ошибка расчёта тепла будет больше в моделировании, не учитывающем проседание грунта. В этом исследовании количественно оцениваются последствия проседания грунта, что может обеспечить лучшее понимание таяния многолетней мерзлоты и энергетического баланса на Цинхай-Тибетском нагорье.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/1/12

Растущее число научных публикаций по вопросам изменения климата превышает возможности людей следить за литературой, даже если они ограничиваются избранными подтемами, такими как разделы глав докладов МГЭИК. МГЭИК выиграет от помощи современных технологий, участия и идей гораздо большего числа экспертов, а также от более частых обновлений. Авторы описывают, как можно адаптировать технологию для предоставления асинхронных и связанных платформ, которые могут улучшить сотрудничество экспертов благодаря их потенциалу масштабируемости и инклюзивности, а также помогают поддерживать актуальность оценок. Они подробно рассказывают об их опыте работы с платформой ScienceBrief.org, которая была разработана и использовалась в 2017–2021 гг. Показано, что своевременный выпуск коротких научных обзоров (например, о лесных пожарах), ставший возможным благодаря платформе, привёл к широкому и точному освещению науки в основных и социальных сетях, включая веб-сайты, ориентированные на политику, и, следовательно, способствовал расширению общественного внимания и пониманию науки и противодействию дезинформации о климате. Хотя хороший визуальный интерфейс и пользовательский поток были необходимы, стимулы были ключевыми для взаимодействия экспертов с платформой, которые, хотя и были положительными, оставались низкими. Авторы полагают, что совместная технологическая платформа, такая как ScienceBrief, предназначенная для поддержки модернизированного процесса разработки докладов, могла бы значительно улучшить оценки МГЭИК, сделав их более открытыми и доступными, что ещё больше повысит прозрачность. Это также позволит обеспечить всестороннее включение фактических данных и будет способствовать широкому и высококачественному научному участию, в том числе среди молодых специалистов и учёных со всего мира. Это можно было бы сначала проверить на этапе определения масштабов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s44168-023-00072-3

Перенос вод Тихого океана в Арктику через Берингов пролив (важный для отступления льдов Западной Арктики, свойств воды и поступления питательных веществ) увеличивается в течение трёх десятилетий. Используя спутниковые данные о придонном давлении и динамической топографии океана, авторы показывают, что долгосрочные тенденции в данных за хорошо отобранный подпериод (2003–2014 гг.) связаны с летним падением придонного давления и динамической топографии океана в Арктическом Восточно-Сибирском море, что, в свою очередь, вызвано там более сильными западными ветрами и усилением западных ветров в Беринговом море. Различия придонном давлении/динамической топографии океана предполагают сильное (0,17 практических единиц солёности/год) засоление Восточно-Сибирского моря, вероятно, вызванное до сих пор недооценённым увеличением притока воды из Тихого океана в этот регион. Обнаружено, что тенденции придонного давления в Восточно-Сибирском море (ошибочно) обратные в старых версиях данных, и авторы полагают, что засоление Восточно-Сибирского моря может в значительной степени способствовать увеличению стока в Беринговом проливе. Эти факты могут объяснить, почему модели, ассимилирующие старые данные придонного давления или ошибочные данные о солёности в Беринговом проливе, не могут воспроизводить наблюдаемое увеличение стока в Беринговом проливе.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104697

Влияние более экстремальных климатических условий при глобальном потеплении на динамику почвенного органического углерода (ПОУ) остаётся не поддающимся количественной оценке. Авторы оценивают реакцию ПОУ на экстремальные изменения климата при потеплении на 1,5°C, сочетая подход замещения пространства-времени и глобальные измерения ПОУ (в почве 0–30 см). Большинство экстремальных явлений (22 из 33 оцененных типов экстремальных явлений) усугубляют потерю ПОУ при глобальном потеплении, но их последствия варьируются в зависимости от экосистемы. Только уменьшение продолжительности похолоданий оказывает устойчивый положительный эффект, а увеличение числа экстремально дождливых дней - отрицательное воздействие на все экосистемы. Луга и пахотные земли умеренного пояса отрицательно реагируют на большинство экстремальных явлений, тогда как в умеренных и бореальных лесах и пустынях преобладает положительная реакция. В тундре 21 крайность оказывает нейтральное воздействие, а 11 крайностей демонстрируют более сильное негативное воздействие, чем в других экосистемах. Эти результаты показывают отчётливое, специфичное для биома влияние экстремальных климатических явлений на динамику ПОУ, что способствует более надёжному прогнозированию ПОУ в условиях изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01874-3

Озеленение городов часто предлагается для смягчения последствий возникновения городских островов тепла, поскольку растительность обеспечивает тень и увеличивает испарение. Однако растительность имеет более низкое альбедо и более высокую излучательную способность, чем голая почва, которую она часто заменяет, что увеличивает поступающие потоки энергии. Авторы используют модель метеорологических исследований и прогнозирования для количественной оценки и сравнения эффектов альбедо и «не-альбедо» (т.е. изменений излучательной способности, шероховатости поверхности и потоков испарения) озеленения городов в бассейне Лос-Анджелеса в соответствии со сценариями озеленения городов, значимыми для политики. Когда в модель были включены эффекты, вызванные альбедо, дневные температуры поверхности в городских районах повысились на 0,70 ± 0,89°C, при этом увеличение потока явного тепла перевешивало увеличение потока скрытого тепла из-за увеличения эвапотранспирации. Напротив, дневные температуры поверхности снизились на 0,27 ± 0,72°C, если игнорировать эффекты, вызванные альбедо. Ночью включение эффектов озеленения городов, вызванных альбедо, привело только к половине охлаждения, смоделированного без альбедо. Температуры приземного воздуха также показали противоречивые результаты при моделировании: ночное похолодание на 0,21 ± 0,47°C перевешивало небольшое дневное потепление на 0,04 ± 0,32°C в моделировании без альбедо, а дневное потепление на 0,33 ± 0,41°C перевешивало небольшое ночное похолодание на 0,05 ± 0,46°C при моделировании с альбедо. Эти результаты показывают решающую роль, которую альбедо играет в определении суммарного приземного климатического воздействия озеленения городов. Политики и градостроители должны внимательно рассматривать снижение альбедо в результате озеленения городов, особенно с учётом того, что во многих городах для смягчения последствий городских островов тепла одновременно возводятся крыши и тротуары с высоким альбедо.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD038764

Осцилляция Мэддена-Джулиана является доминирующим источником субсезонной изменчивости атмосферы в тропиках и существенно влияет на прогнозируемость глобальных погоды и климата. Изменения в её активности и предсказуемости из-за антропогенного глобального изменения климата имеют глубокие последствия для будущего глобального прогнозирования погоды. Авторы исследовали изменения в предсказуемости Осцилляции Мэддена-Джулиана в данных реанализа и климатических моделей и обнаружили, что её предсказуемость увеличилась за последнее столетие. Это увеличение можно объяснить антропогенным потеплением, которое, согласно прогнозам, продолжится в XXI веке. Повышенная предсказуемость сопровождается более сильной амплитудой Осцилляции Мэддена-Джулиана, более регулярными структурами колебаний и организованным распространением на восток в условиях глобального потепления. Эти результаты показывают повышение предсказуемости Осцилляции Мэддена-Джулиана при парниковом потеплении, что будет иметь далеко идущие последствия для глобального прогнозирования погоды.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01885-0