Потепление в Арктике происходит в условиях увеличения пиков выбросов CO₂ зимой, но на него влияют летние воздействия за счёт сезонного накопления тепла в океане. Тем не менее, изменения в атмосферном переносе тепла в Арктику в основном исследовались в среднем за год или зимой, с ограниченным вниманием к другим сезонам. Авторы исследуют полный сезонный цикл переноса тепла к полюсу, смоделированный с увеличением содержания CO₂ или с индивидуально применяемой потерей арктического морского льда и глобальным потеплением морской поверхности. Обнаружено, что зимнее сокращение переноса сухого тепла обусловлено потерей и потеплением арктического морского льда, тогда как летнее увеличение переноса влажного тепла - субарктическим потеплением и увлажнением. Модельное арктическое потепление распространяется на сезонный перенос тепла к полюсу. Эти сезонные изменения и их межмодельное распространение хорошо фиксируются нисходящим диффузионным переносом тепла. Хотя изменения в переносе влажного и сухого тепла компенсируются в среднегодовом значении, их противоположная сезонность может поддерживать некомпенсирующее воздействие на потепление в Арктике.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105156

Быстрое сокращение морского льда в Арктике может повлиять на глобальные погодные условия, что делает понимание изменчивости погоды в Арктике жизненно важным для точного прогнозирования погоды и анализа экстремальных погодных явлений. Количественная оценка этой погодной изменчивости и её последствий в условиях антропогенного изменения климата остаётся сложной задачей. Авторы развили основанный на сложности подход и обнаружили сильную статистическую корреляцию между внутрисезонной погодной изменчивостью в Арктике и арктическим колебанием. Эти результаты подчёркивают повышенную изменчивость ежедневного количества морского льда в Арктике, что объясняется его сокращением, ускоренным глобальным потеплением. Эта погодная нестабильность может влиять на более широкие региональные закономерности через атмосферные удалённые связи, повышая риски для деятельности человека и предсказуемости прогнозов погоды. Представленный анализ выявляет эти удалённые связи и положительную обратную связь между арктической и глобальной погодной нестабильностью, предлагая понимание того, как изменения в Арктике влияют на глобальную погоду. Эта концепция объединяет комплексную науку, арктическую погодную изменчивость и её широкомасштабные последствия.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42351-x

Климат, технологии и социально-экономические изменения будут влиять на будущее использование энергии в городах. Однако текущий анализ с низким разрешением на уровне регионов недостаточен, чтобы надёжно помочь в принятии решений на уровне города. Авторы оценивают почасовое энергопотребление зданий в середине века в 277 городских районах США, используя подход «снизу вверх» (bottom-up). Прогнозируемое будущее изменение климата приведёт к неоднородным изменениям в интенсивности энергопотребления в городских районах, особенно при сценариях более сильного потепления, при этом в среднем на 10,1–37,7% увеличится частота пикового потребления электроэнергии в зданиях с интенсивным энергопотреблением, но в некоторых городах оно увеличится более чем на 110%. На каждый 1°C потепления средняя интенсивность энергопотребления для кондиционирования помещений в масштабе города увеличивается/уменьшается в среднем на ~14%/ ~ 10% для охлаждения/обогрева помещений. Изменения в использовании гетерогенных источников энергии в зданиях в масштабе города в первую очередь обусловлены изменениями в численности населения и энергетическом секторе, в среднем в диапазоне от –9% до 40% с постоянными градиентами с юга на север при различных сценариях. В рассматриваемых здесь сценариях изменения в потреблении энергии в зданиях в масштабе города, усреднённые по всем городским территориям, следующие: от –2,5% до –2,0% из-за изменения климата, от 7,3% до 52,2% из-за роста населения, и от –17,1% до –8,9% из-за декарбонизации электроэнергетики. Полученные результаты подчёркивают необходимость учёта межгородской неоднородности при разработке устойчивых городских энергетических систем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41458-5

Новый метод может преобразовать спутниковую информацию о высоте морской поверхности в понимание течений, тепловых потоков и, в конечном итоге, изменения климата.

Океанографы используют спутники, чтобы наблюдать за Землёй и измерять высоту поверхности океана. Эта информация может помочь им составить карту циркуляции океанских течений и понять роль, которую это движение играет в переносе тепла и изменении климата. Запущенный в конце 2022 года спутник топографии поверхностных вод и океана (SWOT) сможет делать снимки высоты морской поверхности в более точном масштабе, чем когда-либо прежде — десятки километров вместо сотен.
Подвох? Простые, основанные на физике методы преобразования высоты морской поверхности в значимую информацию об океанских течениях не применимы при таком высоком разрешении. Это потому, что пристальное рассмотрение океана также означает обнаружение волн под поверхностью воды. Хотя эти волны не влияют на океанские течения, они добавляют шум к наблюдениям за высотой морской поверхности.
Теперь Сяо и др. представляют новый метод машинного обучения для использования данных SWOT о высоте морской поверхности для оценки различных аспектов течения в верхних слоях океана. В методе применяется вычислительный подход, основанный на человеческом зрении, известный как свёрточная нейронная сеть, которую исследовательская группа обучила на данных реалистичного моделирования высоты морской поверхности и динамики течений.
Исследователи продемонстрировали, что их подход свёрточной нейронной сети может использовать мелкомасштабную высоту морской поверхности для оценки некоторых характеристик течения. Улучшив понимание того, как течения переносят тепло и углерод, учёные смогут лучше понять и предсказать изменение климата.
Исследователи отмечают, что это первоначальное достижение представляет собой подтверждение концепции, и необходимы дальнейшие исследования для усовершенствования нового метода, прежде чем его можно будет надёжно использовать с данными SWOT.
Тем временем SWOT будет продолжать снимать в высоком разрешении изображения не только океанов Земли, но и почти всех поверхностных вод по всему миру, включая озёра, реки и водохранилища. (Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES), https://doi.org/10.1029/2023MS003709, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/machine-learning-provides-a-clearer-window-into-ocean-motion

В данной статье исследуется применение индикаторов, связанных с климатом, в исследованиях насильственных конфликтов. Идея климатического конфликта набрала обороты в последние десятилетия, а изменение климата часто называют «мультипликатором угрозы» как политики, так и учёные. Тем не менее, взаимосвязь между явлениями, связанными с климатом, и насильственными конфликтами сложна и зависит от контекста. Однако климатическим индикаторам, применяемым в исследованиях климатических конфликтов, уделялось ограниченное внимание. Данная статья устраняет этот пробел путём анализа 32 исследований, опубликованных в период с 2004 по 2020 гг., посвящённых использованию климатических показателей и их взаимосвязи с насильственными конфликтами. Сначала в нём климатические индикаторы распределяются по пяти кластерам: стихийные бедствия, базовая изменчивость климата, повышенная изменчивость климата, наличие пресной воды и ЭНЮК (Эль-Ниньо Южное Колебание). Исследование оценивает климатические индикаторы для каждого кластера и показывает, что на совокупном уровне эти кластеры изучают 68 различных представлений климата. В сочетании с соответствующими типами конфликтов обнаружено в общей сложности 113 комбинаций климатических конфликтов. Большинство реализаций представляют собой различные формы связанных с климатом явлений и изменчивости, а не изменение климата. Некоторые показатели со временем совершенствуются, например, переход от изменений среднего количества осадков к стандартизированным индексам осадков. Однако другие индикаторы относятся к различным природным процессам, что затрудняет определение того, влияет ли изменчивость климата на конфликт. Затем в статье демонстрируется несоответствие между путями, посредством которых климат может влиять на насильственные конфликты, и представлением этих путей в выбранных климатических индикаторах. В ней обсуждается, что выбор и применение климатических индикаторов требуют тщательного рассмотрения, а исследуемые явления должны быть чётко определены в результатах исследований.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03617-x

Модели поверхности суши представляют процессы обмена между почвой и атмосферой через поверхность путём объединения потоков воды, энергии и углерода. Поскольку растительность в значительной степени обеспечивает связь между этими циклами, она является важным компонентом моделей земной поверхности. При этом некоторые из этих моделей включают модули динамики растительности, позволяющие адаптировать биомассу растительности, особенно индекс площади листьев, к условиям окружающей среды. Авторы провели сравнение модельных данных, чтобы выяснить, улучшает ли динамика растительности в моделях представление вегетационных процессов и связанных с ними поверхностных потоков в двух конкретных моделях ECLand и Noah-MP в отличие от использования предписанных значений из справочных таблиц или спутниковой продукции. Сравниваются модельные результаты со измерениями на станциях из набора данных FLUXNET 2015, охватывающего диапазон типов климата и растительности, продукта площади листьев MODIS, а также используется более подробная информация с сайта TERENO «Hohes Holz». При текущей реализации включение динамики растительности не улучшает репрезентативность, например, индекса листовой площади и чистого экосистемного обмена в ECLand, в то время как Noah-MP улучшила его только для некоторых участков. Представление потоков энергии и влажности почвы практически не пострадало для обеих моделей. Интересно, что для обеих моделей показатели переменных, связанных с растительностью и гидрологией, не были зависимы друг от друга, так что слабые показатели, например, индекса площади листьев, не ухудшали показатели, потока скрытого тепла. Одна из причин, как было показано, может заключаться в том, что реализованные экосистемные процессы расходятся с наблюдениями в их сезонных закономерностях и изменчивости. Noah-MP включает сезонный гистерезис взаимосвязи между индексом площади листьев и валовой первичной продукцией, который невозможно обнаружить в наблюдениях. Та же самая зависимость представлена сильным линейным откликом в ECLand, который существенно недооценивает наблюдаемую изменчивость. Как для потоков воды, так и для потоков углерода текущие реализованные модули динамики растительности в этих двух моделях не дали лучших результатов по сравнению с расчётами со статической растительностью и предписанной климатологией листовой площади.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-2101/

Морская волна тепла (МВТ) обычно определяется как аномальное потепление на поверхности океана, оказывающее широкомасштабное воздействие на морские и социально-экономические системы. Поверхностное потепление, связанное с МВТ, может проникнуть в глубины океана; однако вертикальная структура МВТ в Мировом океане малоизучена. Авторы, используя профили Арго, идентифицируют четыре основных типа МВТ с различной вертикальной структурой: неглубокие, подповерхностные обращённые, подповерхностно-интенсифицированные и глубокие МВТ. Эти типы МВТ характеризуются различным пространственным распределением с «горячими точками» подповерхностных обращённых и подземно-интенсифицированных МВТ в низких широтах и мелких и глубоких МВТ в средне-высоких широтах. На эти вертикальные структуры влияют динамические процессы океана, включая океанские планетарные волны, пограничные течения, вихри и перемешивание. Площадь и глубина всех типов МВТ демонстрируют значительную тенденцию к увеличению за последние два десятилетия. Эти результаты способствуют лучшему пониманию физических факторов и экологического воздействия МВТ в условиях потепления климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42219-0

Океан поглощает дополнительное тепло, но неясно, как это влияет на океаническую циркуляцию и перенос тепла. Используя климатические прогнозы фазы 5/6 проекта взаимного сравнения моделей (CMIP5/6), авторы показывают будущее снижение переноса тепла в океане к полюсу во всех широтах северного полушария и к югу от 10° ю.ш. В частности, мультимодельное среднее снижение переноса тепла в океане в направлении к полюсу для Атлантики на 26,5° с.ш. и Индо-Тихоокеанского региона на 20° ю.ш. составляет 0,093–0,304 ПВт (1 ПВт = 10¹⁵ Вт) и 0,097–0,194 ПВт соответственно, в зависимости от сценария и фазы CMIP. Эти изменения в переносе тепла в океане вызваны снижением термохалинной циркуляции, ослабленной потеплением верхних слоев океана. В Южном океане уменьшение переноса тепла в направлении к полюсу на 55° ю.ш. составляет 0,071–0,268 ПВт. Прогнозируемые изменения в CMIP6 сильнее, даже с поправкой на его большую чувствительность к климату. Это особенно заметно в Атлантическом океане для сценариев более слабого воздействия (общий социально-экономический путь SSP 1-2,6/репрезентативные пути концентрации RCP 2,6), где уменьшение в 2,5 раза больше на 26,5° с.ш. из-за более сильного снижения атлантической меридиональной термохалинной циркуляции.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01829-8

Срочно необходима оценка глобального прогресса в адаптации к изменению климата. Несмотря на растущее осознание того, что адаптация должна включать в себя различных социальных субъектов и общее чувство ответственности, мало что известно о типах субъектов, таких как государственные и негосударственные, и их роли в различных типах адаптационных мер и в разных регионах. На основе обширного n-структурированного анализа тематических исследований авторы показывают, что, хотя отдельные лица или домохозяйства являются наиболее заметными участниками процесса адаптации, они меньше всего участвуют в институциональных ответных мерах, особенно на глобальном юге. Правительства чаще всего участвуют в планировании, а гражданское общество – в координации мер реагирования. Документально подтверждена адаптация отдельных лиц и домохозяйств, особенно в сельской местности, а также правительств в городских районах. В целом понимание институциональной, многосторонней и трансформационной адаптации по-прежнему ограничено. Эти результаты способствуют дебатам вокруг «социальных контрактов» по адаптации, то есть соглашения о распределении ролей и ответственности, и служат основой для будущего управления адаптацией.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01824-z

Циркумполярный вихрь создаёт уникальные химические и динамические условия, когда стратосферный воздух над Антарктидой изолирован от остальной стратосферы. В результате стратосферный озон внутри вихря остаётся практически неизменным в течение пятимесячного периода с апреля до конца августа, когда восход Солнца и чрезвычайно низкие температуры создают благоприятные условия для быстрого разрушения озона. Такие длительные стабильные условия внутри вихря позволяют оценить уровень суммарного озона там по редким зимним наблюдениям на Южном полюсе. Имеющиеся записи фокусированных наблюдений Луны спектрофотометрами Добсона и Брюера на южнополярной станции Амундсен-Скотт (за периоды 1964–2022 и 2008–2022 гг. соответственно), а также интегральные профили озонозондов (1986–2022 гг.) и данные реанализа MERRA-2 (1980–2022 гг.) были использованы для оценки изменчивости суммарного озона и его долговременных изменений над Южным полюсом. Сравнение с данными реанализа MERRA-2 за период 1980–2022 гг. показало, что неопределённости среднесуточных значений спектрофотометров Добсона и Брюера составляют около 2,5–4%. В зимнее время (апрель – август) данные MERRA-2 имеют смещение с данными Добсона -8,5% в 1980–2004 гг. и 1,5% в 2005–2022 гг. Средняя разница между зимними данными Добсона и Брюера в 2008–2022 гг. составляла около 1,6%; однако эта разница во многом может быть объяснена различными систематическими ошибками в данных Брюэра. Зимние значения содержания озона над Южным полюсом в течение последних 20 лет были примерно на 12% ниже уровня до 1980-х годов; то есть снижение здесь было почти в два раза больше, чем в южных средних широтах. Вероятно, это крупнейшее долгосрочное снижение, если не считать весеннего истощения озона в Антарктике. Хотя зимнее снижение содержания озона над полюсом практически не оказывает никакого влияния на окружающую среду, его можно использовать в качестве индикатора для диагностики состояния озонового слоя, особенно потому, что для этого необходимы данные только с одной станции. Данные Добсона и озонозонда после 2001 года показывают небольшую положительную, но не статистически значимую тенденцию в значениях суммарного озона, составляющую около 1,5% за десятилетие, что соответствует тенденции, ожидаемой от изменений концентрации озоноразрушающих веществ в стратосфере.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/12731/2023/