Пыль пустыни составляет большую часть аэрозольной нагрузки атмосферы по массе и оказывает большое влияние на земную систему. Однако современные глобальные климатические модели и модели поверхности Земли не могут точно представить ключевые процессы выбросов пыли, отчасти из-за неадекватного представления размеров частиц почвы, влияющих на пороговое значение выбросов пыли, элементов шероховатости поверхности, поглощающих импульс ветра, и характеристик пограничного слоя, контролирующих флуктуации ветра. Кроме того, поскольку выбросы пыли вызываются мелкомасштабными (∼ 1 км или меньше) процессами, моделирование глобального цикла пустынной пыли в глобальных климатических моделях с грубым горизонтальным разрешением (∼ 100 км) представляет собой фундаментальную проблему. Эта проблема представления усугубляется тем, что потоки выбросов пыли нелинейно масштабируются со скоростью ветра выше пороговой скорости ветра, чувствительной к характеристикам поверхности Земли. Авторы обращаются к этим фундаментальным проблемам, лежащим в основе моделирования выбросов пыли в глобальных климатических моделях и моделях поверхности Земли, путём разработки улучшенных описаний (1) влияния текстуры почвы на пороговое значение выброса пыли, (2) эффектов неразрушаемых элементов шероховатости (как камней, так и зелёной растительности) на приземную ветровую нагрузку и (3) влияние турбулентности пограничного слоя на периодические выбросы пыли. Затем они используют полученную пересмотренную параметризацию выбросов пыли для моделирования глобальных выбросов пыли в автономной модели с учётом данных реанализа метеорологии и полей поверхности Земли. Кроме того, авторы предлагают (4) простую методологию для масштабирования моделирования выбросов пыли с более низким разрешением, чтобы оно соответствовало пространственной изменчивости моделирования выбросов с более высоким разрешением в глобальных климатических моделях. Полученное в результате моделирование выбросов пыли показывает существенно улучшенное соответствие её региональным выбросам, ограниченным наблюдениями с помощью обратного моделирования. Таким образом, такая пересмотренная параметризация выбросов пыли может существенно улучшить моделирование выбросов пыли в глобальных климатических моделях и моделях поверхности Земли.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6487/2023/

Облака играют ключевую роль в энергетическом балансе Земли и круговороте воды. Их реакция на глобальное потепление вносит наибольшую неопределённость в предсказание климата. Здесь, выполняя эмпирический анализ ортогональной функции на основе данных реанализа глобальной облачности за 42 года, авторы извлекли однозначный тренд и моды, связанные с Эль-Ниньо и Южным колебанием. Режим тренда пространственно преобразуется в тенденции к уменьшению облачности над большинством континентов и к её увеличению над тропическим и субтропическим океанами. Снижение приповерхностной относительной влажности может объяснить тенденцию к уменьшению облачности над сушей. Эти результаты предполагают потенциальную нагрузку на наземный водный цикл и изменения в распределении энергии между сушей и океаном, связанные с глобальным потеплением

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6559/2023/

Таяние многолетней мерзлоты может привести к усилению климатических изменений за счёт выброса углерода в виде парниковых газов. В то время как влияние температуры воздуха на таяние многолетней мерзлоты хорошо определено количественно, влияние осадков весьма изменчиво и недостаточно изучено. Авторы предоставляют литературный обзор исследований, сообщающих о влиянии осадков на температуру земли в условиях многолетней мерзлоты, и используют численную модель для изучения основных физических механизмов в различных климатических условиях. Как рассмотренный объём литературы, так и модельные оценки показывают, что континентальный климат, вероятно, будет демонстрировать потепление подпочвы и, следовательно, увеличение толщины активного слоя в конце сезона, в то время как морской климат, как правило, реагирует небольшим охлаждающим эффектом. Это говорит о том, что засушливые регионы с тёплым летом склонны к более быстрой деградации многолетней мерзлоты при увеличении количества сильных дождей в будущем, что потенциально может ускорить углеродную обратную связь многолетней мерзлоты.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39325-4

Стандартные прогнозы климата представляют будущие извержения вулканов постоянным воздействием, соответствующим периоду с 1850 по 2014 гг. Используя последние данные ледяных кернов и спутниковые данные для разработки сценариев стохастических извержений, авторы показывают, что существует 95%-ная вероятность того, что эксплозивные извержения могут привести к выбросу в стратосферу большего количества диоксида серы (SO₂) в период с 2015 по 2100 гг., чем текущие стандартные климатические прогнозы (т.е. сценарий SMIP). Исследование с использованием модели земной системы Великобритании с интерактивными стратосферными аэрозолями показывает, что для медианного сценария будущих извержений средняя глобальная оптическая толщина стратосферного аэрозоля (SAOD) за 2015–2100 гг. в два раза больше, чем используется в сценарии SMIP, при этом извержения малой магнитуды (<3 Тг SO₂) дают 50% её возмущений. Показано, что вулканическое воздействие на крупномасштабные климатические индикаторы, включая глобальную температуру поверхности, уровень моря и площадь морского льда, недооценивается в SMIP, поскольку текущие прогнозы климата не полностью учитывают повторяющуюся частоту извержений вулканов различной силы.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103743

Чувствительность температуры морского дна 𝑇_B к потеплению температуры приземного воздуха 𝑇_a исследуется для периода 1850–2300 гг. с использованием результатов пяти моделей из ансамбля проекта CMIP6 в рамках сценария с высокими антропогенными выбросами парниковых газов. В исторический период (до 2015 г.) коэффициенты чувствительности α = ΔT_B/ΔT_a (Δ указывает на изменения по отношению к доиндустриальному периоду) обычно составляли ≤ 0,12 для средних годовых и до 0,43 летом. Однако в тот же период в Баренцевоморском секторе коэффициенты чувствительности летом достигали 0,6. Для лета полученные результаты согласуются с ограниченными измерениями, доступными для сибирского шельфа. В дальнейшем коэффициенты чувствительности заметно увеличатся, и α ≥ 0,7 станет обычным для части арктического шельфа, освобождающейся летом ото льда. Эти результаты имеют значение для оценки будущего термического состояния подводных отложений, а также для океанической биоты.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/1024

Сокращение морского льда в арктическом регионе является важным индикатором быстрого глобального потепления и может также влиять на процессы обратной связи в Арктике, поэтому прогнозирование протяжённости и толщины морского льда играет важную роль в моделировании и предсказании климата. В этой статье используются методы машинного обучения для прогнозирования протяжённости морского льда, и путём корректировки методов и факторов, включающих климатические переменные, протяжённость морского льда в прошлом, а также смоделированную с помощью простой линейной регрессии, авторы нашли наилучшие комбинации, чтобы получить результат с наивысшим значением R². Они заметили, что с более длительными периодами прошлых данных о площади морского льда и более короткими периодами климатических данных результаты оказались лучше. Это может быть связано с разницей в памяти климата и океана. Прогноз площади морского льда в субрегионах показывает, что районы с круглогодичным ледовым покровом прогнозировать легче, и что регионы с внезапными изменениями погоды и значительной сезонной изменчивостью, по-видимому, имеют более низкие показатели R² при прогнозировании площади морского льда.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/1023

Из-за дисбаланса между входящим и исходящим излучением на верхней границе атмосферы в последние десятилетия в климатической системе Земли накапливается избыточное тепло, что приводит к глобальному потеплению и климатическим изменениям. На сегодняшний день не подсчитано, какая часть этого избыточного тепла используется для таяния подземного льда в многолетней мерзлоте. Авторы диагностируют изменения содержания явного и скрытого тепла грунта в северной земной области многолетней мерзлоты на основе ансамблевого моделирования адаптированной модели земной поверхности. По их оценке в период с 1980 по 2018 гг., около    зеттаджоулей*, из которых    зеттаджоулей (44%) использовались для таяния подземного льда, были поглощены многолетней мерзлотой. Эта оценка, которая ещё не учитывает потенциально повышенное поглощение тепла из-за термокарстовых процессов в ледовой местности, предполагает, что многолетняя мерзлота является постоянным поглотителем тепла, сравнимым по величине с другими компонентами криосферы, и её необходимо учитывать при оценке дисбаланса энергии Земли. 

*1 зеттаджоуль равен 1,0×10²¹ джоулей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102053

Арктика является критическим регионом с точки зрения глобального потепления. Изменения окружающей среды уже неуклонно прогрессируют в высоких северных широтах, в результате чего, среди прочего, возникает высокий потенциал увеличения выбросов метана (CH₄). Поскольку CH₄ является мощным парниковым газом, дополнительные выбросы из арктических регионов могут усилить глобальное потепление в будущем за счёт положительной обратной связи. Различные естественные и антропогенные источники в настоящее время вносят свой вклад в баланс CH₄ в Арктике. Оценка объёмов выбросов CH₄ в Арктике и их вклада в глобальный бюджет по-прежнему остается сложной задачей. С одной стороны, это связано с трудностями проведения точных измерений в столь удалённых районах. Кроме того, большие различия в пространственном распределении источников метана и плохое понимание последствий текущих изменений в разложении углерода, растительности и гидрологии также усложняют оценку. Таким образом, цель этой работы состоит в том, чтобы уменьшить неопределённости подхода «снизу вверх» (bottom-up) в текущих оценках выбросов CH₄, а также окисления почвы путём реализации подхода обратного моделирования для более точной количественной оценки источников и стоков CH₄ за самые последние годы (с 2008 по 2019 гг.). Точнее, цель состоит в том, чтобы обнаружить происходящие тенденции в выбросах CH₄ и потенциальные изменения в характере сезонных выбросов. Реализация инверсии включала моделирование следа, полученного с помощью модели атмосферного переноса FLEXPART (модель дисперсии FLEXible PARTicle), различные оценки выбросов из кадастров и моделей поверхности Земли, а также данные о концентрациях CH₄ в атмосфере из 41 приземного пункта наблюдения в арктических странах. Результаты инверсии показали, что большинство источников CH₄, присутствующих в настоящее время в высоких северных широтах, плохо ограничены существующей сетью наблюдений. Поэтому выводы о тенденциях и изменениях сезонного цикла для соответствующих секторов CH₄ получить не удалось. Только потоки CH₄ из водно-болотных угодий адекватно ограничены, преимущественно в Северной Америке. За исследуемый период выбросы из водно-болотных угодий имеют небольшой отрицательный тренд в Северной Америке и небольшой положительный тренд в Восточной Евразии. В целом расчётные выбросы CH₄ ниже по сравнению с оценками в подходе «снизу вверх», но выше, чем аналогичные результаты глобальных инверсий.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6457/2023/

Благодаря жёсткой политике контроля выбросов в Китае в период с 2015 по 2020 гг. наблюдалось значительное сокращение основных загрязнителей воздуха, таких как PM_2,5, SO₂, NO₂ и CO. С другой стороны, в тот же период произошло заметное увеличение концентрации озона (O₃), что сделало его важным загрязнителем воздуха в восточном Китае. Среднегодовая концентрация максимальной суточной 8-часовой средней концентрации (MDA8) O₃ демонстрировала тревожные линейные тренды 2,4, 1,1 и 2,0 частей на миллиард в год в трёх кластерах мегаполисов: трёхкратное увеличение числа дней с превышением концентрации O₃, определяемое как MDA8 O₃ >75 частей на миллиард за тот же период. Анализ показал, что тенденция к повышению среднегодовой концентрации MDA8 была в первую очередь обусловлена увеличением числа последовательных дней с превышением концентрации O₃. Кроме того, с 2015 по 2017 гг. наблюдалось повсеместное распространение высоких концентраций O₃ из городских центров в близлежащие сельские районы, что привело к более равномерному пространственному распределению O₃ после 2017 года. Наконец, обнаружена тесная связь между эпизодами с четырьмя или более днями подряд с превышением концентрации O₃ и положением и мощностью районов Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй, дельты реки Янцзы и дельты реки Чжуцзян. Кроме того, наблюдался значительный западно-тихоокеанский субтропический максимум, способствовавший метеорологическим условиям, характеризующимся ясным небом, стихающим движением воздуха, высокой вертикальной устойчивостью в нижней тропосфере, повышенной солнечной радиацией и положительной температурной аномалией на поверхности. Эти благоприятные метеорологические условия значительно способствовали образованию О₃. Таким образом, авторы предполагают, что тенденции к ухудшению состояния O₃, наблюдаемые в трёх кластерах мегаполисов с 2015 по 2020 гг., могут быть связаны с усилением фотохимической продукции O₃ в результате увеличения частоты метеорологических условий с высокой солнечной радиацией и положительными температурными аномалиями под влиянием западно-тихоокеанского субтропического максимума и тропических циклонов.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1088/

Градусо-дни охлаждения представляют собой простой показатель, оценивающий, как температура влияет на потребность в энергии для охлаждения. Авторы исследуют изменения градусо-дней охлаждения для отдельных стран во всём мире за последние двадцать один год, начиная с 2000 года. Для анализа используется новая база данных, созданная совместно CMCC (euro-Mediterranean Center on Climate Change) и IEA (International Energy Agency) на основе глобальных данных реанализа ERA5. В отличие от существующей литературы рассматриваются факторы взвешивания численности населения и влажности, влияющие на величину и пространственное распределение этих изменений. Годовые тенденции показывают общее увеличение градусо-дней охлаждения в разных странах, что способствует увеличению потребления энергии для нужд охлаждения, подтверждаемому некоторыми региональными исследованиями. Авторы также фокусируются на временной кластеризации, чтобы измерить, происходят ли пики равномерно случайным образом или имеют тенденцию группироваться в более короткие периоды. Подчёркивается, что включение влажности важно как для общих тенденций, так и для кластеризации. Индия, Камбоджа, Таиланд и Вьетнам представляют собой развивающиеся страны, где этот эффект сильнее.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00878-3