Пара исследований демонстрирует неопределённость в отношении того, когда Арктика сезонно освободится от морского льда.

Каждый сентябрь, начиная с 1979 года, измеряется протяжённость морского льда в Арктике. И картина не из приятных — за это время было потеряно более двух млн км2, оставив нетронутыми около 4,67 млн км² морского льда.
Ясно, что Арктика быстро теряет морской лёд, но вопрос о том, когда регион сезонно освободится от морского льда — событие, которое, вероятно, произойдёт до конца века, — всё ещё горячо обсуждается. Это связано с тем, что климатические модели недооценивают наблюдаемое в последние годы таяние, из-за чего учёные не уверены, смогут ли они использовать эти модели для прогнозирования.
К этому обсуждению добавились две новые публикации. В первой, опубликованной в Nature Communications, приводятся доказательства того, что в ближайшие несколько десятилетий Арктика будет сезонно освобождаться от морского льда даже при сценариях с низким уровнем выбросов парниковых газов. Во второй, опубликованной в Nature Climate Change, предполагается, что площадь арктического морского льда будет уменьшаться медленнее, чем считалось ранее, поскольку влияние ветра не было должным образом учтено в моделях.
«Общее для обеих работ заключается в том, что нам нужно лучше понять, чего не хватает моделям», — сказала физический океанограф Эрика Розенблюм (Erica Rosenblum) из Университета Манитобы, не участвовавшая ни в одном исследовании. «Если мы не решим это, у нас по-прежнему будет очень широкий диапазон» возможных сценариев. 

Понимание льда

Морской лёд сложен. Он хрупок, ломается, образует большие и маленькие кусочки, которые плавятся по-разному, и исторически его толщину было трудно измерить. Из-за всей этой неоднородности и неопределённости учёным очень сложно создавать модели, точно отражающие плавление, наблюдаемое в реальности.
Чтобы обойти эту трудность, климатолог Сеунг-Ки Мин (Seung-Ki Min) из Пхоханского университета науки и технологии в Южной Корее и его коллеги сравнили оценки этих несовершенных моделей с наблюдениями за тем, как на самом деле тает морской лёд. Затем они скорректировали прогнозы, сделанные моделями, чтобы они соответствовали историческим различиям между результатами моделей и наблюдениями.
Результаты показали, что Арктика скоро станет сезонно свободной от морского льда даже при некоторых сценариях с низким уровнем выбросов парниковых газов. «Даже если мы достигнем цели Парижского соглашения — потепления на 2°С», — сказал Мин, лето в Арктике станет свободным ото льда в течение четверти века.
Точные сроки будут зависеть от того, как социальные и политические системы адаптируются к потеплению климата. Мин и его коллеги изучили четыре общих социально-экономических пути — гипотетические описания того, как мир может смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним, каждый из которых характеризуется разным уровнем международного сотрудничества и отношением к ископаемому топливу.
Исследователи обнаружили, что если люди во всём мире будут в значительной степени использовать ископаемое топливо для дальнейшего повышения глобального уровня жизни, Арктика увидит свой первый месяц без морского льда примерно в 2040 году. С другой стороны, если мир отдаёт приоритет устойчивому развитию, морской лёд может сохраняться круглый год в течение дополнительного десятилетия и даже восстанавливаться после нескольких сезонно свободных ото льда десятилетий.
Результаты показывают хрупкость Арктики и то, насколько близка её экосистема к безвозвратному изменению, сказал климатолог Кристофер Хорват (Christopher Horvat) из Оклендского университета. «Если мы не реализуем эти сценарии с высоким сокращением, — добавил Хорват, не участвовавший в исследовании, — в конечном итоге мы очень скоро потеряем весь морской лёд летом». 

Но как насчёт ветра?

С другой стороны, климатолог Цинхуа Дин (Qinghua Ding) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре считает открытым вопрос, когда Арктика потеряет свой летний морской лёд. Причины, по которым модели не могут точно описать наблюдения, по его мнению, до сих пор неясны, поэтому «делать прогнозы на будущее преждевременно».
Частично проблема заключается в том, что современные модели не отражают степень, в которой ветер может быть причиной таяния морского льда, заявили Дин и его коллега Даниэль Топал (Dániel Topál) из Католического университета Лувена в недавней публикации. Модели атмосферной циркуляции могут резко влиять на температуру земли, толкая тёплый воздух вниз — тот же процесс, который привёл к формированию теплового купола над северо-западом Тихого океана в 2021 году. Современные климатические модели считают уровни углекислого газа основной причиной таяния морского льда и приписывают только около 1% «ответственности» атмосферной циркуляции. Дин считает, что модели циркуляции на самом деле могут «отвечать» за примерно 30%.
В статье предполагается, что увеличение выбросов парниковых газов не влияет на арктический морской лёд так сильно, как считали исследователи, и эта картина противоречит общепринятому мнению. «Лето без льда наступит позже, потому что сейчас все модели слишком чувствительны», — сказал Дин. Если Дин прав, лето без льда в Арктике может отложиться до 2070 года, в зависимости от того, насколько хорошо общество смягчит последствия изменения климата.

Примирение противоположных прогнозов

На первый взгляд эти две публикации кажутся противоположными, но Розенблюм видит в них две стороны одной медали. Во-первых, Мин и его коллеги чётко задокументировали недостатки существующих моделей, а затем Дин и его коллеги указали на ветер как на потенциальный источник этого недостатка. «Они обе интересны по-разному», — сказала Розенблюм.
Мин не убеждён, что влияние атмосферной циркуляции на морской лёд изучено достаточно, чтобы приписать сильную связь. Дин признал, что вся ситуация по-прежнему окутана неопределённостью. «Мы знаем очень мало, — сказал он, — нам действительно нужно понять, каков механизм — какова динамика исторического таяния?»
«Послание на дом» — одна из любимых фраз учёных: «Дальнейшее исследование оправдано», — сказал Мин.

Ссылка: https://eos.org/articles/sea-ice-is-going-but-when-will-it-be-gone

Глобальные гидрологические модели предоставляют заинтересованным сторонам и лицам, определяющим политику, ключевую информацию, воспроизводящую прошлые, настоящие и будущие водные циклы. Неточность в их моделировании, то есть результаты моделирования, которые плохо соответствуют наблюдениям, приводит к неопределённости, препятствующей важной поддержке принятия решений. Улучшенная оценка параметров является одним из ключей к более точной работе глобальных моделей. Авторы представляют эффективный и прозрачный способ понимания управления параметрами глобальной гидрологической модели для улучшения их оценки с использованием анализа глобальной чувствительности. Использована глобальная гидрологическая модель WaterGAP3; обнаружено, что наиболее влиятельными параметрами в 50% из 347 бассейнов по всему миру являются параметры модели, которые традиционно не учитывались при калибровке этой модели. Важность параметра варьируется в пространстве и между метриками. Например, параметр, контролирующий скорость потока подземных вод, влияет на характеристики, связанные с кривой продолжительности потока, но не на традиционные статистические показатели. Параметры, связанные с эвапотранспирацией и высокими стоками, демонстрируют неожиданное поведение, т.е. параметр, определяющий потенциальную эвапотранспирацию, влияет на высокие стоки больше, чем другие параметры, которые, как ожидалось, будут иметь значение. Такое неожиданное поведение предполагает, что структуру модели можно улучшить. Также обнаружено, что атрибуты бассейнов объясняют пространственную изменчивость важности параметров лучше, чем климатические зоны Кёппен-Гейгера. В целом, полученные результаты показывают, что анализ глобальной чувствительности может эффективно формировать оценку параметров в глобальной гидрологической модели и способствовать улучшению структуры модели. Таким образом, использование анализа глобальной чувствительности для улучшения оценки параметров обеспечивает более точное моделирование глобального водного цикла и более надёжную информацию для заинтересованных сторон и политиков.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/371262921_Towards_parameter_estimation_in_global_hydrological_models

Обусловленные климатом изменения количества осадков и их сезонной изменчивости ожидаются во многих регионах континентального масштаба в течение оставшейся части XXI века. Однако гораздо меньше известно о будущих изменениях в предсказуемости сезонных осадков, важном свойстве земной системы, имеющем значение для адаптации к климату. Здесь, на основе моделей CMIP6, фиксирующих современные дистанционные связи между сезонными осадками и температурой поверхности моря в предыдущем сезоне, авторы показывают, что эволюция климата, как ожидается, изменит взаимосвязь температуры поверхности моря и осадков и, следовательно, способность прогнозировать сезонные осадки к 2100 году. В частности, указывается, что в тропиках прогнозируемость сезонных осадков по температуре поверхности моря будет возрастать в течение всего года, за исключением северной Амазонии во время бореальной зимы. В то же время предсказуемость вне тропиков, вероятно, повысится в Центральной Азии во время бореальных весны и зимы. Изменившаяся предсказуемость вместе с повышенной межгодовой изменчивостью сезонных осадков создаёт новые возможности и проблемы для регионального управления водными ресурсами.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39463-9

Озон в тропосфере является парниковым газом и загрязнителем, поэтому необходимо дополнительное понимание движущих сил его эволюции. Эль-Ниньо–Южное колебание (ЭНЮК) - основной климатический режим, который может способствовать колебаниям содержания тропосферного озона. Тем не менее, существует неопределённость в отношении определяющего воздействия ЭНЮК на тропосферный озон в условиях потепления. Авторы исследовали связи между ЭНЮК и тропосферным озоном, используя данные моделирования CMIP6 за период 1850–2014 гг. Их результаты показывают, что воздействия ЭНЮК на тропосферный озон в основном обнаруживаются над океанами, в то время как сигнатура ЭНЮК над континентами в значительной степени незначительна. Реакция озона на ЭНЮК может варьироваться в зависимости от конкретных уровней атмосферного давления в тропосфере. Эти реакции слабы в средней и сильнее в верхней и нижней тропосфере. Несмотря на то, что при моделировании характеристик ЭНЮК в содержании приземного озона существуют погрешности, эти характеристики в средней и верхней тропосфере кажутся более согласованными в моделях CMIP6. Хотя реакция тропического тропосферного озона на ЭНЮК согласуется с предыдущими работами, представленные здесь результаты показывают, что воздействие ЭНЮК на тропосферный озон в регионах средних широт над южной частью Тихого, Атлантического и Индийского океанов может быть более значительным, чем предполагалось ранее.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-207/

Будущее увеличение содержания водяного пара в стратосфере может усилить изменение климата и замедлить восстановление озонового слоя. Однако современные климатические модели сильно расходятся во мнениях относительно величины этого увеличения при глобальном потеплении. Неопределённость в первую очередь возникает из-за сложных процессов, приводящих к обезвоживанию воздуха при его тропическом подъёме в стратосферу. Авторы получили наблюдательное ограничение на эту давнюю неопределённость. Они использовали подход статистического обучения, чтобы вывести исторические ковариации между структурой температуры атмосферы и концентрациями водяного пара в нижней тропической стратосфере. Для климатических моделей продемонстрировано, что эти исторически ограниченные отношения хорошо предсказывают реакцию водяного пара на увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Получен ограниченный наблюдениями диапазон изменений содержания водяного пара в стратосфере на градус глобального потепления 0,31 ± 0,39 ppmv K⁻¹. Использовав результаты 61 климатической модели, авторы обнаружили, что большая часть будущих прогнозов моделей несовместима с данными наблюдений. В частности, часто прогнозируемое сильное увеличение (>1 ppmv K⁻¹) маловероятно. Полученное авторами ограничение представляет собой 50-процентное уменьшение 95-го процентиля распределения неопределённости климатической модели, что имеет значение для поверхностного потепления, восстановления озонового слоя и реакции тропосферной циркуляции на изменение климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01183-6

Научное сообщество использует эффективные стратегии и инновационные подходы для информирования лиц, принимающих решения, и влияния на научные круги.
Научная политика не ограничивается спорным политическим диалогом или административным протоколом. Речь идёт не только об этих аспектах коммуникации, но также включает в себя информационно-разъяснительную работу на местах, свежий взгляд на знакомые проблемы и оперативную адаптацию существующих политик.
Учёные, изучающие атмосферу, успешно используют все вышеперечисленные подходы в «Подготовке почвы для действий по борьбе с изменением климата в соответствии с Монреальским протоколом». Стивен О. Андерсен, Марко Гонсалес и Нэнси Дж. Шерман (Stephen O. Andersen, Marco Gonzalez, and Nancy J. Sherman) описывают, как дюжина академических статей легла в основу Кигалийской поправки, расширившей Монреальский протокол от договора, направленного на защиту озонового слоя Земли, до договора, адаптированного для решения проблемы истощения гидрофторуглеродов и поощрения большей энергоэффективности.
За свою 150-летнюю историю Всемирная метеорологическая организация (ВМО) также адаптировалась — к сдвигам в геополитическом балансе, войнам, как горячим, так и холодным, и новым технологиям с воздуха, суши и моря. Однако самая заметная современная проблема ВМО не является ни цифровой, ни дипломатической: это частный сектор. «ВМО пережила холодную войну, но сможет ли она пережить капитализм?» — спрашивает Билл Моррис (Bill Morris).
Чтобы более эффективно реагировать на такие дискурсы, связанные с наукой о данных, открытиях и решениях, научному сообществу необходима политика, позволяющая лучше набирать и удерживать широкую сеть членов. Эта политика может заложить основу для высшего образования, как отмечают Мелисса А. Берт, Ребекка Т. Барнс, Сара Шанц, Сандра Клинтон и Эмили В. Фишер (Melissa A. Burt, Rebecca T. Barnes, Sarah Schanz, Sandra Clinton, and Emily V. Fischer) в материале «Наставничество создаёт инклюзивность и принадлежность к наукам о Земле».
Выражается надежда, что этот срез историй о научной политике — как международных, так и интерсекциональных — иллюстрирует, как учёные информируют окружающий мир и влияют на него.

Ссылка: https://eos.org/agu-news/the-policy-of-science

Морские волны тепла наносят ущерб морским экосистемам и услугам, при этом последствия в основном обнаруживаются ниже поверхности океана. Чтобы создать по-настоящему удобную для пользователя систему обнаружения, необходимо предоставлять подповерхностные прогнозы. Авторы демонстрируют осуществимость сезонного прогнозирования подповерхностных морских волн тепла с использованием теплосодержания верхних слоёв океана. Они проверяют прогнозы поверхностных и подповерхностных явлений с помощью оперативной системы динамического сезонного прогнозирования на основе спутниковых наблюдений и реанализа океана соответственно. Продемонстрировано, что показатели летних явлений (числа дней, наибольшей интенсивности и числа явлений) предсказываются с большей точностью, чем их поверхностные эквиваленты на большей части Мирового океана. Определены регионы, не демонстрирующие значительных откликов на поверхности, но всё же способные извлечь выгоду из показаний точных инструментов раннего предупреждения о недрах (например, в средних широтах). Динамическая система, используемая здесь, превосходит стационарную модель и не подвергается значительному влиянию тенденций потепления, демонстрируя способность фиксировать соответствующую субсезонную изменчивость.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00892-5

Эль-Ниньо - Южное колебание (ЭНЮК) оказывает глубокое влияние на погодные условия во всём мире, однако единого мнения относительно его реакции на глобальное потепление нет. Несколько модельных исследований обнаруживают усиление ЭНЮК в сценариях глобального потепления, в то время как другие предполагают его ослабление. Используя широкий спектр моделей из CMIP6 и четыре типа экспериментов по потеплению, авторы показывают, что большинство моделей предсказывают усиление ЭНЮК к концу века в экспериментах Shared Social Pathway (SSP). и в идеализированных 1pctCO₂ и 4xCO₂ экспериментах. Однако несколько моделей предсказывают отсутствие изменений или ослабление ЭНЮК, особенно в идеализированных экспериментах. Важно отметить, что самое сильное воздействие (внезапное — 4xCO₂) не вызывает самой сильной реакции ЭНЮК, в то время как различия между моделями намного больше, чем между сценариями потепления. Для долговременного отклика (более 1000 лет) модели расходятся даже по знаку изменения. Кроме того, изменения изменчивости температуры поверхности моря (ТПМ) при ЭНЮК лишь незначительно коррелируют с изменением среднего состояния тропической части Тихого океана. Наивысшая корреляция для амплитуды ТПМ ЭНЮК обнаружена со средним зональным градиентом ТПМ в эксперименте SSP5-8.5 (R = − 0,58). Напротив, изменения в изменчивости осадков ЭНЮК хорошо коррелируют с изменениями в среднем состоянии, а также с изменениями в изменчивости ТПМ ЭНЮК. При оценке индекса стабильности Бьёркнеса для подмножества моделей обнаружено, что он не является надёжным предиктором усиления ЭНЮК, поскольку этот индекс имеет тенденцию предсказывать большую стабильность при потеплении. Авторы утверждают, что повышенная стабильность ЭНЮК компенсируется увеличением атмосферного шума и/или потенциальными нелинейными эффектами. Однако надёжный межмодельный механизм, который мог бы объяснить более сильное ЭНЮК, смоделированное с глобальным потеплением, всё ещё отсутствует. Поэтому следует проявлять осторожность при рассмотрении изменений ЭНЮК на основе единичной модели или сценария потепления.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06856-x

Опубликован совместный доклад Международного бюро мер и весов и ВМО «Метрология для действий в области климата»: 

Смешанные жаркие и засушливые явления могут нанести значительный ущерб и подтолкнуть социально-экономические системы к переломным моментам, подавляя способность природных и антропогенных систем справляться с комбинированными факторами стресса. По мере того, как изменение климата продолжает изменять характер угроз, последствия этих событий будут ещё больше усугубляться изменениями в подверженности и уязвимости. Однако будущий риск этих событий и роль этих компонентов остаются плохо изученными. Используя мультимодельный ансамбль, авторы обнаружили, что к концу XXI века дополнительные 0,7–1,7 миллиарда человек во всём мире будут подвергаться усиленным сложным явлениям, в зависимости от сценариев. Кроме того, по прогнозам, воздействие этих явлений на пахотные земли увеличится на 2–5,7 млн км². Эти результаты также показывают, что в странах со слабым управлением риск сложных событий возрастёт в два раза больше, чем в странах с хорошим управлением. Тем самым подчёркивается важность эффективного управления для смягчения и управления растущими рисками сложных явлений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00401-7