Тропосферный метан (CH₄) демонстрирует большую межгодовую изменчивость темпов своего роста в дополнение к десятилетним тенденциям, что обычно интерпретируется как изменения в источниках или стоках. В таких анализах часто не учитывается вклад стратосферно-тропосферного обмена. Авторы количественно определяют годовые аномалии потоков CH₄ из стратосферы в тропосферу, используя различные методы, основанные на моделях или наблюдениях. В глобальном масштабе межгодовая изменчивость (стандартное отклонение) этого потока в период 2000–2020 гг. составляет 2,0 Тг год^-1, это приводит к изменчивости ~0,6 частей на миллиард год^-1 на поверхности, что составляет лишь ~20% наблюдаемой вариативности роста приземного CH₄. По сравнению со средними мировыми значениями в высоких широтах наблюдается более высокая вызванная стратосферно-тропосферным обменом изменчивость у поверхности, составляющая 80% наблюдаемых у поверхности аномалий в Антарктике и 44% в Арктике. Эти результаты показывают, что, хотя процесс стратосферно-тропосферного обмена вносит незначительный вклад в глобальном масштабе, он оказывает значительное влияние в полярных регионах на межгодовую изменчивость скорости роста приземного CH₄.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103350

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/