Экстремальные атмосферные реки (ЭАР) являются причиной большей части сильных осадков и катастрофических наводнений в прибрежных районах средних широт. Однако современные климатические модели без разрешения вихрей сильно недооценивают (~ 50%) ЭАР, что создаёт значительную неопределённость в их будущих прогнозах. Здесь, используя беспрецедентный набор вихреразрешающих расчётов модели системы Земли с высоким разрешением, авторы показывают, что способность моделей воспроизводить ЭАР значительно улучшилась (несмотря на небольшое завышение оценки ~ 10%), а число ЭАР увеличивается почти линейно с повышением температуры. В соответствии со сценарием потепления «Репрезентативная траектория концентрации 8.5» к концу XXI века произойдут глобальное удвоение или более случаев этого явления, интегрированный перенос водяного пара и осадков, связанных с ЭАР, и более концентрированное утроение случаев ЭАР, обрушившихся на сушу. Также продемонстрировано, что взаимосвязь между ЭАР и штормами будет уменьшаться в условиях потепления климата, что может повлиять на предсказуемость будущих ЭАР.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38980-x

Глобальные гидрологические модели предоставляют заинтересованным сторонам и лицам, определяющим политику, ключевую информацию, описывающую прошлые, настоящие и будущие водные циклы. Неточность в оценках глобальных гидрологических моделей, то есть в результатах моделирования, плохо соответствующих наблюдениям, приводит к неопределённости, препятствующей качественной поддержке принятия решений. Улучшенная оценка параметров является одним из ключей к более точной работе глобальных моделей. Здесь представлен эффективный и прозрачный способ понимания управления параметрами глобальных гидрологических моделей с использованием анализа глобальной чувствительности. В этом анализе 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 воздействовать на оценку параметров в глобальных гидрологических моделях и направлять улучшение 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

Оптическая толщина ледяных облаков является важным параметром для характеристики свойств ледяных облаков и для определения схем параметризации облаков и излучения, а тенденция их изменения больше связана с изучением погоды и климата. В этой статье проанализировано пространственное и временное распределение оптической толщины ледяных облаков в регионе между ±60° широты. В этом исследовании использовались данные облачных продуктов с марта 2000 г. по февраль 2021 г., полученные с помощью спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS) на борту спутника NASA Aqua. Анализ медианного тренда Тейла-Сена и методы анализа эмпирических ортогональных функций использовались для изучения тренда изменения оптической толщины ледяных облаков. Результаты исследования показывают, что среднемесячное значение оптической толщины ледяных облаков имеет W-образное распределение с января по декабрь, с максимумом в июле (12,15) и двойным «дном» в марте (10,7) и октябре (10,99) соответственно. Среднее мировое значение оптической толщины ледяных облаков достигает максимума в июне–августе, имеет тенденцию к уменьшению со временем, а его наклон составляет −0,01 год⁻¹. Результаты статистического анализа показывают, что на площадь с увеличением приходится 49,4% общей площади ледяного покрова; площадь с тенденцией значительного увеличения и уменьшения составляет 2,2%. Распределение вероятности оптической толщины ледяных облаков достигает максимума, около 3,25%, когда она больше 1,5 и меньше или равна 2.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/977

Валовое первичное производство является основой глобального поглощения углерода. Потери валовой первичной продукции часто связаны с гидроклиматическими экстремальными явлениями, такими как засухи и периоды сильной жары, но тенденция таких потерь, вызванная гидроклиматическими экстремальными явлениями, остаётся неясной. Используя модельные данные, основанные на наблюдениях и процессах за 1982–2016 гг., авторы показывают, что явления «засуха-жара», «засуха-холод», засухи и периоды сильной жары являются доминирующими факторами потерь валовой первичной продукции. Потери, связанные с этими факторами, увеличиваются в северных экосистемах средних широт, но уменьшаются в пантропических экосистемах, тем самым внося около 70% изменчивости в общие валовые потери первичной продукции. Эти асимметричные тенденции вызваны увеличением размера потерь валовой первичной продукции в северных средних широтах и уменьшением частоты случаев потери валовой первичной продукции в пантропических экосистемах. Эти результаты показывают, что пантропики, возможно, стали менее уязвимыми к гидроклиматической изменчивости за последние десятилетия, в то время как валовые потери первичной продукции и гидроклиматические экстремальные явления в северных средних широтах стали более тесно переплетены.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00869-4

Главные темы номера:

•  Российская Федерация представила Национальный кадастр антропогенных выбросов
•  Сводное ежегодное сообщение о состоянии и изменении климата на территории СНГ за 2022 г.
•  СЕАКЦ: предварительный прогноз по территории Северной Евразии на лето 2023 г.

Также в выпуске:

• • •  Экологические и климатические изменения будут учтены в новой Концепции миграционной политики
  • •  О проекте российской резолюции «Об Азиатской финансовой инициативе по климату»
    •  Россия впервые в отечественной истории развернула на геостационарной орбите полную группировку гидрометеорологических спутников
    •  ИГКЭ Росгидромета закончил разработку и тестирование Рейтинга климатической эффективности
    •  Более 40 млрд рублей сэкономили регионы благодаря повышению энергоэффективности за два года
    •  В России будут запущены объекты на базе ВИЭ с мощностью 255 МВт
    •  В Салехарде открыт первый пункт Государственной системы фонового мониторинга состояния многолетней мерзлоты
    •  АСИ запустит платформу для сбора лучших климатических практик
    •  В Петербурге прошла IV Министерская встреча по вопросам развития науки в Арктике
    •  Участники Климатического меморандума «Вместе к низкоуглеродному будущему» провели первую встречу в 2023 г.
    •  Маркетплейс онлайн-курсов от профессионалов Stepik разместил информацию об обучении по направлению «Изменение климата и его последствия»
    •  Участники Климатического меморандума «Вместе к низкоуглеродному будущему» провели первую встречу в 2023 г.
    •  Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
    •  29 марта 2023 Генеральная Ассамблея ООН приняла резолюцию, запрашивающую консультативное заключение Международного Суда об ответственности государств за изменение климата
    •  Годовой отчет ВМО подчеркивает постоянное продвижение изменения климата

«Изменение климата»  №102, апрель-май 2023 г. 

Градиент температуры в свободной тропосфере от полярного до субтропического является ключевым фактором реакции внетропических струйных течений на изменение климата. Климатические модели имеют тенденцию увеличивать этот градиент в ответ на значительный рост выбросов парниковых газов из-за очень сильного субтропического потепления на верхних уровнях. Это усиливает смоделированные струи. Тем не менее, многочисленные данные наблюдений указывают на замедление северных струйных течений в спутниковую эру, вызванное усиленным потеплением свободной тропосферы в Арктике и ослаблением градиента. Авторы примиряют эти, казалось бы, противоречивые результаты, показывая, что ансамбль CMIP6 успешно моделирует как наблюдаемое замедление/ослабление в спутниковую эру, так и ускорение/усиление при сильном глобальном потеплении. В частности, наблюдаемое ослабление градиента с 1980–1997 гг. по 1997–2014 гг. кажется несовместимым (p < 0,05) со смоделированными изменениями градиента только для шести из 45 моделей, использующих наблюдения Microwave Sounding Unit, и только для пяти из 45 моделей, использующих оценки реанализа. Наблюдаемое замедление струй кажется несовместимым с их смоделированными изменениями только для одной из 45 моделей. На самом деле, явное большинство моделей CMIP6 ослабляют градиент и замедляют струи на этом интервале. Тем не менее, подавляющее большинство моделей меняют курс в соответствии со сценарием будущего с высоким уровнем выбросов, имитируя усиление градиента и ускорение струй. Будущая работа будет направлена на выяснение причины (причин) этой неожиданной разницы между прошлыми и будущими реакциями атмосферы.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06839-y

Разработанный для защиты озонового слоя после открытия озоновой дыры над Антарктидой, Монреальский протокол был подписан в 1987 году и вступил в силу в 1989 году, когда мало что было известно о влиянии его реализации на глобальный климат. С тех пор стало ясно, что Монреальский протокол является важным договором по смягчению последствий, влияющим на многие аспекты глобального климата. Авторы демонстрируют, что его влияние распространяется на всю Арктику. В частности, показано, что реализация Монреальского протокола отсрочила появление первого свободного ото льда лета в Арктике на целых 15 лет, в зависимости от деталей будущих выбросов.

Быстрое таяние арктических морских льдов является самым ярким сигналом антропогенного изменения климата. Текущие прогнозы показывают, что первое арктическое лето, свободное ото льда, вероятно, наступит к середине века из-за увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере. Однако другие сильные парниковые газы, в частности озоноразрушающие вещества (ОРВ), также способствовали уменьшению площади арктического морского льда. В конце 1980-х ОРВ стали строго регулироваться Монреальским протоколом, и с середины 1990-х их концентрация в атмосфере снижается. Здесь, анализируя новые результаты моделирования климата, авторы демонстрируют, что Монреальский протокол, разработанный для защиты озонового слоя, отсрочивает первое появление свободного ото льда арктического лета на срок до 15 лет, в зависимости от будущих выбросов. Также показано, что это важное смягчение последствий изменения климата полностью связано с уменьшением потепления от парниковых газов из-за регулируемых ОРВ, при этом предотвращённые потери стратосферного озона не играют никакой роли. Наконец, подсчитано, что каждый гигаграмм невыброшенных ОРВ предотвращает потерю примерно 7 км² арктического морского льда.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2211432120

Знания об Эль-Ниньо-Южном колебании (ЭНЮК) являются научной основой для краткосрочного прогнозирования климата, вследствие его глобального влияния. В эксплуатационных и исследовательских сообществах состояние ЭНЮК часто представлено различными индексами. Однако неясно, какой из индексов лучше всего отражает влияние ЭНЮК на глобальный климат. Изучая корреляции одиннадцати индексов ЭНЮК со среднемесячными глобальными осадками и приземной температурой (T_S), авторы иллюстрируют сходства и различия в связях, определяют самый информативный индекс и обсуждают физику, лежащую в основе различий. Что касается среднего глобального показателя, то индексы Niño3.4 и относительный Niño3.4 являются двумя самыми сильными индексами, а индекс тёплого бассейна — самым слабым для отражения воздействия ЭНЮК на глобальные осадки. Индексы Niño4 и Niño3.4 являются двумя самыми сильными индексами, а индекс Модоки — самый слабый для отражения влияния ЭНЮК на вариации T_S. Помимо зависимости от переменных и индексов ЭНЮК, представления об изменчивости климата, связанной с ЭНЮК, зависят от региона. Например, в Австралии индекс южных колебаний имеет наиболее значимые корреляции с осадками, а его корреляции с T_S относительно слабее, чем у некоторых других индексов. Эти различия, связанные с различными индексами ЭНЮК, могут быть обусловлены тем, что они отражают глубокую конвекцию в тропической части Тихого океана. Эти результаты могут служить отправной точкой для понимания глобальной картины среднемесячных осадков и T_S под влиянием ЭНЮК, а также для проверки способности модели фиксировать эти связи.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06804-9

Несмотря на растущее влияние выбросов на наше здоровье и окружающую среду, остаётся неудовлетворённой потребность в прогнозировании концентрации выбросов. Накапливание данных со станций мониторинга и спутников делает задачу подходящей для квантового машинного обучения. В этой работе используется подход квантового машинного обучения к пространственно-временному прогнозированию концентрации выбросов. Была разработана модель квантовой нейронной сети, которая сравнивалась с классической пространственно-временной моделью ConvLSTM с использованием системы оценки базовых моделей и показателей потери каждого пикселя и пересечения над точностью объединения. Разработанная квантовая нейронная сеть успешно генерирует прогнозы концентрации выбросов на один час вперёд со всё более низкими потерями (на 6,5% и 30,5% меньше) и более высокой точностью (на 18,4% и 18,6% выше) по сравнению с независимыми от входных данных и случайными базовыми линиями в конце обучения. Квантовая модель также была сравнима с классической моделью ConvLSTM с немного меньшими потерями (4%), но также немного меньшей точностью (3,7%). Результаты исследования показывают, что подход квантового машинного обучения может улучшить моделирование концентрации выбросов и может стать мощным инструментом для точного прогнозирования загрязнения воздуха.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/944