По мере того как арктический морской лёд отступает в сезон таяния, верхняя часть океана нагревается в ответ на атмосферные потоки тепла. В целом облака уменьшают эти потоки летом, но не было зарегистрировано, как радиационное воздействие облаков на потепление океана может измениться по мере сокращения морского льда. По оценкам глобальной климатической модели с переменным содержанием CO₂ время отступления морского льда сильно влияет на амплитуду вызванного облаками летнего охлаждения поверхности океана. При доиндустриальных концентрациях CO₂ летние облака практически не влияют на максимальные годовые температуры поверхности моря (ТПМ). Когда концентрация CO₂ увеличивается, морской лёд отступает раньше, позволяя большему количеству солнечной радиации нагревать океан. Облака могут противодействовать этому летнему потеплению, отражая солнечную радиацию обратно в космос. Следовательно, облака объясняют до 13% большей изменчивости максимальной годовой ТПМ при современных концентрациях CO₂. Максимальные годовые ТПМ в три раза более чувствительны к летним облакам, когда концентрации CO₂ в четыре раза превышают доиндустриальные уровни.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102850

Последствия неопределённостей прогнозов погоды не были количественно оценены в существующих системах прогнозирования качества воздуха. Чтобы решить эту проблему, авторы разработали эффективную систему прогнозирования двумерной свёрточной нейронной сети и ансамбля содержания приземного озона (2DCNN-SOEF), используя двумерные свёрточные нейронные сети и ансамблевые прогнозы погоды, и применили эту систему к 216-часовым прогнозам содержания озона в Шэньчжэне, Китай. 2DCNN-SOEF продемонстрировала производительность, сравнимую с текущими действующими системами прогнозирования, и соответствовала требованиям точности прогноза уровня качества воздуха, требуемым китайскими властями, с заблаговременностью до 144 часов. Неопределённости в прогнозах погоды составляют 38–54% ошибок прогнозов по озону за 24 часа и более. 2DCNN-SOEF позволила использовать показатель «вероятность превышения уровня концентрации озона», который лучше отражал риски загрязнения воздуха с учётом диапазона возможных погодных последствий. Эта структура ансамблевого прогнозирования может быть расширена для оперативного прогнозирования других зависящих от метеорологии экологических рисков во всём мире, что делает её ценным инструментом для управления окружающей средой.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102611

Сток углерода на северных торфяниках играет жизненно важную роль в регулировании климата; однако будущее этого стока неопределённо, отчасти из-за меняющегося взаимодействия торфяников и лесных пожаров. Авторы используют наборы эмпирических данных о естественных, деградировавших и восстановленных торфяниках в бореальных регионах и регионах умеренных широт без многолетней мерзлоты для моделирования суммарного экосистемного обмена и потоков метана, определяя состояние деградации торфяников, пожары и динамику после пожаров. Обнаружено, что лесные пожары сократили поглощение углерода нетронутыми торфяниками на 35% и ещё больше увеличили выбросы от деградировавших торфяников на 10%. Текущий небольшой суммарный сток уязвим к взаимодействию площади деградировавших торфяников, скорости горения и степени сгорания торфа. Изменение климата повлияет на ускорение потерь углерода: к 2100 году увеличение интенсивности и скорости выгорания приведёт к сокращению стока углерода на 38% и 65% соответственно. Однако это исследование демонстрирует потенциал активного восстановления торфяников для смягчения этих последствий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01657-w

Океанские волны, включая ветровые волны и зыби, имеют важное значение для деятельности человека на море и глобальных или региональных климатических систем и тесно связаны с использованием ресурсов волновой энергии. В этом исследовании был создан глобальный 3-часовой набор данных о волнах с помощью модели волн третьего поколения MASNUM-WAM и модели воздействия ветра, полученного на основе продуктов Первого института океанографии – модели системы Земли версии 2.0, модели климата в сочетании с волновыми данными в рамках унифицированной структуры CMIP6. Этот набор данных содержит 17 волновых параметров, включая информацию, связанную с энергией волн и геометрией формы спектра, из одного исторического (1950–2014 гг.) моделирования и трёх будущих (2015–2100 гг.) согласно сценарным экспериментам (ssp125, ssp245 и ssp585). Более того, все параметры могут быть доступны отдельно в виде ветровых волн и зыби. Исторические результаты показывают, что смоделированные характеристики волн хорошо согласуются со спутниковыми наблюдениями и продуктами реанализа ERA5. Этот набор данных может предоставить сообществу уникальный и информативный источник данных для изучения климата волн и ресурсов волновой энергии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02151-w

Измеряя из космоса изменения гравитационного притяжения, объёма и утечки льда щитов Гренландии и Антарктиды, можно отслеживать увеличение и уменьшение их массы с течением времени. Здесь представлены новые данные баланса массы полярного ледяного щита Земли, полученные путём объединения 50 спутниковых оценок изменения его массы. Эта новая оценка показывает, что ледяные щиты потеряли 7,5 x 10¹² тонн льда в период с 1992 по 2020 гг., что способствовало повышению уровня моря на 21 мм.

Ссылка: https://www.earth-system-science-data.net/about/news_and_press/2023-04-20_mass-balance-of-the-greenland-and-antarctic-ice-sheets-from-1992-to-2020.html

Earth System Science Data, журнал Copernicus Publications с открытым доступом, с удовольствием объявляет о второй версии книги «Тепло, накопленное в системе Земли 1960–2020 гг.: куда уходит энергия?» Поскольку наша «выведенная из равновесия» Земля накапливает больше энергии, чем теряет, эти международные междисциплинарные усилия решают вопросы, сколько и где. Авторы (почти 70 из десятков институтов в 15 странах) используют тщательно откалиброванные, перепроверенные и хорошо задокументированные данные из океана, суши, льда и атмосферы, чтобы сделать следующие выводы:

• Земля накопила около 0,5 Вт (0,48 + 0,1 Вт) на каждый квадратный метр своей поверхности за последние 50 лет (с 1971 года).
• Совсем недавно (с 2006 по 2020 гг.) нагрев увеличился до более чем 0,75 Вт (0,76 + 0,2 Вт)/м².
• Больше всего тепла поступило в океан (89%).
• Оставшееся тепло ушло в сушу (6%), лёд (4%) и атмосферу (1%).
• Оценка полученной и израсходованной энергии представляет собой фундаментальный показатель изменения глобального климата с последствиями для океана, суши, льда и атмосферы.
• Подобные усилия требуют устойчивого международного сотрудничества в области мониторинга и исследований.
  
  

Авторы описывают данные, источники данных, компиляции и анализы в своей последней статье Earth System Science Data. Заинтересованные читатели могут найти все данные и выполнить все шаги свободно и без ограничений через Earth System Science Data и прилагаемые ссылки.

Ссылка: https://www.earth-system-science-data.net/about/news_and_press/2023-04-17_heat-stored-in-the-earth-system-1960-2020-where-does-the-energy-go.html

Потеря льда из ледников Гренландии, граничащих с морем, способствует половине всей потери массы ледяного щита, и для объяснения их отступления предложены многочисленные механизмы. Авторы исследуют ледник К.Я.В. Стинструпа на юго-востоке Гренландии, который в период с 2018 по 2021 гг. отступил на ~7 км, уменьшился на ~20%, удвоил потерю с ускорением на ~300%. Такая скорость изменений является беспрецедентной среди ледников Гренландии, и теперь он входит в число 10% ледников с наибольшим вкладом в потери всего ледникового щита. В отличие от ожидаемого поведения мелководного ледника с приливной водой, ледник Стинструпа был нечувствителен к высоким температурам поверхности, которые дестабилизировали многие региональные ледники в 2016 году, вместо этого, по-видимому, реагировал на аномалию > 2°C в более глубоких атлантических водах в 2018 году. К 2021 г. наряду с заметной сезонной изменчивостью образовался жесткий прогляциальный меланж. Поведение ледника Стенструпа подчёркивает, что даже долговременно стабильные ледники с высокими порогами уязвимы для внезапного и быстрого отступления тёплого вторжения атлантических вод.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-37764-7

Повышение концентрации CO₂ в атмосфере влияет на континентальный сток посредством радиационного и физиологического воздействия. Однако то, как изменения климата и земной поверхности и, в частности, их взаимодействие, регулируют изменения глобального стока, остаётся в значительной степени нерешённым. Авторы разработали структуру атрибуции, объединяющую подходы эмпирического моделирования «сверху вниз» и моделирования «снизу вверх», чтобы показать, что изменения земной поверхности являются причиной 73–81% прогнозируемого увеличения глобального стока. Это возникает из-за синергетического эффекта физиологических реакций растительности на повышение концентрации CO₂ и реакций земной поверхности — например, растительного покрова и влажности почвы — на радиационно-обусловленное изменение климата. Хотя изменение климата сильно влияет на изменения регионального стока, оно играет незначительную роль (19–27%) в увеличении глобального стока из-за компенсации положительных и отрицательных вкладов различных регионов. Эти результаты подчёркивают важность точного модельного представления процессов на поверхности Земли для надёжных прогнозов глобального стока для поддержки устойчивого управления водными ресурсами.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01659-8

Авторы оценили, как температура воздуха, высокая солнечная радиация и низкая скорость ветра могут вызывать гипоксию в мелководном озере во время аномальной жары. Они смоделировали концентрации растворённого кислорода в придонной воде и сравнили концентрации в 2022 году со средними значениями за предыдущие 30 лет. Оказалось, что гипоксия наиболее чувствительна к скорости ветра. При низкой скорости ветра конвекция была недостаточной для предотвращения гипоксии, но гипоксии не было, если скорость ветра равнялась средней скорости за предыдущие 30 лет. Однако, если солнечная радиация и температура воздуха были равны соответствующим средним значениям за предыдущие 30 лет, гипоксии не возникало, даже при низких скоростях ветра. Сделан вывод, что комбинированное воздействие слабых ветров и высокой либо солнечной радиации, либо температуры воздуха вызвало гипоксию во время волны тепла 2022 года.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102967

Арктика прогревается, но вместо того, чтобы большие реки мигрировали быстрее, они на самом деле замедляются из-за зарастания кустарником.

Многолетняя мерзлота — это основа Арктики, но она тает стремительными темпами, подвергая опасности инфраструктуру и ландшафт.

Исследователи хотели выяснить, как повышение температуры и таяние многолетней мерзлоты влияют на движение крупных арктических рек. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показало, что миграция русел таких рек на самом деле сокращается. Реки на Аляске и канадских Юконе и Северо-Западных территориях мигрировали на 20% меньше в период с 1972 по 2020 гг., когда температура в регионе резко возросла.

Эти большие извилистые водные потоки исторически двигались с практически постоянной скоростью, но изменение климата перевернуло эту ситуацию, сказал соавтор исследования Алессандро Йелпи (Alessandro Ielpi), геоморфолог из Университета Британской Колумбии. «Невероятно интересно посмотреть, что происходит, когда река не находится в устойчивом состоянии», — сказал он. «Что может быть лучше примера и возможности [для изучения этого явления], чем изучение реакции северных рек на изменение климата?»

Свёртывание

Реки со временем естественным образом мигрируют из-за движения воды и наносов. Боковая миграция относится к перемещению берегов реки, когда вода толкает наносы из стороны в сторону. Все реки, рассмотренные в этом исследовании, находятся в отдалённых районах — даже для Арктики — и особое внимание уделялось поймам рек.

Чтобы измерить миграцию рек, исследователи оценили снимки спутника Landsat 10 рек шириной более 100 метров на Аляске, Юконе и Северо-Западных территориях. Эти реки, в том числе Юкон и Маккензи, находятся в районах с разным слоем многолетней мерзлоты, от непрерывной до спорадической.

Исследователи сравнили изображения осевых линий рек — приблизительно середины между берегами — выбирая каждые 5 лет снимки без облаков, сделанные в одно и то же время года. Затем они создали покадровую запись, используя динамическую деформацию времени — алгоритм, изначально созданный для предсказания фондового рынка, а теперь широко используемый для естественных систем.

Они обнаружили, что в период с 1972 по 2020 гг. боковая миграция рек снижалась в среднем на 3,7% в год. Эта величина, по мнению исследователей, вполне может быть выше. Хотя изначально исследователи пытались доказать общепринятую идею о том, что берега рек обрушатся без удерживающей их многолетней мерзлоты, они с удивлением обнаружили обратное.

Полученные данные, по словам Йелпи, предполагают, что «возможно, нам нужно сделать шаг назад и взглянуть на всю природную систему и понять, что да, многолетняя мерзлота может внести свой вклад, но этот вклад не так силён, как вклад, скажем, растительности в формирование берегов русла».

Глубокие корни

Реки, которые больше всего замедлились, находились в районах с наибольшим ростом кустарников. По словам Йелпи, по мере того, как Арктика нагревается, прорастают кусты с более глубокими корнями, такие как арктическая ива. Он объяснил, что реки с самой медленной миграцией — это «те, где кустарники больше всего продвигаются к руслу».

Исследователи предположили, что корни растений удерживают берега рек на месте, сдерживая эрозию и замедляя боковую миграцию. Они смогли связать замедление роста с новой жизнью растений, используя нормализованный разностный индекс вегетации для измерения изменений в растительности с течением времени.

Много рек, которые нужно пересечь

Исследователи выбрали для текущего исследования крупные реки, потому что их легче увидеть на старых спутниковых снимках. Йелпи предупредил, что с учётом этих ограничений новые результаты не обязательно будут применимы к более мелким рекам.

«Мы не знаем, когда вы двигаетесь к всё меньшим и меньшим притокам, сохранится ли эта схема или нет», — сказал Йелпи.

Чтобы выяснить это, последующее исследование его команды сосредоточено на более мелких реках в течение более короткого периода времени с использованием новых изображений.

Идея о том, что растительность стабилизирует берега рек по мере углубления оттепели, очень интересна, говорит Бетани Нейлсон (Bethany Neilson), гидролог из Университета штата Юта, не участвовавшая в исследовании. В дополнение к расширению пространственного охвата за счёт исследования большего числа рек, она также видит возможности для расширения охвата включением различных гидрологических факторов. Например, по её словам, сильный ледоход во время весенних оттепелей может быть очень разрушительным. «Поскольку эти показатели разрушения меняются, это может действительно изменить то, что очищается и перемещается».

Новое исследование способствует пониманию того, как реки в более высоких широтах ведут себя иначе, чем реки в низких широтах, где была проделана большая часть работы по речной миграции, сказал Йелпи. «Исследование документирует изменение, но также даёт немного больше информации об особенностях функционирования рек в высоких широтах».

Ссылка: https://eos.org/articles/as-the-arctic-warms-these-rivers-are-slowing-down