Климатическое моделирование, восстанавливающее температуру поверхности моря (ТПМ) в Северной Атлантике, использовалось для изучения климатических воздействий атлантической мультидесятилетней изменчивости. Однако, несмотря на модельные результаты и наблюдения, демонстрирующие аналогичные аномалии ТПМ в Северной Атлантике, эксперименты с активным восстановлением ТПМ в её тропической части демонстрируют сильные положительные поверхностные потоки тепла из океана с тёплыми аномалиями ТПМ, не воспроизводимые в других модельных расчётах или наблюдениях. Установлено, что восходящие поверхностные тепловые потоки, систематически вызываемые активным восстановлением ТПМ в тропической части Северной Атлантики, имеют решающее значение для создания сильной локальной реакции на осадки и связанного с этим удалённого воздействия на тихоокеанскую циркуляцию Уокера, которые отсутствуют в других модельных расчётах. Результаты этого исследования убедительно свидетельствуют о том, что эксперименты с использованием восстановления ТПМ (или заданных ТПМ) в тропической части Северной Атлантики преувеличивают влияние Атлантики на закономерности глобальных климатических аномалий и её роль в недавних мультидесятилетних трендах ТПМ.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00335-0

Для более точного прогнозирования изменения климата требуется более точная характеристика источников и стоков метана CH₄ и двуокиси углерода CO₂ в уязвимой арктической среде. В сентябре 2020 года прошла масштабная авиационная кампания, ориентированная на сибирское арктическое побережье. CH₄ и CO₂, измерявшиеся на месте (in situ) во время кампании, составляют основу этого исследования. В качестве индикаторов используются измеренные значения концентраций озона O₃ и окиси углерода CO. Медианные отношения смеси CH₄ значительно выше, чем среднемесячные эталонные полушарные значения (Мауна-Лоа, Гавайи, США): 1890–1969 млрд-1 против 1887 млрд^-1 соответственно, в то время как отношения смеси CO₂ на всех рейсах ниже (408,09–411,50 млн^-1 против 411,52 млн^-1). Проведены три тематических исследования. Анализ авторов свидетельствует о том, что в период кампании европейская часть российской Арктики и западная Сибирь подвергались дальнему переносу загрязнённых воздушных масс, тогда как восточная часть находилась в основном под влиянием локальных выбросов парниковых газов. Относительные вклады основных антропогенных и естественных источников CH₄ моделируются с использованием лагранжевой модели FLEXPART для выявления доминирующих источников в пограничном слое и в свободной тропосфере. При западных полётах над сушей на состав воздушной массы влияли выбросы от водно-болотных угодий и антропогенная деятельность (обращение с отходами, производство ископаемого топлива и, в меньшей степени, сельскохозяйственный сектор), в то время как на востоке в выбросах преобладают пресноводные, водно-болотные угодья и океан, с вероятным вкладом антропогенных источников, связанных с ископаемым топливом. Полученные результаты подчёркивают важность вклада выбросов пресноводных источников и океана. Учитывая большие неопределённости, связанные с ними, исследование предполагает, что выбросам из этих водных источников в Сибири следует уделить больше внимания.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/2293/2023/

Изменение топографии, вызванное таянием льда в арктических почвах, может ускорить таяние многолетней мерзлоты и вызвать резкие и крупномасштабные изменения в Арктике. Авторы расширили модель термальной гидрологии многолетней мерзлоты в масштабе участка, чтобы представить проседание грунта, и объединили её с новыми и существующими данными из хорошо охарактеризованного участка тундры, чтобы лучше понять последствия проседания в результате оттаивания в потеплевшей Арктике. Эти модели с пространственным разрешением репрезентативного участка тундры, богатой углеродом, показывают, что опускание не приведёт к значительному ускорению таяния многолетней мерзлоты и вызовет её резкое таяние на больших площадях. Однако проседание талых вод, вероятно, приведёт к увеличению стока и значительно ускорит высыхание ландшафта тундры в условиях потепления климата, что серьёзно повлияет на чувствительные арктические экосистемы.

Авторы использовали модель гидрологии многолетней мерзлоты, основанную на подробных измерениях содержания льда в почве, чтобы лучше понять потенциальный риск её внезапного таяния, вызванного таянием подземного льда, — ключевой открытый вопрос, связанный с реакцией многолетней мерзлоты на потепление в Арктике. Результаты, полученные с высоким пространственным разрешением, для хорошо охарактеризованного участка в тундре недалеко от Уткиагвика (Utqiaġvik), Аляска, хорошо согласуются с несколькими типами наблюдений в текущем климате. По прогнозам, с 2006 по 2100 гг. в сценарии RCP8.5 с сильным потеплением произойдёт общее опускание на 63 см. Оттаивание многолетней мерзлоты, измеряемое увеличением толщины активного слоя — толщины слоя почвы, оттаивающего каждое лето, — ускоряется из-за проседания, но эффект относительно невелик. Толщина активного слоя увеличивается от текущего значения ~50 см до ~180 см к 2100 году, когда учитывается оседание, по сравнению с ~160 см, когда им пренебрегают. В этих расчётах выявленная ранее положительная обратная связь между оседанием и оттаиванием самоограничивается в десятилетних временных рамках, поскольку ландшафтный сток и увеличение эвапотранспирации приводят к более сухой тундре с более слабой связью между поверхностью и атмосферой. Эти результаты для участка тундры, являющегося репрезентативным для больших участков северного склона Аляски, показывают, что опускание вряд ли приведёт к резкой оттепели на больших площадях. Однако оседание оказывает значительное влияние на гидрологию тундры. В частности, оседание увеличивает ландшафтный сток, что помогает поддерживать речной сток в условиях повышенной эвапотранспирации, но также приводит к более засушливым условиям тундры, что может иметь пагубные последствия для чувствительных экосистем арктических водно-болотных угодий. 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2212171120

Недавние исследования показали, что сильное арктическое потепление, распространяющееся от поверхности в верхние слои тропосферы, может вызывать изменения атмосферной циркуляции в средних широтах, в то время как меньшее арктическое потепление, ограниченное самыми нижними слоями тропосферы, вызывает сравнительно слабые дистанционные реакции. Причины арктического потепления в средней и верхней тропосфере менее ясны по сравнению с приповерхностным потеплением. Используя как реанализ, так и моделирование, авторы демонстрируют новый динамический механизм, ответственный за потепление полярной средней и верхней тропосферы, связанное с потерей арктического морского льда. Существенная роль взаимодействия стратосферы и тропосферы в сильном потеплении Арктики, вызванном таянием морского льда, подтверждается моделированием с подавлением стратосферной изменчивости, в котором в ответ на таяние морского льда нагревается только арктическая нижняя тропосфера. Эти результаты показывают, что значительная часть наблюдаемого в Арктике потепления средней и верхней тропосферы вызвана динамической реакцией на потерю морского льда, в которой главную роль играет стратосферно-тропосферное взаимодействие.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00333-2

Надёжное обнаружение антропогенного изменения климата имеет решающее значение для: (а) улучшения нашего понимания реакции системы Земля на внешнее воздействие, (б) уменьшения неопределённости в будущих прогнозах климата и (в) разработки эффективных планов смягчения последствий и адаптации. Авторы использовали модельные прогнозы, чтобы установить временные рамки обнаружения антропогенных сигналов в глобальном океане путём анализа эволюции температуры, солёности, кислорода и рН от поверхности до глубины 2000 м. Для большинства переменных антропогенные изменения возникают раньше во внутренних водах океана, чем на поверхности, из-за меньшей фоновой изменчивости на глубине. Окисление обнаруживается раньше всего, за ним следует потепление и кислородные изменения в недрах тропической Атлантики. Показано, что изменения температуры и солёности в подповерхностных водах тропиков и субтропиков Северной Атлантики являются ранними индикаторами замедления атлантической меридиональной термохалинной циркуляции. Прогнозируется, что даже при смягчённых сценариях антропогенные сигналы внутреннего океана проявятся в течение следующих нескольких десятилетий, поскольку они происходят из существующих поверхностных изменений, которые теперь распространяются вглубь. Исследование (в дополнение к тропической Атлантике) призывает к созданию систем долгосрочного внутреннего мониторинга в Южном океане и Северной Атлантике, чтобы выяснить, как пространственно неоднородные антропогенные сигналы распространяются во внутренние районы и влияют на морские экосистемы и биогеохимию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30159-0

С середины 1990-х годов в Северном Ледовитом океане наблюдается заметное уменьшение площади морского льда. После достижения в сентябре 2012 г. абсолютного минимума сезонные вариации площади морского льда установились на новом уровне, который почти на четверть ниже средней климатической нормы 1979–2022 гг. Усиленное таяние и ускоренный вынос льда из окраинных морей обеспечивают увеличение площади открытой воды, что влияет на нижние слои атмосферы и поверхностный слой океана. Учёные осторожно предсказывают переход к сезонно свободному ото льда Северному Ледовитому океану уже в середине этого века, то есть примерно на 50 лет раньше, чем предсказывалось всего несколько лет назад. Такие прогнозы основаны на том, что уменьшение ледовитости и истончение морского льда, происходившие в начале этого века, первоначально вызванные повышением температуры воздуха, спровоцировали увеличение теплового и динамического вклада океана в дальнейшее сокращение ледяного покрова. В данной статье рассматриваются опубликованные данные о таких изменениях и обсуждаются возможные механизмы, лежащие в основе наблюдаемых региональных аномалий параметров ледяного покрова Арктики в последнее десятилетие.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/2/409

Понимание наземных экосистем и их реакции на антропогенное изменение климата требует количественной оценки углеродного обмена между сушей и атмосферой. Однако оценки крупномасштабных потоков между сушей и атмосферой в подходах «сверху вниз» и «снизу вверх», включая суммарный поток северных внетропических вегетационных периодов, демонстрируют значительные расхождения. Авторы разработали управляемую данными метрику для внетропических вегетационных периодов, используя наблюдения за концентрацией углекислого газа в атмосфере, собранные во время лётных кампаний высокопроизводительной бортовой платформы для исследований окружающей среды, наблюдений от полюса к полюсу и миссии по томографии атмосферы. Эта полученная с самолёта метрика скорректирована с помощью трёх независимых систем атмосферной инверсии. Авторы оценивают северный внетропический вегетационный период в 5,7 ± 0,3 Пг C и используют его для оценки суммарной продуктивности биосферы на основе моделей CMIP5 и CMIP6. Хотя разброс между моделями в внетропических вегетационных периодах уменьшился в моделях CMIP6 по сравнению с моделями CMIP5, всё ещё существуют разногласия относительно величины и времени сезонного поглощения углерода, поскольку большинство моделей недооценивают внетропические вегетационные периоды и переоценивают их продолжительность по сравнению с наблюдениями. Также использован подход с возникающими ограничениями, чтобы оценить годовую валовую первичную продуктивность северных внетропических регионов как 56 ± 17 Пг С, гетеротрофное дыхание как 25 ± 13 Пг С и суммарную первичную продуктивность как 28 ± 12 Пг С. Поток, выведенный из этих наблюдений с самолётов накладывает дополнительные ограничения на крупномасштабные валовые потоки в прогностических моделях системы Земли, что в конечном итоге может улучшить способность точно предсказывать углеродно-климатические обратные связи.

Ссылка: researchgate.net/publication/367657310_Evaluating_Northern_Hemisphere_Growing_Season_Net_Carbon_Flux_in_Climate_Models_Using_Aircraft_Observations  

Волны тепла являются одними из самых смертоносных климатических угроз. Тем не менее относительная важность физических процессов, вызывающих аномалии приземной температуры (𝑇′) — адвекция воздуха из более тёплых регионов, адиабатический нагрев нисходящих потоков воздуха и диабатический нагрев — всё ещё является предметом споров. Авторы количественно исследуют важность этих процессов, оценивая бюджет 𝑇' вдоль воздушных обратных траекторий. Сначала они показывают, что экстремальная приповерхностная 𝑇′ во время волны тепла в июне 2021 года на западе Северной Америки был вызвана в основном диабатическим и, в меньшей степени, адиабатическим нагревом. Посредством систематических разложений 𝑇′ в самые жаркие дни каждого года (события TX1day) в 1979–2020 гг. во всём мире, авторы обнаружили сильные географические вариации с преобладанием адвекции над океанами средних широт, адиабатическим потеплением вблизи горных хребтов и диабатическим нагревом над тропической и субтропической сушей. Однако во многих регионах события TX1day возникают в результате комбинации этих процессов. В среднем по миру аномалии TX1day формируются вдоль траекторий примерно на 60 ч и 1000 км, хотя и с большой региональной изменчивостью. Таким образом, это исследование выявляет изначально нелокальные и отличающиеся на региональном уровне пути формирования экстремально высоких температур, даёт количественную оценку важнейших факторов, определяющих их масштабы, и позволяет использовать новые количественные способы оценки климатических моделей в отношении экстремально высоких температур.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01126-1

Межгодовая изменчивость зимнего климата северного полушария тесно связана с Эль-Ниньо-Южным колебанием (ЭНЮК). В то время как северная часть Тихого океана и Северная Америка часто демонстрируют сильный отклик на ЭНЮК, так называемая Тихоокеанско-Североамериканская схема, климатические реакции Арктики и Евразии на ЭНЮК остаются ненадёжными. В этом исследовании рассматриваются результаты 40 различных климатических моделей из проекта CMIP6, чтобы найти различную температурную реакцию в Арктике и Евразии на два типа явлений Эль-Ниньо. В частности, центрально-тихоокеанские явления Эль-Ниньо сопровождаются значительным панарктическим потеплением, тогда как восточно-тихоокеанские - похолоданием над Баренцевым и Карским морями и Евразийским континентом. Во время событий восточно-тихоокеанских Эль-Ниньо панарктическое давление на уровне моря эффективно усиливается, что приводит к ослаблению западных ветров и охлаждению приземного воздуха над северной частью Евразийского континента. Эти различные реакции арктической и евразийской зимней температуры на два типа Эль-Ниньо не проявляются чётко в данных реанализа, охватывающего период с 1979 по 2021 гг., вероятно, из-за небольшого размера выборки событий Эль-Ниньо со времён начала спутниковой эры.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368621409_Distinct_impacts_of_two_types_of_El_Nino_events_on_northern_winter_high-latitude_temperatures_simulated_by_CMIP6_climate_models

Хотя влажность почвы является ключевым фактором гидрологических и климатических приложений, её глобальные непрерывные наборы данных с высоким разрешением всё ещё ограничены. Здесь используется машинное обучение для создания глобального, долгосрочного, пространственно непрерывного набора данных с высоким разрешением о поверхностной влажности почвы с учётом Международной сети по влажности почвы (ISMN), данных дистанционного зондирования и метеорологических данных, руководствуясь знаниями о физических процессах, воздействующих на динамику влажности почвы. GSSM1 км (Global Surface Soil Moisture) обеспечивает данные о поверхностной влажности почвы (0–5 см) с пространственным (1 км) и суточным временным разрешением за период 2000–2020 гг. Качество набора данных GSSM1 км оценивается с помощью тестовых и проверочных наборов данных, а также посредством взаимных сравнений с существующими архивами влажности почвы. Среднеквадратическая ошибка GSSM1 км в тестовой выборке составляет 0,05 см³/см³, а коэффициент корреляции равен 0,9. С точки зрения важности признака индекс испарения предшествующих осадков (APEI) является наиболее важным значимым среди 18 предикторов, за которым следуют испарение и долгота. Продукт GSSM1 км может помочь в исследовании крупномасштабных экстремальных климатических явлений и анализе долгосрочных тенденций.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02011-7