В то время как подходы, основанные на данных, демонстрируют большой потенциал в атмосферном моделировании и прогнозировании погоды, моделирование океана создаёт особые проблемы из-за сложной батиметрии, рельефа, вертикальной структуры и нелинейности потока. В этом исследовании представлен OceanNet, основанный на принципах нейронный операторный цифровой близнец для региональной эмуляции высоты морской поверхности. OceanNet использует нейронный оператор Фурье и схему интеграции предиктор-оценка-корректор для смягчения роста авторегрессионной ошибки и повышения стабильности в расширенных временных масштабах. Спектральный регуляризатор противодействует спектральному смещению в меньших масштабах. OceanNet применяется к западному граничному течению северо-западной части Атлантического океана (Гольфстриму), фокусируясь на задаче сезонного прогнозирования для вихрей кольцевого течения и меандра Гольфстрима. Обученный с использованием исторических данных о высоте морской поверхности, OceanNet демонстрирует конкурентоспособные качества прогнозирования по сравнению с современным прогнозом динамической модели океана, сокращая вычисления в 500 000 раз. Эти достижения демонстрируют первые шаги на пути к созданию основанных на физике глубоких нейронных операторов в качестве экономически эффективной альтернативы численным моделям океана с высоким разрешением.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-72145-0 

 

Содержание кислорода и микробная распространённость могут не оказывать такого влияния на осаждение углерода, как считалось ранее.

Морской фитопланктон поглощает атмосферный углерод и переносит его на морское дно, когда он умирает и тонет (процесс, известный как седиментация органического углерода). Этот биологический углеродный насос является мощной частью углеродного цикла Земли, однако у учёных нет полной картины скоростей седиментации морского органического углерода.

Теглер и др. (Tegler et al.) недавно собрали такие скорости в районах континентальных окраин, чтобы помочь составить глобальную картину морского транспорта углерода на морское дно. Во многих исследованиях были сделаны выводы о насосе на основе состояния поверхностных вод, например, с помощью спутниковых снимков для оценки обилия хлорофилла, пигмента, присутствующего в фитопланктоне, позволяющего растениям собирать энергию из солнечного света. В новом исследовании авторы вместо этого сосредоточились на оценках, полученных с помощью геохимического анализа океанических отложений. Такие оценки сложнее получить, но они предлагают более прямой способ измерения седиментации углерода.

Как показал анализ, подавляющее большинство органического вещества, которое падает на океанское дно (около 92%), оказывается в маргинальных регионах вблизи континентов. Кислород помогает микробам расщеплять органические вещества, поэтому некоторые исследователи предположили, что органические вещества с большей вероятностью останутся нетронутыми — и, следовательно, упадут на дно океана и будут захоронены — в районах с низким содержанием кислорода. Однако недавнее исследование предполагает, что менее 4% мирового органического углерода, оседающего в осадочных породах, оказывается в районах с низким содержанием кислорода в придонной воде, возможно, из-за присутствия других химических веществ, помогающих расщеплять органические вещества.

Обилие хлорофилла на поверхности океана также, по-видимому, не коррелирует со скоростью оседания органических веществ, что является нелогичным выводом, учитывая, что когда фитопланктона больше, больше его должно опускаться и захорониться в осадке. Однако измерение распространённости фитопланктона является сложной задачей, и авторы пишут, что необходимо дальнейшее изучение связи между численностью фитопланктона и скоростью оседания.

Согласно исследованию, наиболее влияющим фактором на оседание углерода в пограничных районах океана, по-видимому, является глубина воды, причём небольшие глубины коррелируют с самой высокой скоростью оседания углерода. Исследователи отмечают, что у органического вещества просто не остаётся достаточно времени для разложения при перемещении по мелководью, что позволяет большему его количеству достигать дна океана. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001000, 2024)

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/shallow-waters-make-the-best-carbon-sinks

 

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) использует сценарии выбросов для изучения ряда будущих климатических результатов, но воздерживается от присвоения вероятностей реализации отдельных сценариев. Однако авторы МГЭИК имеют свои собственные взгляды на вероятность различных климатических результатов, которые ценны для понимания, поскольку авторы обладают как экспертными знаниями, так и значительным влиянием. Здесь сообщается о результатах опроса 211 авторов МГЭИК о вероятности четырёх ключевых климатических результатов. Обнаружено, что большинство авторов скептически относятся к тому, что потепление ограничится парижскими целями значительно ниже 2°C, но более оптимистичны в отношении того, что суммарные нулевые выбросы CO₂ будут достигнуты во второй половине этого столетия. Когда их спросили об убеждениях их коллег, ответы авторов показали сильную корреляцию между личными и сверстническими убеждениями, что говорит о том, что участники с крайними убеждениями воспринимают свои собственные оценки как более близкие к среднему значению по сообществу, чем они есть на самом деле.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01661-8

Порочный круг изменения климата, природных пожаров и загрязнения воздуха оказывает все более негативное воздействие на здоровье людей, экосистемы и сельское хозяйство, говорится в новом докладе Всемирной метеорологической организации (ВМО).

Ключевые сообщения

• В Бюллетене ВМО по качеству воздуха и климату освещаются взаимосвязи
• Борьба с загрязнением воздуха и изменением климата — беспроигрышное решение
• Дым от природных пожаров вредит здоровью людей, экосистем и сельскохозяйственных культур
• Выбросы от природных пожаров пересекают границы и целые континенты
• Уровни содержания твердых частиц свидетельствуют о различных региональных тенденциях

В Бюллетене ВМО по качеству воздуха и климату особое внимание уделяется природным пожарам. В нем также рассматриваются глобальные и региональные уровни загрязнения твердыми частицами и их вредное воздействие на сельскохозяйственные культуры в 2023 году.

Бюллетень ВМО по качеству воздуха и климату был выпущен к Международному дню чистого воздуха для голубого неба 7 сентября. Тема этого года — «Инвестировать в чистый воздух сейчас». Загрязнение воздуха ежегодно приводит к преждевременной смерти более 4,5 миллионов человек и наносит большой ущерб экономике и окружающей среде.

В Бюллетене, четвертом в ежегодной серии, исследуется сложная взаимосвязь между качеством воздуха и климатом.

Химические вещества, которые приводят к ухудшению качества воздуха, обычно выделяются вместе с парниковыми газами. Таким образом, изменения в одном неизбежно влекут за собой изменения в другом.

Качество воздуха, в свою очередь, влияет на здоровье экосистем, поскольку загрязнители воздуха оседают из атмосферы на поверхность Земли. Осаждение азота, серы и озона снижает качество услуг, предоставляемых природными экосистемами, таких как чистая вода, биоразнообразие и хранение углерода.

«Вопросы изменения климата и качества воздуха не могут рассматриваться по отдельности. Они неразрывно связаны и должны решаться вместе. Признание этой взаимосвязи и соответствующие действия были бы беспроигрышным вариантом для здоровья нашей планеты, ее населения и нашей экономики», — говорит заместитель Генерального секретаря ВМО Ко Барретт.

«Этот Бюллетень по качеству воздуха и климату касается 2023 года. В первые восемь месяцев 2024 года наблюдалось продолжение этих тенденций: сильная жара и продолжительная засуха усилили риск природных пожаров и загрязнения воздуха. Изменение климата означает, что мы сталкиваемся с этим сценарием все чаще. Междисциплинарная наука и исследования — ключ к поиску решений», — сказала Ко Барретт.

Концентрация твердых частиц в мире в 2023 году

Твердые частицы PM2.5 (т. е. с диаметром 2,5 микрометра или меньше) представляют серьезную опасность для здоровья, особенно при длительном вдыхании. Источниками являются выбросы от сжигания ископаемого топлива, природные пожары и разносимая ветром пустынная пыль.

Для оценки глобальных концентраций твердых частиц (PM) в Бюллетене ВМО по качеству воздуха и климату использовались два независимых и разных продукта: Службы мониторинга атмосферы в рамках программы «Коперник» и Бюро глобального моделирования и ассимиляции (ГМАО) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства.

Оба продукта показали, что природные пожары в Северной Америке привели к исключительно высоким выбросам PM2.5 по сравнению с базовым периодом 2003—2023 гг.

Уровни PM2.5, превышающие средние, также были зафиксированы в Индии из-за увеличения выбросов загрязняющих веществ в результате деятельности человека и промышленности.

В Китае и Европе, напротив, уровень выбросов оказался ниже среднего благодаря снижению антропогенных выбросов. Эта тенденция сохраняется с тех пор, как Бюллетень впервые был опубликован в 2021 году.

Аномалия PM2.5 (мкг/м3) в 2023 г. (базовый период 2003—2022 гг.)
Сгенерировано на основе реанализа CAMS

Реанализ NASA GMAO GEOS-IT (https://gmao.gsfc.nasa.gov/GMAO_products/GEOS-IT/) NASA

Воздействие твердых частиц на сельскохозяйственные культуры

Твердые частицы оказывают серьезное влияние не только на здоровье, но и на сельское хозяйство. Это может привести к снижению урожайности в районах, где максимальная урожайность имеет решающее значение для обеспечения населения продовольствием.

Глобальные «горячие точки» включают сельскохозяйственные районы Центральной Африки, Китая, Индии, Пакистана и Юго-Восточной Азии.

Экспериментальные данные, полученные в Китае и Индии, показывают, что твердые частицы могут снижать урожайность сельскохозяйственных культур на 15 % в сильно загрязненных районах. Они уменьшают количество солнечного света, попадающего на поверхность листьев, и физически блокируют устьица листьев, которые регулируют обмен водяного пара и углекислого газа с атмосферой.

Сельское хозяйство само по себе является основным источником выбросов твердых частиц и их прекурсоров в результате выжигания стерни, внесения удобрений и пестицидов, обработки почвы, сбора урожая, а также хранения и использования навоза.

В Бюллетене предлагаются практические решения, включая посадку деревьев или кустарников для физического укрытия сельскохозяйственных культур от местных источников PM, что обеспечит дополнительную связывание углерода и преимущества для биоразнообразия.

Природные пожары

В 2023 году как в Северном, так и в Южном полушарии наблюдались сезоны повышенной активности природных пожаров.

Существует множество различных причин возникновения природных пожаров, включая управление земельными ресурсами и действия человека (как случайные, так и поджоги). Но изменение климата также играет косвенную роль, увеличивая частоту и интенсивность периодов волн тепла и продлевая засуху. Такие условия повышают риск и вероятность распространения природных пожаров, что, в свою очередь, оказывает серьезное влияние на качество воздуха.

«Дым от природных пожаров содержит ядовитую смесь химических веществ, которая не только влияет на качество воздуха и здоровье человека, но и наносит ущерб растениям, экосистемам и сельскохозяйственным культурам, а также приводит к увеличению выбросов углерода и, соответственно, парниковых газов в атмосферу», — говорит д-р Лоренцо Лабрадор, научный сотрудник сети Глобальной службы атмосферы ВМО, составившей Бюллетень.

Согласно Канадской национальной базе данных о пожарах, сезон природных пожаров 2023 года установил многолетний рекорд в Канаде по общей площади выгоревших земель: в семь раз больше гектаров было сожжено, чем в среднем за 1990—2013 годы.

С первой недели мая на западе Канады (где было необычайно тепло и сухо) до конца сентября бушевало множество крупных и продолжительных пожаров. Это привело к ухудшению качества воздуха на востоке Канады и северо-востоке США, особенно в Нью-Йорке (в начале июня). Дым переносился через Северный Атлантический океан до южной Гренландии и Западной Европы.

Это привело к тому, что суммарные выбросы твердых частиц и углерода значительно превысили среднегодовые показатели по крайней мере за последние 20 лет.

Среднемесячная аномалия общей оптической плотности аэрозоля на длине волны 550 нм для июня 2023 г. по сравнению с июнем 2003—2022 гг. (https://ads.atmosphere.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/cams-global-reana…)
Реанализ глобального состава атмосферы CAMS (2003—2023 гг.)

В январе и феврале 2023 года центральные и южные районы Чили были охвачены разрушительными природными пожарами, в результате которых погибли по меньшей мере 23 человека. Более 400 пожаров, многие из которых были преднамеренными, привели к возгоранию обширных площадей плантаций и лесов. Высокие температуры и ветры способствовали возникновению пожаров в районе, пострадавшем от повсеместной засухи, которая длится уже более десяти лет. Национальная информационная система о качестве воздуха зафиксировала повышенные уровни всех загрязнителей воздуха на всех станциях.

В результате на нескольких станциях мониторинга резко возросло ежедневное кратковременное воздействие озона. Власти Чили объявили чрезвычайное экологическое положение в различных регионах центральной части страны.

«Одновременные наблюдения за содержанием озона, оксида углерода, оксидов азота и PM2.5 в центральной части Чили свидетельствуют о серьезном ухудшении качества воздуха, вызванном интенсивными и постоянными природными пожарами, которые стали более частыми в условиях потепления климата», — пишут авторы Бюллетеня.

В Бюллетене по качеству воздуха и климату также затрагивается:

Аэробиология. Точная и своевременная информация о концентрациях так называемых «первичных биологических аэрозолей» (например, пыльцы растений, спор грибов, бактерий и т. д.) востребована врачами и аллергиками, специалистами в области сельского и лесного хозяйства, исследователями изменения климата, биоразнообразия и качества воздуха, и многими другими.

Биоаэрозоли играют важную роль в изучении климата: растительность является одним из наиболее чувствительных индикаторов изменения климата. Изменения биоразнообразия и времени цветения растений, его интенсивность и характер распределения чувствительны к метеорологическим условиям.

За последние несколько лет, благодаря технологическому прогрессу, новые технологии позволили получать информацию о концентрации биоаэрозолей в режиме реального времени. Эти новые методы открывают совершенно новые возможности для широкого круга сторон, интересующихся биоаэрозолями.

 

Ссылка: https://wmo.int/ru/news/media-centre/porochnyy-krug-izmeneniya-klimata-prirodnykh-pozharov-i-zagryazneniya-vozdukha-imeet-sereznye

 

Влияние климата на будущий спрос на городское отопление и охлаждение (Heating and Cooling, H&C) имеет решающее значение для устойчивого энергетического планирования. Существующие глобальные прогнозы H&C в основном делаются без учёта будущих двусторонних биофизических обратных связей между городским климатом и использованием H&C. Здесь, используя гибридную модельную структуру, авторы показывают, что распространённые методы градусо-дней искажают величину, нелинейность и неопределённость в климатически обусловленных прогнозах изменений спроса на энергию H&C из-за отсутствия двусторонних обратных связей. Обнаружено 220%-ное увеличение (47%-ное уменьшение) спроса на энергию охлаждения (отопления) с усиленной неопределённостью к 2099 году в сценарии очень высоких выбросов, примерно вдвое больше, чем прогнозировалось предыдущими методами. Пространственно разнообразные реакции спроса H&C на потепление климата подчёркивают разрозненные проблемы, с которыми сталкиваются отдельные города, и требуют городского энергетического планирования с учётом локальных взаимодействий климата и энергии. Это исследование указывает на острую необходимость явного и динамического моделирования потребления городской энергии в секторе ЖКХ для планирования энергетики с учётом изменений климата.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02108-w

 

Объём арктического морского льда является ключевым климатическим индикатором и источником памяти в прогнозах морского льда, но страдает от большой неопределённости в данных наблюдений и модельных результатах. Авторы проверяют, ограничивают ли данные пассивного микроволнового сканирования долгосрочную эволюцию объёма арктического морского льда, как недавно предполагалось. Найдено много общего в изменениях объёма арктического морского льда из временного ряда толщины морского льда пассивным микроволновым сканированием 1992-2020 гг., реконструированного с помощью обученного на лидарной альтиметрии алгоритма нейронной сети и референтного реанализа PIOMAS: относительно низкие различия в среднем значении объёма арктического морского льда (4615 км³, 37%), его тенденциях (46 км³, 17%) и фазовой изменчивости (r²=0,55). Ключом к уменьшению различий является последовательная эволюция многих факторов, вносящих вклад в формирование объёма арктического морского льда: сезонный и многолетний ледовый покров, их контраст с толщиной морского льда, тогда как многолетняя толщина морского льда обеспечивает наибольший оставшийся источник неопределённости. Авторы утверждают, что пассивное микроволновое сканирование включает полезную информацию о толщине морского льда, снижая неопределённость в оценке объёма арктического морского льда. Они предвидят прогресс от использования реанализов морского льда, объединяющих результаты динамических моделей и ассимиляцию данных оценок толщины морского льда посредством пассивного микроволнового сканирования, в дополнение к уже ассимилированной концентрации морского льда.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-70136-9

 

Глобальное потепление быстро отклоняет климатические условия от тех, к которым адаптированы общества и экосистемы. В то время как масштабы изменений в среднем и экстремальном климате широко изучаются, региональные темпы изменений, ключевой фактор климатического риска, получили меньше внимания. Авторы, используя большие ансамбли имитационных моделей климата, показывают, что большие части тропиков и субтропиков, где проживают 70% нынешнего населения мира, как ожидается, испытают сильные (>2 среднеквадратических отклонений) совместные темпы изменения экстремальных температур и осадков в течение следующих 20 лет в сценарии с высоким уровнем выбросов, снижающиеся до 20% при сильном смягчении выбросов. Это доминирует при экстремальных температурах, причём большая часть мира испытает необычные (>1 среднеквадратического отклонения) скорости относительно доиндустриального периода, но необычные изменения также происходят для экстремальных осадков в северных высоких широтах, южной и восточной Азии и экваториальной Африке. Однако внутренняя изменчивость высока для 20-летних тенденций, что означает, что в ближайшей перспективе тенденции противоположного знака всё ещё вероятны для экстремальных осадков и редки, но не невозможны для экстремальных температур. Также обнаружено, что быстрая очистка выбросов аэрозолей, в основном над Азией, приводит к ускоренному совместному увеличению темпераеурных экстремальных значений и влияет на азиатские летние муссоны.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01511-4

 

Канада имеет основные источники атмосферного метана (CH₄), обладая вторыми по величине в мире бореальными водно-болотными угодьями и четвёртым по величине производством природного газа в мире. Однако оценки выбросов CH₄ в Канаде остаются неопределёнными. Более точная количественная оценка и характеристика выбросов CH₄ в Канаде имеют решающее значение для стратегий смягчения последствий изменения климата. Чтобы улучшить понимание выбросов CH₄ в Канаде, авторы провели ансамблевую региональную инверсию для 2007–2017 гг., ограниченную сетью измерений на поверхности Environment and Climate Change Canada (ECCC). Десятилетние оценки CH₄ не показывают значительной тенденции, в отличие от некоторых исследований, сообщавших о долгосрочных тенденциях. Общая оценка эмиссии CH₄ составляет 17,4 (15,3–19,5) Тг CH₄ в год, разделённая на естественные и антропогенные источники в 10,8 (7,5–13,2) и 6,6 (6,2–7,8) Тг CH₄ в год соответственно. Оценочная антропогенная эмиссия выше, чем инвентаризационные данные, в основном в западной Канаде (с ориентированной на ископаемое топливо промышленностью). Кроме того, результаты показывают заметные пространственно-временные характеристики. Во-первых, смоделированные различия в атмосферном содержании CH₄ между участками показывают улучшение после инверсии по сравнению с наблюдениями, это подразумевает, что различия в наблюдениях CH₄ могут помочь в проверке результатов инверсии. Во-вторых, сезонные колебания демонстрируют медленное начало и максимум в конце лета, что указывает на то, что поток CH₄ с водно- болотных угодий имеет гистерезисную зависимость от температуры воздуха. В-третьих, естественные выбросы CH₄ в бореальную зиму, которые обычно считаются незначительными, по-видимому, поддаются количественной оценке (≥ 20% годовых выбросов). Понимание зимних выбросов важно для прогнозирования климата, поскольку зима в Канаде теплеет быстрее, чем лето. В-четвёртых, межгодовая изменчивость оценочных выбросов CH₄ положительно коррелирует с летними аномалиями температуры воздуха. Это может увеличить естественные выбросы CH₄ в Канаде в условиях потепления климата.

 

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/10013/2024/

 

Аэрозоли и альбедо поверхности имеют решающее значение для балансировки энергетического бюджета Земли. С изменениями типов поверхности и соответствующего её альбедо в последние годы возникает интригующий, но нерешённый вопрос: как аэрозольный прямой радиационный эффект и аэрозольный эффект потепления изменяются с изменением альбедо поверхности? Авторы исследуют критическое значение альбедо поверхности, ведущее к сдвигу аэрозольного прямого радиационного эффекта с отрицательного на положительный при изменении свойств аэрозоля, а также влияние альбедо поверхности на аэрозольный прямой радиационный эффект. Результаты показывают, что аэрозольный эффект потепления часто происходит в средних и высоких широтах или регионах с аэрозолями с высокой поглощающей способностью, с критическим альбедо поверхности в диапазоне от 0,18 до 0,96. Более тонкие слои и/или более поглощающие аэрозоли статистически чаще вызывают аэрозольный эффект потепления. В регионах, где тенденция альбедо поверхности значительна, оно снизилась на −0,012/десятилетие, вызвав изменение аэрозольного прямого радиационного эффекта на −0,2 ± 0,17 Вт/м²/десятилетие, с наиболее выраженными изменениями в Северном полушарии в июне-июле. По мере снижения альбедо поверхности авторы выделяют усиленное охлаждение аэрозольного прямого радиационного эффекта или сниженный аэрозольный эффект потепления, что указывает на более сильное аэрозольное охлаждение, частично противодействующее росту энергии от снижения альбедо поверхности.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52255-z

 

Континентальные окраины получают, обрабатывают и секвестрируют большую часть органического углерода суши (terrOC), выбрасываемого в океан. В Арктике увеличение речного стока и разрушение многолетней мерзлоты, как ожидается, усилят высвобождение и деградацию terrOC, что приведёт к закислению океана и перемещению CO₂ в атмосферу. Однако процессы, контролирующие транспорт terrOC за пределы континентального шельфа, и количество terrOC, достигающего склона и подъёма, описаны плохо. В данной работе авторы изучают транспорт terrOC к континентальному склону моря Лаптевых и подъёму с помощью зондирования поверхностных осаждений с распределением двух изотопных (δ¹³C/Δ¹⁴C) источников, диагностическими наземными биомаркерами деградации (н-алканы, н-алкановые кислоты, лигнин-фенолы) и коэффициентами накопления массы (MAR) на основе ²¹⁰Pb_xs. MAR-terrOC (г м⁻² год⁻¹) уменьшается с 14,7 ± 12,2 на шельфе до 7,0 ± 5,8 на склоне и до 2,3 ± 0,3 для подъёма. Масштабирование этого значения до соответствующих режимов даёт, что 80% terrOC накапливается на шельфе, в то время как 11% и 9% накопления происходит в отложениях склона и подъёма соответственно. Реминерализация terrOC подтверждается биомаркерными прокси-коэффициентами деградации (CPI н-алканов и 3,5Bd/V), указывающими на 40- и 60%-ное увеличение деградации terrOC от склона к подъёму, что согласуется со снижением концентраций terrOC на 57%. Деградация terrOC лишь частично объясняет это снижение. Обновлённый бюджет terrOC моря Лаптевых предполагает, что динамика переноса осадков, такая как мутные течения, может управлять экспортом terrOC из шельфового бассейна, способствуя наблюдаемой структуре накопления. Это исследование количественно демонстрирует, что арктические шельфовые моря являются ключевыми рецепторными системами для ремобилизованного terrOC, подчёркивая их важность в углеродном цикле быстро меняющейся Арктики.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008104