Потепление климата может ускорить разложение углерода арктической почвы, но лишь немногие контролируемые эксперименты манипулировали всем активным слоем. Чтобы определить потоки углекислого газа и метана от поверхности в атмосферу при ожидаемом потеплении конца века, авторы использовали стержни для нагрева (на 3,8 °C) до глубины многолетней мерзлоты в полигональной тундре в Уткьягвике (ранее Барроу), Аляска, и измерили потоки в течение двух вегетационных сезонов. Было показано, что дыхание экосистемы на ~30% выше на прогретых участках, чем на контрольных (0,99 мкмоль м⁻² с⁻¹ против 0,67 мкмоль м⁻² с⁻¹, p < 0,0001, n = 79). Кроме того, наблюдаемая температурная чувствительность (Q10 = 2,8) выше, чем та, которая навязывается почве в моделях земной системы или сообщается в арктических экспериментах при нагреве только поверхности. Эксперимент по потеплению в межсезонье показал, что быстрое таяние снега, которое становится всё более распространённым явлением, может привести к большим выбросам метана, который в противном случае мог бы окислиться до углекислого газа. Таким образом, потепление способствует выбросам парниковых газов из всего углубляющегося активного слоя и может способствовать усилению изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-54990-9

Точная оценка поглощения углерода лесами и изучение их механизмов, обусловленных климатом, имеют решающее значение для достижения углеродной нейтральности и устойчивого развития. В небольшом числе исследований использовались динамические модели на основе машинного обучения для оценки поглощения углерода лесами. Механизмы, обусловленные климатом в Шангри-Ла, ещё предстоит изучить. В этом исследовании генетический алгоритм использовался с целью оптимизации параметров случайного леса при создании динамических моделей для оценки интенсивности поглощения углерода Pinus densata в Шангри-Ла и анализа совокупного воздействия мультиклиматических факторов на эту интенсивность. Обнаружено, что (1) генетический алгоритм может эффективно повысить точность оценки параметров случайного леса, R² может быть улучшен до 34,8%, а в оптимальной модели «генетический алгоритм - случайный лес» R² составляет 0,83. (2) Интенсивность поглощения углерода Pinus densata в Шангри-Ла составляла 0,45–0,72 т C·ч м⁻² с 1987 по 2017 гг. (3) Осадки оказывают наиболее существенное влияние на интенсивность поглощения углерода. Совместное слабое сочетание осадков, температуры и поверхностной солнечной радиации, оказывающее влияние на интенсивность поглощения углерода было наиболее доминирующим для интенсивности поглощения углерода Pinus densata. Эти результаты показывают, что динамические модели могут использоваться для крупномасштабной долгосрочной оценки стока углерода в высокогорных лесах, обеспечивая приемлемый метод. Прояснение движущего механизма обеспечит научную основу для управления лесными ресурсами.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-84258-7

Недавние изменения морского льда в Северном полушарии требуют выяснения изменчивости морского льда за последние 2,6 млн лет, когда ледниковые циклы Земли перешли от периодичности ∼41 к ∼100 тыс. лет, следуя за периодом перехода в середине плейстоцена (0,7–1,2 млн лет). Авторы анализируют расчёты модели общей циркуляции, чтобы понять, как морской лёд Северного полушария реагирует на происходящие с течением времени изменения: орбитальные, в содержании парниковых газов и в ледяных щитах. Обнаружено, что наклон и прецессия оси Земли сильно влияют на изменчивость многолетнего морского льда в высоких широтах (>70° с.ш.) и сезонного морского льда в средних широтах (35° с.ш.–70° с.ш.) соответственно, изменяя суммарную поверхностную коротковолновую радиацию. Между тем, воздействие парниковых газов влияет на ледниково-межледниковый морской лёд преимущественно в море Лабрадор, секторе бассейна Ирмингера–Исландии и регионах центральной северной части Тихого океана в периоды середины плейстоцена и после (0,0–0,7 млн лет назад), модулируя нисходящее длинноволновое излучение. Кроме того, подтверждено, что изменчивость с более длительной периодичностью (∼100 тыс. лет) от воздействия парниковых газов и ледяных щитов наиболее выражена в морском льду Северного полушария в периоды середины плейстоцена и после.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-55327-2

Изменение климата и вызванная человеком деградация земель угрожают экосистемам засушливых земель, жизненно важным для трети населения мира и имеющим решающее значение для межгодовых глобальных потоков углерода. Системы раннего оповещения необходимы для руководства охраной природы, смягчения последствий изменения климата и смягчения продовольственной нехватки в засушливых районах. Однако современные методы не обеспечивают эффективного раннего оповещения в крупных масштабах. Здесь показано, что подход на основе машинного обучения может предсказать вероятность резких сдвигов в функционировании растительности засушливых земель Судано-Сахеля (точность 75,1%; точность 76,6%), особенно там, где показатели устойчивости (временная автокорреляция) дополняются косвенными показателями динамики растительности и осадков и другими факторами окружающей среды. Региональные прогнозы на 2025 год выделяют пояс на юге исследуемого региона с высокой вероятностью будущих сдвигов, в значительной степени связанных с долгосрочными тенденциями осадков. Этот подход может оказать ценную поддержку сохранению и устойчивому использованию экосистемных услуг засушливых земель, особенно в контексте прогнозируемых тенденций изменения климата в направлении увеличения засушливости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02201-0

Загрязнение городского воздуха озоном (O₃) коррелирует с температурой, и во время периодов сильной жары часто имеет место более высокий уровень содержания O₃, что угрожает здоровью населения. Однако ограниченные данные о том, как антропогенные выбросы летучих органических соединений изменяются в зависимости от температуры, затрудняют понимание их влияния на O₃. На основе измерений окружающей среды, испытаний выбросов и моделирования качества воздуха авторы показывают, что увеличение выбросов антропогенных летучих органических соединений, не связанных со сжиганием (например, от летучих химических продуктов) во время периода сильной жары в Шанхае, вносит значительный вклад в увеличение концентрации O₃. Концентрации антропогенных летучих органических соединений увеличиваются примерно в два раза при повышении температуры с 25°C до 35°C из-за застоя воздуха и увеличения выбросов. Во время периода сильной жары более высокие концентрации приводят к увеличению на 82% реакционной способности ОН летучими органическими соединениями. Моделирование качества воздуха показывает, что вызванный температурой рост выбросов антропогенных летучих органических соединений составляет 8% (1,6 с^–1) этого увеличения реактивности и способствует возрастанию отношения смеси O₃ на 4,6 млрд^-1. Более того, авторы прогнозируют большее (в два раза) увеличение реактивности OH кислородсодержащими летучими органическими соединениями, что способствует образованию радикалов и O₃. Увеличение выбросов антропогенных летучих органических соединений вызывает увеличение содержания O₃ в крупных городах Восточного Китая во время волны тепла, и аналогичные эффекты могут также происходить в других мегаполисах, чувствительных к антропогенным летучим органическим соединениям, по всему миру. Сокращение выбросов антропогенных летучих органических соединений, особенно из источников, не связанных со сжиганием, которые в настоящее время менее изучены и регулируются, может смягчить потенциальное загрязнение O₃ в городской среде во время волн тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01608-w

Южный океан считается слабым стоком атмосферного CH₄, хотя его величина не определена из-за отсутствия наблюдений за граничной зоной льда. Используя как вихревую ковариацию, так и измерения по формуле объёмного потока с ледокола R/V Xuelong2, авторы обнаружили, что восточная часть Южного океана во время южного лета была поглотителем CH₄. Самые сильные нисходящие потоки CH₄ наблюдались в районах с низкой концентрацией морского льда (10–40%), где таяние морского льда приводило к низким температуре и солёности, что увеличивало растворимость CH₄. Потоки CH₄ слабы в районах с высокой концентрацией морского льда (>50%) из-за его блокирующего эффекта. По оценке авторов, поглощение CH₄ в течение одного летнего месяца в исследуемом регионе компенсирует 1,2– 2,6% годовых глобальных выбросов CH₄ в океане. Это позволяет предположить, что антарктическая область граничной зоны льда играет более важную роль в глобальном балансе CH₄, чем считалось ранее.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL112073

Азия является одним из крупнейших регионов-источников пыли в мире. Однако временные изменения и движущие факторы различных типов пылевых «событий» в этом регионе остаются неясными. На основе данных наземных наблюдений авторы изучили пространственно-временные изменения трёх типов пылевых «событий» и их движущие факторы в Азии с помощью методов машинного обучения. Результаты показали, что частота умеренных пылевых «событий» и сильных пылевых «событий» значительно снизилась с 2000 по 2022 гг., что можно было в первую очередь объяснить уменьшением числа дней с сильным ветром (вклад >50%) и в меньшей степени увеличением влажности почвы, осадков и индекса листовой поверхности (LAI). Когда максимальная дневная скорость ветра превышает 13,0 м/с, вероятность умеренных пылевых «событий» имеет тенденцию к снижению, в то время как вероятность сильных пылевых «событий» - к увеличению. Эти результаты расширяют понимание изменения частоты и интенсивности пылевых «событий» в ответ на изменение климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00887-9

Внутренние водоёмы рассматриваются как основные источники выбросов парниковых газов, включая углекислый газ CO₂, метан CH₄ и закись азота N₂O. Данное исследование показывает, что эти образования (например, естественные и искусственные водно-болотные угодья, водохранилища, озёра, пруды и реки) вносят значительный вклад в поток парниковых газов. Однако понимание динамики углерода в этих водоёмах недостаточно хорошо описано. Было отмечено, что выбросы парниковых газов из внутренних водоёмов являются результатом обильного поступления в них органического вещества. Примерно 2,2–3,7% непокрытой льдом площади суши Земли и внутренних вод имеют почти одинаковые объёмы выбросов углерода, что также наблюдается в случае как суммарной наземной продуктивности, так и суммарного поглощения океаном. Водно-болотные угодья и озёра являются одними из наиболее изученных водоёмов. Однако необходимо приложить усилия для понимания динамики выбросов из прудов и рек, поскольку недавние исследования показывают, что они также являются одними из мощных источников выбросов парниковых газов в атмосферу. Целью этого обзора является выделение и предоставление подробного понимания вклада внутренних вод в глобальный углеродный цикл наряду с возможными мерами по исправлению положения.

Ссылка: https://iwaponline.com/jwcc/article/15/11/5626/105545/Greenhouse-gas-emissions-from-inland-water-bodies

Был смоделирован арктический климат с использованием реализации WRF с высоким разрешением, основанной на выходных данных климатической модели HadGEM-ES2, следуя сценариям потепления МГЭИК RCP 2.6, RCP 4.5 и RCP 8.5. Результаты пространственной детализации показывают, что к концу столетия не будет существенных изменений в среднем минимальном давлении в центре циклона или общем числе зимних арктических циклонов. Однако есть существенные изменения в пространственных структурах. Например, частота и завихрённость циклонов имеют тенденцию увеличиваться над западной Арктикой. Из-за движения полярной фронтальной зоны к полюсу и возросшей бароклинности нижней тропосферы ожидается, что больше циклонов будет формироваться в Арктическом бассейне и мигрировать в западно-центральную часть Арктики. Ожидается, что в Арктическом бассейне при реализации сценария RCP8.5 будет формироваться и исчезать примерно на 39% больше циклонов. С другой стороны, с уменьшением бароклинности во всей тропосфере наблюдается уменьшение генезиса, частоты и завихрённости циклонов над Атлантической Арктикой. Более того, глубина циклонов показывает устойчивое уменьшение над Арктическим бассейном, что предполагает ослабление кинетической энергии вихрей. С увеличением содержания парниковых газов изменения завихрённости циклонов и их глубины, как правило, сильнее. Кроме того, результаты Polar WRF с высоким разрешением показывают, что изменения плотности и интенсивности циклонов последовательно становятся более выраженными с увеличением радиационного воздействия.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2024JD041503

Внутренние озёра являются важнейшим источником парниковых газов - углекислого газа, метана и закиси азота. Взаимосвязанные системы река-озеро включают несколько озёрных регионов, где многочисленные реки соединяют различные озёрные регионы. Их сложные гидрологические условия и взаимодействия отличают их от обычных озёр, обычно имеющих один и относительно статичный водный объект. Однако характеристики выбросов парниковых газов, а также движущие силы взаимосвязанных систем река-озеро всё ещё недостаточно изучены. Авторы провели двухсезонные исследования на месте в типичной взаимосвязанной системе река-озеро, озере Дунтин (Dongting, крупное неглубокое озеро в северо-восточной части китайской провинции Хунань), а также метаанализ, полученный из 168 озёр, охватывающих шесть континентов, чтобы прояснить этот вопрос. Обнаружено, что взаимосвязанные системы река-озеро демонстрируют уникальное временное изменение потоков углекислого газа и закиси азота с положительными потоками во время сезона дождей, но переходящими к поглощениям во время сухого сезона. Потоки парниковых газов в обычных стабильных озёрах часто коррелируют с абиотическими факторами, такими как гидроклиматические условия и трофический статус. В то время как в озере Дунтин определённые виды микроорганизмов, которые важны для круговорота макроэлементов и других менее распространённых питательных веществ, наряду с хищническим поведением микроорганизмов, могут лучше предсказывать потоки парниковых газов. Это исследование подчёркивает важность биотических предикторов в перспективных оценках потоков парниковых газов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01912-8