В журнале опубликованы две статьи, посвящённые важной роли, которую играет облачность в процессе глобального потепления.

Облачность Земли уменьшается, усиливая глобальное потепление

Сужение штормовых полос может стать неожиданной и опасной новой реакцией на изменение климата

На протяжении более 20 лет приборы NASA в космосе отслеживали растущий дисбаланс в энергетическом балансе Земли, когда больше энергии поступает к планете, чем уходит от неё. Большая часть этого дисбаланса может быть связана с выбросами человечеством задерживающих тепло в атмосфере парниковых газов. Но объяснить остальное было непросто. Потеря отражающего льда, обнажающая более тёмные грунт и воду, которые поглощают больше тепла, недостаточна для объяснения дефицита. Уменьшение количества отражающих свет дымок по мере того, как страны очищают или закрывают загрязняющие отрасли промышленности, также не оправдывает ожиданий. «Никто не может получить число, которое даже близко», — говорит Джордж Целиудис (George Tselioudis), климатолог из Института космических исследований имени Годдарда NASA.

Но Целиудис и его коллеги теперь думают, что могут объяснить растущий разрыв с помощью доказательств, собранных удивительно долгоживущим спутником. Они обнаружили, что отражающий облачный глобальный покров сократился за последние два десятилетия на небольшую, но ощутимую величину, пропуская больше света и усиливая глобальное потепление. «Я уверен, что это недостающая часть», — говорит Целиудис, представлявший работу на прошлой неделе на заседании Американского геофизического союза.

Теперь климатологам нужно выяснить, что вызывает эти изменения облаков. Им также нужно заняться более тревожным вопросом: является ли эта тенденция ответной реакцией изменения климата, которая может ускорить потепление в будущем, говорит Майкл Бирн (Michael Byrne), специалист по динамике климата в Университете Сент-Эндрюс. Хотя некоторые модели предсказали изменения облачности, Бирн говорит: «Я не думаю, что мы можем ответить на этот вопрос с большой уверенностью».

Облака бывают разных форм и размеров, но две из самых постоянных облачных полос образованы крупномасштабными структурами воздушных потоков Земли. Одна полоса, около экватора, тянется вокруг планеты как пояс. Он формируется, когда пассаты Северного и Южного полушарий сходятся, заставляя влажный воздух подниматься вверх, чтобы остыть и конденсироваться в облака. Другая полоса находится в средних широтах, где струйные течения вызывают большие завихрения штормовой погоды по всей планете.

В августе Целиудис и его соавторы сообщили, что за 35 лет, охваченных снимками с метеорологических спутников, экваториальные полосы облаков сузились, в то время как следы штормов в средних широтах сместились к полюсам, ограничивая регион, в котором они могут формироваться, и сокращая их покрытие. Но результат, опубликованный в Climate Dynamics, был «сшит» из данных множества разных спутников, каждый из которых имел свои собственные причуды и ошибки, из-за чего исследователям было сложно убедиться в реальности обнаруженных ими небольших тенденций.

Теперь команда обратилась к одному спутнику, Terra NASA, отслеживающему планету почти четверть века. Рассматривая те же самые облачные системы, команда обнаружила точно такие же тенденции: облачность падает примерно на 1,5% за десятилетие, говорит Целиудис. «Только сейчас, кажется, сигнал начинает выходить из шума». Бьорн Стивенс (Bjorn Stevens), климатолог из Института метеорологии Макса Планка, говорит, что пара процентных пунктов может показаться неважной. «Но если подсчитать эти тенденции, то это будет колоссально», — говорит он. «Это будет указывать на обратную связь облаков, которая выходит за привычные рамки».

Команда также обнаружила, что 80% общих изменений отражательной способности в этих регионах были вызваны сокращением облаков, а не более тёмными, менее отражающими, что могло быть обусловлено снижением загрязнения. Для Целиудиса это ясно указывает на то, что изменения в структурах циркуляции атмосферы, а не снижение загрязнения, являются движущей силой тенденции.

Новая работа не является единичной. Ранее в этом году в Surveys in Geophysics группа под руководством климатолога Нормана Лёба (Norman Loeb) из Исследовательского центра Лэнгли NASA также проследила разрыв в энергетическом дисбалансе до снижения облачного покрова. Но Лёб, который руководит работой над набором спутниковых инструментов NASA под названием Clouds and the Earth’s Radiant Energy System, отслеживающим энергетический дисбаланс, считает, что снижение загрязнения может играть важную роль в изменениях облаков, особенно в Северном полушарии. «Наблюдения говорят нам, что что-то определённо меняется», — говорит он. «Но это сложный комплекс процессов». Если глобальные изменения циркуляции действуют, то срочный вопрос заключается в том, продолжатся ли они, говорит Тиффани Шоу (Tiffany Shaw,), специалист по динамике климата в Чикагском университете. Те же модели, которые предсказывают сужение экваториального штормового пояса, также предполагают, что изменение климата приведёт к тому, что воздух над восточной частью Тихого океана будет нагреваться быстрее, чем над западной, ослабляя важную ветвь крупномасштабной циркуляции. Но за последние несколько десятилетий восточная часть Тихого океана на самом деле охлаждалась, усиливая эти ветры. Другие наблюдения, тем временем, предполагают, что остальная часть циркуляции ослабевает. Из-за путаницы трудно понять, продолжат ли уменьшаться облачные гряды по мере потепления мира. «На многое из этого», — говорит Шоу, — «реальный мир покажет нам ответ».

Стивенс, например, всё больше беспокоится. «Если тенденция сохранится, у нас будут проблемы», — говорит Стивенс. «Мы надеемся, надеемся, что завтра она изменит свое направление».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/earth-s-clouds-are-shrinking-boosting-global-warming

Недавний глобальный скачок температуры усилился из-за рекордно низкого планетарного альбедо

Почему 2023 год был намного теплее, чем ожидалось? Антропогенное воздействие и Эль-Ниньо были предложены как минимум в качестве одной из причин, но они не могут объяснить величину скачка температуры. Гесслинг и др. (Goessling et al.) определяют ещё одну причину: рекордно низкое планетарное альбедо, вызванное в основном уменьшением низкого облачного покрова в северных средних широтах и тропиках. Если этот сдвиг представляет собой выход в новую норму, наше будущее может стать более жарким быстрее, чем ожидалось.

В 2023 году глобальная средняя температура взлетела почти на 1,5 К выше доиндустриального уровня, превзойдя предыдущий рекорд примерно на 0,17 К. Предыдущие оценки наиболее вероятных известных факторов, включая антропогенное потепление и начало Эль-Ниньо, не дотягивают примерно 0,2 К в объяснении повышения температуры. Используя спутниковые данные и данные реанализа, авторы определили рекордно низкое планетарное альбедо как основной фактор, сокращающий этот разрыв. Спад, по-видимому, вызван в основном сокращением покрытия низкой облачностью в северных средних широтах и тропиках в продолжение многолетней тенденции. Дальнейшее изучение тенденции низкой облачности и понимание того, насколько она обусловлена внутренней изменчивостью, сокращением концентрации аэрозолей или возможной формирующейся обратной связью низкой облачности, будет иметь решающее значение для оценки настоящего и ожидаемого будущего потепления.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq7280

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