Циклы замерзания-оттаивания (ЦЗО) изменяют функцию почвы за счёт изменений в физической организации почвенной матрицы и биогеохимических процессов. Понимание того, как динамический климат и свойства почвы влияют на ЦЗО, может позволить лучше прогнозировать реакцию экосистемы на изменяющиеся климатические структуры. Авторы количественно оценили возникновение и частоту ЦЗО на 40 участках Национальной экологической обсерватории (NEON). Они использовали средние годовые осадки (mean annual precipitation, MAP) и среднюю годовую температуру (mean annual temperature, MAT) для определения групп тёплого и влажного, тёплого и сухого и холодного и сухого климата. Свойства участка и почвы, включая MAT, MAP, максимальную-минимальную разницу температур, индекс засушливости, осадки в виде снега (precipitation as snow, PAS) и толщину органической подстилки, использовались для характеристики климатических групп и исследования взаимосвязей между свойствами участка и возникновением и частотой ЦЗО. Экосистемные драйверы ЦЗО дали представление о потенциальных изменениях динамики ЦЗО с потеплением климата. Тёплые и сухие участки имели наибольшее число ЦЗО, обусловленное быстрым дневным ЦЗО близко к поверхности почвы зимой. Холодные и сухие участки характеризовались меньшим числом, но более продолжительными ЦЗО, которые в основном происходили весной и увеличивались в числе с более высокой толщиной органического слоя (коэффициент Спирмена ⍴ = 0,97, p < 0,01). Влияние PAS и MAT на возникновение ЦЗО зависело от климатической группы (взаимодействие биномиальной модели p (χ²) < 0,05), что подчёркивает роль устойчивого снежного покрова в буферизации колебаний температуры почвы. Интеграция типов экосистем и сезонных структур ЦЗО, выявленных здесь, в прогностические модели может повысить точность прогнозирования для динамической реакции системы на изменение климата.

Ссылка: https://agupubs.pericles-prod.literatumonline.com/doi/full/10.1029/2024JG008009

Представление цикла углерода в климатических моделях важно из-за его влияния на изменение климата, но в предыдущих моделях было обнаружено много слабых мест в его воспроизведении. Улучшения в представлении цикла углерода суши в моделях земной системы, участвующих в проекте CMIP6, включают интерактивную обработку циклов углерода и азота, улучшенный учёт фотосинтеза и гидрологии почвы. Чтобы оценить влияние этих разработок моделей на аспекты глобального цикла углерода, инструмент оценки модели земной системы (ESMValTool) расширен для сравнения исторических расчётов, основанных на концентрации CO₂ и выбросах CO₂, из CMIP5 и CMIP6 с наборами данных наблюдений. Особое внимание уделяется различиям в моделях с интерактивным циклом азота суши и без него. Переоценки фотосинтеза (валовой первичной продуктивности) в CMIP5 были в значительной степени разрешены в CMIP6 для участвующих моделей с интерактивным азотным циклом, но сохранились для моделей без него. Это указывает на важность включения рамок ограничения для питательных веществ. Моделирование индекса листовой поверхности остаётся сложной задачей с большим разбросом модельных оценок как в CMIP5, так и в CMIP6. В моделях земной системы глобальное среднее поглощение углерода землёй (суммарная продуктивность биома) хорошо воспроизводится в мультимодельных средних значениях CMIP5 и CMIP6. Однако это является результатом недооценки суммарной продуктивности биома в Северном полушарии, которая компенсируется переоценкой в Южном полушарии и тропиках. Запасы углерода обладают большой неопределённостью в модельных оценках. Хотя содержание углерода в растительности немного лучше представлено в CMIP6, межмодельный диапазон содержания углерода в почве остаётся одинаковым между CMIP5 и CMIP6. В целом, небольшое улучшение в моделировании параметров цикла углерода на суше обнаружено в CMIP6 по сравнению с CMIP5, но при наличии многих оставшихся смещений требуются дальнейшие улучшения моделей, в частности для индекса листовой поверхности и суммарной продуктивности биома. Модели из групп, участвующих в обеих фазах CMIP, в целом работают аналогично или лучше в CMIP6 по сравнению со CMIP5. Это улучшение не столь существенно в мультимодельных средних из-за большего числа новых моделей в CMIP6, особенно тех, которые используют старые версии модели земель сообщества. Моделирование, основанное на выбросах, работает так же хорошо, как и основанное на концентрациях, несмотря на добавленный реализм процесса. В связи с этим авторы рекомендуют, чтобы модели земной системы в будущих фазах проекта CMIP выполняли расчёты, основанные на выбросах, в качестве стандарта, чтобы обратные связи между климатом и циклом углерода были полностью активны. Включение учёта азота привело к значительному улучшению воспроизведения фотосинтеза по сравнению с результатами моделей, не включающих этот процесс, что предполагает необходимость рассматривать цикл азота как необходимую часть всех будущих моделей цикла углерода. Следует также учитывать возможные преимущества включения дополнительных ограничивающих питательных веществ, таких как фосфор.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/5321/2024/

Одновременное воздействие теплового стресса и загрязняющих воздух веществ, таких как озон, может вызвать множество проблем со здоровьем в городах. Ситуация усугубляется в контексте изменения климата и повышения температуры. Кроме того, состояние приземного озона, усугублённое изменением климата, требует изучения для эффективного управления. Поэтому это исследование прогнозирует тепловой стресс и уровни концентрации озона в двух климатических сценариях проекта CMIP6, SSP245 и SSP585. Результаты указывают на повышенный тепловой стресс с повышенными уровнями озона, особенно в суровых климатических сценариях, таких как SSP585. Кроме того, исследование показывает, что в сценариях SSP245 и SSP585 сезонный сдвиг высоких значений индекса тепла, а также высоких концентраций озона происходит в направлении предыдущих месяцев июня- июля-августа. Высокие значения в классификации индекса тепла и максимальной суточной 8-часовой средней концентрации озона случаются раньше в месяцы март-апрель-май, чем ожидаемые месяцы - июнь-июль-август. Кроме того, в сценарии SSP585 классификация индекса тепла выше 105 (очень жарко, соответствует категории опасности) на 10% выше во все месяцы по сравнению со сценарием SSP245. Исследование подчёркивает важность понимания взаимодействий между тепловым стрессом и загрязнением озоном для реализации эффективных мер адаптации и смягчения последствий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-78700-z

Увеличение пространственного разрешения в климатических моделях значительно улучшило воспроизведение глобальной циркуляции верхнего слоя океана. Однако способность моделей с высоким разрешением точно воспроизводить циркуляцию на средней глубине с точки зрения её силы и направления всё ещё остаётся неопределённой. Анализ результатов 17 климатических моделей с различным разрешением показывает, что как модели с низким, так и с высоким разрешением отображают меньшие скорости течения по сравнению с наблюдениями. Модели с высоким разрешением демонстрируют улучшенное воспроизведение скорости течения и направления потока, за исключением Южного океана. Производительность моделей с высоким разрешением в регионах с сильными течениями, как правило, лучше, чем в регионах со слабыми потоками. Динамически увеличение разрешения модели улучшает представление временных изменений циркуляции на средней глубине за счёт эффективного захвата мезомасштабных процессов. Однако это также приводит к переоценке их интенсивности примерно на 65% в среднем по всему Мировому океану.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-80152-4

Мир уже находится в процессе изменения климата, и, помимо предотвращения его дальнейшего изменения, фундаментальный интерес представляют анализ существующих воздействий и реализация соответствующих мер адаптации. Для этого важно различать влияние человеческого управления и изменения землепользования от суммарных эффектов изменения климата. Однако атрибуция эффектов изменения климата в гидрологии всё ещё находится в зачаточном состоянии, и цель этого сборника, включающего в общей сложности 9 статей, состоит в том, чтобы способствовать лучшему пониманию основных методов, с одной стороны, и количественно оценить недавние последствия изменения климата для гидрологических процессов, с другой. Атрибуция последних тенденций в среднем годовом расходе воды с изменением климата была возможна в 42% из 97 выбранных речных бассейнов на трёх исследованных континентах, в основном указывая на положительные тенденции в стоке: в Норвегии, на севере России, на севере Казахстана, на западе Китая и в бассейне озера Виктория. Отрицательные тенденции в речном стоке, связанные с изменением климата, были выявлены в Голубом Ниле и Главном Ниле, в трёх бассейнах Центральной и Южной Азии, а также в реке Селенга.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03804-4

Точные национальные оценки суммарного обмена экосистем на суше имеют решающее значение для глобальной инвентаризации. Оценки суммарного обмена экосистем из разных моделей инверсии сильно различаются в национальном масштабе, и относительное влияние предыдущих потоков и наблюдений на эти инверсии остаётся неясным. Здесь авторы оценивают суммарный обмен экосистем 51 региона суши за период 2017-2019 гг., сосредоточившись на 10 крупнейших странах, используя предыдущие потоки из 12 моделей биосферы суши и извлечения XCO₂ - данных спутников GOSAT и OCO-2 в качестве ограничений. Среднее снижение неопределённости для 10 стран увеличивается с 37% с GOSAT и 45% с OCO-2 до 50% с комбинированными наблюдениями, что указывает на тенденцию к надёжным оценкам. В более мелких пространственных масштабах, даже при комбинированных наблюдениях, снижение неопределённости составляет всего 33%, т.е. априорный поток доминирует в оценках. Это исследование подчёркивает критическую важность интеграции многоисточниковых наблюдений и уточнения априорных потоков для повышения точности оценок потока углерода.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01910-w

Исследования городских экосистемных услуг (ЭУ) охватывают многие регионы мира, однако в ряде регионов, включая Россию, сохраняются значительные пробелы. Кроме того, число публикаций по российским ЭУ по-прежнему очень мало, и большинство из них сосредоточено на оценке ЭУ на национальном уровне, что приводит к неполному пониманию предоставления ЭУ в российских городах. С целью заполнить этот пробел, были систематически проанализированы 197 публикаций по городским ЭУ. В основном они включали исследования городских ЭУ в России, а также в других городах мира, представляющие собой тематические исследования в рамках международного сотрудничества российских учёных с другими партнёрами. В статье указаны основные аспекты принятия и операционализации концепции ЭУ в российском научном дискурсе путём предоставления обзора текущих исследований взаимоотношений между людьми и городскими экосистемами. В пространственном отношении большинство исследований были сосредоточены на крупных городах; при этом в качестве основных методов исследования часто использовались полевые обследования, статистический анализ, экспертные оценки и картирование. Были выявлены четыре ключевые проблемные области: антропогенное давление на почвы и растительность, городские зелёные зоны и их число и качество для предоставления ЭУ, ценность оценки ЭУ для городского планирования и платежи за ЭУ. Для решения этих проблем будущие исследования должны быть сосредоточены на роли городских ЭУ для устойчивости города, экосистемных медвежьих услугах, сельско-городских взаимодействиях, более широком тестировании и проверке картирования и оценки ЭУ, а также лучшей интеграции ЭУ в экономические, нормативные и компенсационные механизмы.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-024-02102-8

Прогнозы наступления времени морской Арктики без льда до сих пор были сосредоточены на среднемесячных условиях без льда. Авторы приводят первые прогнозы того, когда мог бы настать первый день без льда в Северном Ледовитом океане, используя ежедневные выходные данные нескольких моделей CMIP6. Обнаружено, что существует большой диапазон прогнозируемого первого дня без льда, от трёх лет по сравнению с эквивалентным модельным состоянием 2023 года до отсутствия дня без льда до конца моделирования в 2100 году, в зависимости от модели и используемого сценария воздействия. Применив подход сюжетной линии, авторы затем сосредоточились на девяти расчётах, где первый день без льда наступает в течение 3–6 лет, т.е. потенциально до 2030 года, чтобы понять, что может вызвать такой маловероятный, но существенный переход к первому дню без льда. Было обнаружено, что все эти ранние дни без льда происходят во время быстрого исчезновения льда и связаны с сильным зимним и весенним потеплением.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-54508-3

Основной характеристикой экстремальных осадков (ЭО) является их горизонтальный масштаб. Этот горизонтальный масштаб может влиять на интенсивность ЭО через влияние на временную шкалу ЭО, а также на силу конвективных обратных связей. Таким образом, чтобы быть уверенными в будущих прогнозах экстремальных осадков, следует оценить горизонтальные масштабы ЭО в глобальных климатических моделях. Анализируя ежедневные выходные данные 27 моделей, участвующих в проекте CMIP6, в том числе 13 моделей из проекта сравнения моделей с высоким разрешением (HighResMIP), авторы вычислили горизонтальные масштабы ЭО и экстремальный рост для годовых максимальных ЭО в период 1981–2000 гг. Обнаружено, что горизонтальные масштабы как ЭО, так и связанного с ними восходящего движения зависят от разрешения: при увеличении горизонтального разрешения в семь раз горизонтальный масштаб уменьшается примерно в два-пять раз, с более высокой чувствительностью в тропиках, чем в средних широтах. Дальнейший анализ в средних широтах южного полушария показывает, что эта зависимость от разрешения является результатом поведения осадков во время моделируемых ЭО, которые почти полностью разрешены, а не параметризованы. Однако ЭО — это не просто штормы в ячейках сетки, и анализ горизонтальных масштабов аномалий геопотенциала предполагает, что динамика планетарного масштаба в глобальных климатических моделях не зависит от разрешения. Таким образом, доминирование разрешённых осадков во время ЭО, скорее всего, обусловлено конвекцией на сетке модели или образованием сильных, плохо разрешённых фронтов, и необходимы дополнительные работы для изучения этих возможностей и поиска средства для устранения этой зависимости от разрешения.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040146

Внетропические внутрисезонные колебания (ВВК), которые родственны тропическим внутрисезонным колебаниям, значительно влияют на внутрисезонную изменчивость в средних и высоких широтах. Предыдущие исследования показали, что смещения в динамическом прогнозировании ВВК снижают точность субсезонных прогнозов экстремальных событий, особенно во внетропических регионах. Однако текущие динамические возможности прогнозирования ВВК и связанная с ними зависимость остаются невыясненными. На основе недавно предложенных метрик ВВК, представляющих три доминирующих зонально распространяющихся режима ВВК, перемещающихся вдоль западных струй, это исследование проводит комплексную оценку качества прогнозирования ВВК в 13 современных моделях субсезонных-сезонных (S2S) проектов. Во-первых, модели S2S демонстрируют способность предсказывать ВВК в диапазоне 9–20 дней, что демонстрирует более высокую предсказуемость по сравнению с другими обычными режимами циркуляции во внетропических поясах. В субсезонном прогнозировании амплитуды ВВК недооцениваются, а их скорости распространения характеризуются большими случайными ошибками во всех моделях S2S. Во-вторых, способность предсказывать ВВК зависит от их начальной/целевой амплитуды, особенно для сильных целевых амплитуд, которые демонстрируют более высокую способность предсказания, чем ВВК со слабой амплитудой. В-третьих, хотя способность предсказывать ВВК чувствительна к фазе ВВК, она не привязана к какой-либо фиксированной фазе, что указывает на то, что ВВК не имеют внутреннего барьера прогнозирования, такого как тропическое внутрисезонное колебание. В этом исследовании также обсуждается, как инициализация влажности и размеры ансамбля влияют на способность предсказывать ВВК в предположении, что увеличение членов ансамбля в диапазоне насыщения является эффективным способом улучшения качества прогнозирования для внетропических субсезонных колебаний и связанных с ними экстремальных явлений.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD042015