Усиление усвоения CO₂ лесами по мере повышения концентрации CO₂ в атмосфере может замедлить темпы роста содержания CO₂, если ассимилированный углерод выделяется в долгоживущую биомассу. Эксперименты на молодых плантациях деревьев подтверждают эффект удобрения CO₂, поскольку уровень CO₂ в атмосфере продолжает увеличиваться. Однако существует неопределённость относительно того, сохраняют ли старые, более зрелые леса способность реагировать на повышенный уровень концентрации CO₂. Здесь, с помощью анализа годичных колец и лазерного сканирования полога, авторы показывают, что 180-летний лесной массив Quercus robur L. в центральной Англии увеличивал производство древесной биомассы при воздействии обогащения CO₂ в свободном воздухе в течение семи лет. Кроме того, повышенный уровень концентрации CO₂ усилил выделение углерода из тонких корней в почву с вероятным воздействием на циклы питательных веществ. Продемонстрированное в статье увеличение прироста деревьев и доли долгоживущей древесной биомассы подтверждает важную роль зрелых лесов умеренного пояса в смягчении последствий изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02090-3

Суда осветляют низкие морские облака выбросами серы и аэрозолей, что приводит к видимым «следам судов». В 2020 году новые правила судоходства предписали сократить допустимое содержание серы в топливе примерно на 80%. Недавние наблюдения показывают, что видимые «следы судов» уменьшились. Использование моделей показывает, что с 2020 года правила судоходства вызвали суммарное радиационное воздействие +0,12 Вт·м⁻². Анализ недавних температурных аномалий говорит о том, что аномалии температуры поверхности Северного полушария в 2022–2023 гг. коррелируют с наблюдаемым радиационным воздействием облаков, которое в свою очередь пространственно коррелирует с моделируемым радиационным воздействием от изменений выбросов судов в 2020 году. Изменения выбросов судов могут ускорять глобальное потепление. Чтобы более качественно ограничить эти оценки, необходимы лучший доступ к данным о местоположении судов и понимание выбросов аэрозолей судами. Понимание рисков и выгод от сокращения выбросов и трудности надёжной атрибуции подчёркивает большую неопределённость в атрибуции предлагаемого преднамеренного вмешательства в изменение климата.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL109077

Я КРИЧУ*, вы КРИЧИТЕ, мы все КРИЧИМ о более быстром моделировании климата.

Климатические модели вычисляют огромные объёмы информации о климатической системе Земли — от небольших капель воды до крупномасштабных погодных условий — для воссоздания прошлого климата или прогнозирования климата будущего. Точное воссоздание того, как энергия Земли (измеряемая в ваттах) сбалансирована между атмосферой, поверхностью суши, океанами и морским льдом, помогает учёным понять, какие факторы вызывают изменения климата, и позволяет лучше подготовиться к будущему.

Чтобы управлять широким диапазоном масштабов, эти компьютерные расчёты делят мир на трёхмерную сетку ячеек. Современные модели общей циркуляции, имитирующие движение воздуха вокруг планеты, делят атмосферу с сеткой горизонтальных квадратов примерно 1° по горизонтали и около 60 вертикальных уровней. Хотя это разрешение является улучшением по сравнению с более ранними версиями этих моделей, оно всё ещё достаточно низкое, что вызывает значительную неопределённость.

Глобальные модели разрешения штормов (global storm-resolving models, GSRM) — это новый тип климатической модели с более высоким разрешением. С квадратами сетки размером всего пять километров в поперечнике эти типы моделей могут предоставить больше подробностей и информации о суровых погодных явлениях, таких как тропические циклоны. Но они всё ещё испытывают трудности с разрешением деталей свойств облаков (особенно близко к поверхности Земли) и вертикального перемещения атмосферного тепла и влаги. Кроме того, их уровень детализации делает эти модели и медленными, и дорогими для запуска на традиционном компьютерном оборудовании.

Простая модель атмосферы E3SM с разрешением облаков (SCREAM) предлагает улучшенное разрешение облаков. Здесь результаты модели для события вспышки холодного воздуха около Сибири и циклона к югу от Австралии сравниваются с видимыми спутниковыми снимками Himawari-8.

Донахью и др. (Donahue et al.) обсуждают новую GSRM, сочетающую высокую скорость вычислений с моделированием высокого разрешения: простую модель атмосферы E3SM для разрешения облаков (SCREAM). Эта модель предназначена для работы на экзафлопсных компьютерах, которые могут выполнять более 1018 операций умножения или сложения в секунду — производительность, которая в настоящее время возможна только на двух самых быстрых компьютерах в мире. После пяти лет разработки авторы исследования провели четыре 40-дневных моделирования каждого сезона на сетке с разрешением три километра в этой новой модели и сравнили свои результаты со спутниковыми и наземными данными.

Эта первая итерация SCREAM воссоздала глобальный энергетический баланс с точностью до 1,2 Вт на квадратный метр, а также струи средних широт и атмосферные реки, ответственные за перенос влаги на полюсах. SCREAM также зафиксировала изменения в течение дня в облаках пограничного уровня во все четыре сезона, но испытывала трудности с охватом облаков среднего уровня, особенно в тропиках. Хотя SCREAM всё ещё находится на стадии разработки, она предоставит исследователям более быстрый способ выполнения моделирования климата с высоким разрешением. (Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES), https://doi.org/10.1029/2024MS004314, 2024)

* Обыгрывается значение англоязычного слова scream, использованного в качестве аббревиатуры модели.

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/modeling-earth-systems-at-a-quintillion-calculations-per-second

Палеоклиматические данные предоставляют испытательный стенд, на котором качество климатических моделей может быть оценено в условиях существенного изменения содержания CO₂; однако эти данные обычно недостаточно используются в процессе разработки и оценки моделей. Авторы используют набор метрик, основанных на косвенных наблюдениях палеоклимата, для оценки климатических моделей в трёх прошлых периодах. Обнаружено, что последнее ансамблевое среднее CMIP6/PMIP4 замечательно справляется с имитацией глобальных средних температур приземного воздуха этих прошлых периодов и улучшено по сравнению с CMIP5/PMIP3, что подразумевает, что современная климатическая чувствительность ансамблевого среднего моделей CMIP6/PMIP4 согласуется с палеоклиматическими данными. Однако некоторые модели, в частности, с очень высокой или очень низкой климатической чувствительностью, воссоздают палеотемпературы, которые находятся за пределами диапазона неопределённости палеопрокси-температурных данных; в этом отношении палеоданные могут обеспечить более строгое ограничение, чем данные из исторических записей. Также существует согласованность между моделями и данными с точки зрения полярного усиления, причем усиление увеличивается с ростом глобальной средней температуры во всех трёх временных периодах. Работа подчёркивает преимущества использования палеоклиматических данных в цикле разработки и оценки модели, в частности для отбора моделей со слишком высокой или слишком низкой чувствительностью климата в диапазоне концентраций CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01531-3

Солнечные протонные вспышки (СПВ) влияют на атмосферу Земли, вызывая дополнительную ионизацию в высокоширотной мезосфере и стратосфере. Скорость ионизации от таких солнечных протонных вспышек максимальна в стратосфере, но образование озоноразрушающих оксидов азота и водорода начинается на мезосферных высотах. Разрушение мезосферного озона связано с протонами с энергией около 10 МэВ и выше и будет сильно зависеть от интенсивности потока этих частиц. Большинство исследований, изучающих влияние СПВ на характеристики средней атмосферы, были основаны либо на моделировании, либо на наборах данных реанализа, а некоторые исследования использовали спутниковые наблюдения для проверки результатов модели. Авторы изучают влияние СПВ на потерю озона в холодное время года как в северном, так и в южном полушариях, используя измерения мезосферного озона Aura MLS за период с 2004 по 2024 гг. Показано, насколько сильно СПВ могут истощать полярный мезосферный озон в разных полушариях, и сделана попытка оценить эту зависимость от интенсивности солнечных протонных вспышек. Обнаружено, что умеренные СПВ, состоящие из протонов с энергией более 10 МэВ и интенсивностью потока более 100 единиц потока частиц (pfu), разрушают до 47% мезосферного озона в северном полушарии, и до 33% в южном. Для обоих полушарий пик зимней потери озона наблюдался на высоте около 76 км. В северном полушарии максимальная зимняя потеря озона наблюдалась на второй день после СПВ, но в южном полушарии зимнее истощение озона было обнаружено уже в первый день. В южном полушарии концентрации мезосферного озона возвращаются к уровню, предшествующему вспышке, на девятый день после СПВ, но в северном полушарии даже на десятый день после СПВ мезосферный озоновый слой может не восстановиться полностью. Сильные СПВ с интенсивностью потока протонов более 1000 pfu приводят к максимальной потере озона зимой до 85% в северном полушарии, а в южном полушарии зимой потеря озона достигает 73%.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/8/944

В рамках инициативы RECCAP2 оценен бюджет парниковых газов и углерода Европы. Для десятилетия 2010-х годов представлена оценка в подходе «снизу вверх» суммарных выбросов парниковых газов в размере 3,9 Пг CO₂-экв. год⁻¹ (использован потенциал глобального потепления на горизонте 100 лет), в значительной степени определяемых выбросами ископаемого топлива. В этом десятилетии наземные экосистемы выступали в качестве суммарного стока парниковых газов в размере 0,9 Пг CO₂-экв. год⁻¹, в котором доминировал сток CO₂, который частично уравновешивался суммарными выбросами CH₄ и N₂O. Для CH₄ и N₂O имеет место хорошее соответствие между оценками в подходах «снизу вверх» и «сверху вниз» из атмосферных инверсий. Однако сток CO₂ на суше в подходе «снизу вверх» значительно выше оценок в подходе «сверху вниз». Также показано, что десятилетние средние значения суммарных выбросов парниковых газов снизились на 1,2 Пг CO₂-экв. год⁻¹ с 1990-х годов, в основном из-за сокращения выбросов ископаемого топлива. Кроме того, основываясь на данных оценок обоих подходов, авторы обнаружили, что сток CO₂ на суше ослаб за последние два десятилетия. Большая часть европейских стоков CO₂ и углерода расположена в Северной Европе. В то же время отмечена тенденция к снижению силы стока в Скандинавии, что можно объяснить ростом интенсивности лесоуправления. Это частично компенсируется ростом стоков CO₂ в некоторых частях Восточной Европы и Северной Испании, что отчасти объясняется изменением методов землепользования. Обширные регионы с высокими выбросами CH₄ и N₂O в основном связаны с сельскохозяйственной деятельностью и находятся в Бельгии, Нидерландах и на юге Великобритании. Также проанализирована межгодовая изменчивость бюджетов парниковых газов. Засушливый 2003 год показал самые высокие суммарные выбросы CO₂ и всех парниковых газов вместе взятых.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008141

Продолжаются дебаты о связи между ускоренным потеплением в Арктике и экстремальными погодными явлениями в средних широтах. Поскольку экстремальные погодные явления имеют драматические социально-экономические издержки, важно исследовать возможность повышенного риска таких событий в средних широтах. Авторы исследовали изменения частоты экстремальных погодных явлений в Восточной Европе и Западной и Центральной Азии (30–60° с.ш., 20–75° в.д.) в период после арктического усиления (2002–2022 гг.) по сравнению с периодом до арктического усиления (1979–1999 гг.). Были проанализированы ежедневные отклонения от тренда приповерхностной температуры и осадков по данным ERA5. Нет надёжных доказательств вклада арктического усиления в изменения экстремальных осадков в Восточной Европе и Западной и Центральной Азии. В большинстве регионов исследуемой области наблюдалось снижение годового количества осадков в период после арктического усиления. Авторы также выявили увеличение последовательных сухих дней в большинстве районов Центральной Азии примерно на 16 дней в году, что можно объяснить более тёплым климатом, поскольку засушливые районы обычно становятся суше в более тёплом климате. Более сильное потепление Земли в более поздний период было связано со значительным увеличением как числа тёплых дней и ночей, так и значительным уменьшением числа холодных дней и ночей над Восточной Европой и Западной и Центральной Азией. В зависимости от сезона выявлены как усиление, так и ослабление верхнего тропосферного струйного течения в период постарктического усиления. Струйное течение усиливается от восточной части Чёрного моря к северному Казахстану и юго-восточной России весной. Напротив, оно значительно ослабевает в северной части Средиземного моря и западном Казахстане летом и над Каспийским морем и на Кавказе осенью. Эти результаты имеют важные последствия для лучшего понимания потенциального воздействия быстрого потепления Арктики на экстремальные погодные явления в средних широтах.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07367-z

Солнечное фотоэлектричество — это прямое использование солнечных ресурсов для выработки электроэнергии, что является одним из важнейших подходов к использованию возобновляемой энергии. Региональный выход фотоэлектрических систем может зависеть от местных особенностей температуры и освещённости, на которые влияет изменение климата. В этом исследовании изучается влияние изменения климата на выход энергии от солнечных фотоэлектрических систем по всему Китаю в будущем в рамках сценариев со средним SSP245 и с высоким уровнем выбросов SSP585 путём расчёта потенциала фотоэлектрических систем с использованием данных о солнечной радиации на наклонной поверхности и температуре. В целом, в рамках сценария SSP245 солнечная радиация увеличилась на 0,8% и 2,15%, а выход фотоэлектрической энергии - на 0,28% и 1,21% в 2020–2060 и 2061–2099 гг. соответственно. В сценарии SSP585 солнечная радиация увеличилась на 0,73% и 1,35%, а выходы фотоэлектрической энергии - на 0,04% и -1,21% в 2020–2060 и 2061–2099 гг. соответственно. В обоих сценариях потенциал фотоэлектрической энергии показал очевидный рост в юго-восточном и центральном Китае и значительное снижение в северо-западном Китае, Тибете и Внутренней Монголии. Поэтому предполагается, что в сценарии со средним уровнем выбросов изменение климата может увеличить потенциал фотоэлектрической энергии, тогда как в сценарии с высоким уровнем выбросов оно может подавить потенциал фотоэлектрической энергии в Китае.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/8/939

Осадки в Европе существенно влияют на местное сельское хозяйство и водные ресурсы. Многочисленные исследовательские работы изучали влияние тропосферных переменных на изменчивость осадков в Европе. Недавние исследования выявили связь между изменениями уровней стратосферного озона в высоких широтах и характером осадков по всей Евразии. В этом исследовании изучается корреляция между тенденциями стратосферы в высоких широтах и осадками в Западной Европе с использованием данных наблюдений, реанализа и атмосферных моделей, что даёт новые сведения о том, что содержание озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере в северных высоких широтах в значительной степени влияет на весенние и осенние осадки в Западной Европе, и объясняется соответствующий механизм. Рост содержания озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере имеет тенденцию увеличивать осадки в Западной Европе, и наоборот. Дальнейший анализ показывает, что повышенный уровень озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере за счёт излучения нагревает местный регион, смещая полярное струйное течение над Европой к экватору весной и осенью, что приводит к циклонической аномалии над Западной Европой. Это усиливает конвекцию над Западной Европой и переносит больше водяного пара из Атлантического океана. Влияние изменений в уровне озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере на характер осадков в Западной Европе было дополнительно подтверждено экспериментами по чувствительности с климатической моделью. Увеличение на 20% содержания озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере по всей Европе относительно многолетнего среднего значения увеличивает количество осадков в Западной Европе на 2,6–8 мм/месяц и уменьшает его на 10 мм/месяц на севере. В целом выводы авторов подчёркивают значительное влияние уровней озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере на модуляцию весенних и осенних осадков в Западной Европе, открывая важные дополнительные возможности для прогнозирования будущих изменений осадков.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07363-3

Значения плотности NO₂ в вертикальном столбе в тропосфере, измеренные прибором мониторинга тропосферы TROPOMI, использовались для изучения изменчивости содержания NO₂ и оценки городских выбросов NO_x для 261 крупного города по всему миру. Используемый алгоритм выделил три компонента в данных по тропосферному содержанию NO₂: фоновый, из городских источников и из промышленных точечных источников, а затем каждый из этих компонентов анализировался отдельно. Метод основан на подгонке спутниковых данных с помощью статистической модели с эмпирическими функциями дисперсии шлейфа, управляемыми метеорологическим реанализом. В отличие от других подобных исследований, в которых изучались шлейфы из точечных источников выбросов, это исследование включало фоновый компонент как функцию высоты в анализе и отделяло городские выбросы от выбросов из промышленных точечных источников. В анализе использовались данные о плотности населения и высоте поверхности, а также координаты промышленных источников. Наибольшие выбросы на душу населения были обнаружены на Ближнем Востоке, а наименьшие — в Индии и Южной Африке. Наибольший фоновый компонент наблюдался над Китаем и частями Европы, а наименьший — над Южной Америкой, Австралией и Новой Зеландией. Также были изучены различия между выбросами в рабочие и выходные дни. Городские выбросы по воскресеньям (или пятницам для некоторых стран) обычно на 20–50% меньше выбросов в рабочие дни для всех регионов, кроме Китая. Фоновый компонент обычно не показывает существенных различий между рабочими и выходными днями, что позволяет предположить, что фоновый NO₂ имеет существенно более длительное время жизни по сравнению с выбросами в шлейфах.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1991/