Эмуляторы искусственного интеллекта для прогнозирования стали мощными инструментами, которые могут превзойти обычные числовые прогнозы. Следующим рубежом является создание эмуляторов для длительных климатических расчётов в диапазоне пространственно-временных масштабов, что особенно важно для океана. Эта работа создаёт искусный глобальный эмулятор океанического компонента современной климатической модели. Авторы эмулируют ключевые океанические переменные, высоту поверхности моря, горизонтальные скорости, температуру и солёность по всей их глубине. Используется модифицированная архитектура ConvNeXt UNet, обученная на многоглубинных уровнях океанических данных. Было показано, что эмулятор океана — Samudra — не демонстрирующий дрейф относительно истины, может воспроизводить глубинную структуру океанических переменных и их межгодовую изменчивость. Samudra стабилен на протяжении столетий и в 150 раз быстрее исходной модели океана. Samudra изо всех сил пытается уловить правильную величину вынуждающих тенденций и одновременно оставаться стабильным, что требует дальнейшей работы.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL114318

Синоптики надеются, что новые алгоритмы позволят раньше предупреждать о приближении опасной погоды.

Алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) могут производить прогнозы погоды быстрее, чем традиционные алгоритмы, используя малую часть вычислительных затрат. Но поскольку обучение ИИ требует больших объёмов данных, до сих пор он был наиболее успешным в создании прогнозов глобального масштаба. До недавнего времени исследователям не хватало данных, необходимых для обучения алгоритмов прогнозированию мелкомасштабных погодных условий, таких как грозы.

Флора и Потвин (Flora and Potvin) расширили прогнозирование погоды на основе ИИ до событий масштаба гроз, обучив нейронную сеть Google GraphCast на данных из системы Warn-on-Forecast NOAA. Исследовательский проект Warn-on-Forecast генерирует прогнозы с высоким разрешением для областей, где вероятны экстремальные погодные условия, с целью выпуска более ранних предупреждений о торнадо, сильных грозах и внезапных наводнениях.

Модель ИИ, названная WoFSCast, изучила динамику ключевых характеристик гроз, включая восходящие потоки, которые подпитывают штормы термодинамической энергией, и холодные воздушные карманы, которые образуются под штормами и влияют на то, как штормы движутся и растут.

Модель дала в основном точные прогнозы того, как будут развиваться штормы в течение двух часов; эти прогнозы совпали на 70–80% с прогнозами, сгенерированными системой Warn-on-Forecast. Процесс генерации прогноза занял всего 30–40 секунд с использованием одного графического процессора. Это как минимум в 10 раз быстрее, чем использование текущей системы Warn-on-Forecast для генерации прогнозов без ИИ.

Исследователи предполагают, что с дополнительными данными для обучения WoFSCast может стать ещё более универсальным, например, предсказывая поверхностные ветры и осадки в тропических циклонах, выходящих на сушу, а также то, как будут распространяться лесные пожары. Используя систему, усовершенствованную с помощью ИИ, Национальная метеорологическая служба сможет быстрее выпускать предупреждения о суровых погодных условиях и уменьшать вред, наносимый этими экстремальными явлениями.
(Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1029/2024GL112383, 2025)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/storm-prediction-gets-10-times-faster-thanks-to-ai

Точная оценка антропогенных выбросов CO₂ имеет решающее значение для эффективной политики смягчения антропогенного воздействия на климат. Целью данного исследования является улучшение оценок выбросов CO₂ в Китае с использованием измерений дистанционным зондированием усреднённых по столбу молярных долей CO₂ в сухом воздухе (XCO₂) и подхода нейронной сети. Авторы оценили аномалии XCO₂, полученные с помощью трёх подходов к фоновой концентрации XCO₂: CHN (национальная медиана), LAT (10-градусная широтная медиана) и NE (среднее значение ближайших сеток без выбросов). Затем была применена модель обобщённой регрессионной нейронной сети в сочетании со стратегией моделирования разделов с использованием алгоритма кластеризации K-средних для оценки выбросов CO₂ на основе аномалий XCO₂, суммарной первичной продуктивности и данных о населении. Результаты показывают, что метод NE либо превосходил метод LAT, либо был по крайней мере сопоставим с ним, в то время как метод CHN показал худшие результаты. Стратегия моделирования разделов и включение данных о населении эффективно улучшили оценки выбросов CO₂. В частности, увеличение числа разделов с 1 до 30 с использованием метода NE привело к снижению значений средней абсолютной ошибки с 0,254 до 0,122 гС/м²/день, в то время как включение данных о населении привело к снижению значений средней абсолютной ошибки между 0,036 и 0,269 гС/м²/день для различных разделов. Настоящие методы и результаты предлагают критически важные идеи для поддержки разработки государственной политики и установления целевых показателей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/16/6/631

Главными темами номера являются:

• В столице Бразилии 9 мая прошло– В столице Бразилии 9 мая прошломинистерское заседание стран БРИКС, посвящённое борьбе со стихийными бедствиями
• Виртуальный саммит ООН высокого уровняВиртуальный саммит ООН высокого уровняпо вопросам климата

Также в выпуске:

• • •  Национальная товарная биржа провела аукцион по продаже углеродных единиц
    •  Правительство Москвы утвердило отчёт за 2024 год об использовании средств от размещения зелёных облигаций
    •  Первые климатические проекты в строительной сфере зарегистрированы в России
    •  Первые планы по адаптации регионов к климатическим изменениям будут обновлены в первом квартале 2025 года
    •  Верифицирован климатический проект по закачке сточных вод в подземные пласты
    •  В публикации Климатического центра Росгидромета представлен анализ структуры климатического обслуживания на глобальном и национальном уровнях
    •  Арктика является не только жертвой, но и активным фактором изменения климата
    •  Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
    •  Доклад ООН: климатический кризис угрожает потерей самобытности коренным народам Арктики
    •  (ВМО) выпустила Руководящие принципы по проверке гидрологических прогнозов на 2025 год
    •  Ежегодный обзор глобального климата за период с 2025 по 2029 годы Всемирной метеорологической организации
    •  Укрепление Программы ВОЗ-ВМО по климату и здоровью  

Деревья жизненно важны для нашей экосистемы. Согласно недавнему отчёту о глобальной оценке деревьев, представленному на Конференции ООН по биоразнообразию (COP16) 2024 года в Колумбии, более трети видов деревьев находятся под угрозой исчезновения, что является признаком серьёзной катастрофы вымирания деревьев, которую необходимо решать как можно скорее. Международный Союз Охраны Природы провел оценку почти 80% видов деревьев, и было установлено, что 38% видов деревьев сталкиваются с кризисом вымирания. Особое внимание следует уделить островным и эндемичным деревьям, которые находятся под угрозой исчезновения. На данный момент более 25% видов, включённых в Красный список Международного Союза Охраны Природы, — это деревья. Деревьев, находящихся под угрозой исчезновения, (почти вдвое) больше, чем птиц, млекопитающих, рептилий и земноводных вместе взятых. Однако деревьям в основном не уделяется должного внимания в усилиях по сохранению и финансированию. Деревья заслуживают большего внимания и наблюдения в заповедных зонах.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-025-02190-0

Инвазивные чужеродные виды являются основным фактором глобальных изменений, влияющим на биоразнообразие, экосистемные услуги и средства к существованию людей. Для документирования этих воздействий авторы представляют Глобальный набор данных о воздействии инвазивных чужеродных видов (Global Impacts Dataset of Invasive Alien Species, GIDIAS), набор данных о положительном, отрицательном и нейтральном воздействии инвазивных чужеродных видов на природу, вклад природы в жизнь людей и хорошее качество жизни. Этот набор данных взят из тематического оценочного отчёта Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, IPBES). Данные были собраны из опубликованных источников, включая серую литературу, в которой сообщалось о прямом наблюдении воздействия инвазивных чужеродных видов. Все записи о воздействии содержат до 52 полей контекстной информации и пытаются связать воздействия с глобальным стандартом «классификация воздействия на окружающую среду для чужеродных таксонов» (environmental impact classification for alien taxa, EICAT) и «классификация социально-экономического воздействия для чужеродных таксонов» (socio-economic impact classification for alien taxa, SEICAT). GIDIAS включает в себя более 22000 записей о воздействиях, вызванных 3353 инвазивными чужеродными видами (растения, позвоночные, беспозвоночные, микроорганизмы) со всех континентов и областей (наземные, пресноводные, морские), извлечённых из более чем 6700 источников. Авторы намерены сделать GIDIAS глобальным ресурсом для исследования и управления различными воздействиями инвазивных чужеродных видов по таксонам и регионам.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-025-05184-5

Эффект городского острова тепла (urban heat island, UHI) существенно влияет на городскую среду и качество жизни, однако исследования, сравнивающие прибрежные и расположенные вдали от моря («внутренние») города, относительно недостаточны. В этом исследовании с использованием набора данных MYD11A2 анализируется пространственно-временная эволюция температуры поверхности земли (land surface temperature, LST) и индекс интенсивности поверхностного городского острова тепла (surface urban heat island intensity index, SUHIII) в Пекине (внутренняя часть) и Даляне (побережье) с 2003 по 2023 гг., изучаются движущие факторы с 2003 по 2018 гг. и предлагаются стратегии смягчения последствий для аналогичных городов. Основные выводы: (1) SUHIII в Пекине на 0,45°C выше, чем в Даляне в летние дни, в то время как SUHIII в Даляне на 0,24°C больше, чем в Пекине в зимние ночи, вероятно, из-за морского климата Даляня, который повышает ночные LST и усиливает зимний SUHIII. (2) Оба города демонстрируют схожие тенденции в LST и SUHIII, с колебаниями до 2010 года, ростом после 2011 года и пиком в 2023 году, при этом расширение зон островов тепла происходит в основном в пригородных районах. (3) С 2003 по 2018 гг. средняя годовая максимальная дневная температура является основным фактором, способствующим SUHIII, за ней следуют эвапотранспирация и плотность населения, а индекс улучшенной растительности EVI является основным смягчающим фактором. Осадки Пекина ослабляют SUHIII, в то время как осадки Даляня способствуют ему. Прибрежные города должны сосредоточиться на планировании водоёмов и водно-болотных угодий для смягчения последствий возникновения островов тепла, особенно в таких районах, как Далянь, на которые распространяются осадки.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/17/10/1793   

Загрязнение воздуха ежегодно становится причиной миллионов преждевременных смертей, что приводит к широкому внедрению мер по обеспечению чистоты воздуха. Количественная оценка эффективности таких мер имеет решающее значение для управления качеством воздуха. Нормализация погоды на основе машинного обучения (Machine learning-based weather normalization, ML-WN) использовалась для изоляции метеорологических влияний от изменений, связанных с выбросами; однако она имеет свои ограничения, особенно когда происходят резкие сдвиги выбросов, например, после вмешательства. Авторы разработали логическую структуру оценки, основанную на парных наборах данных наблюдений и тесте «алгебры ML» (т.е. «коммутации» шага нормализации), чтобы показать, что ML-WN значительно недооценивает немедленные эффекты краткосрочных вмешательств на NO_X, при этом расхождения достигают 42% для вмешательств продолжительностью в одну неделю. Это открытие ставит под сомнение предположения о надёжности ML-WN для оценки краткосрочных политик, таких как экстренное управление дорожным движением или эпизодические события загрязнения. Авторы предлагают усовершенствованный подход (MacLeWN), который явно учитывает время вмешательства, снижая ошибки недооценки >90% в идеализированных, но правдоподобных случаях. Они применили оба подхода для оценки воздействия изоляции COVID-19 на NO_X, измеренного на Marylebone Road, Лондон. В течение одной недели после изоляции ML-WN оценивает примерно на 17% меньшее сокращение NO_X по сравнению с MacLeWN, и такая недооценка уменьшается по мере увеличения продолжительности политики, снижаясь до ~10% в течение одного месяца и становясь незначительной через три месяца. Выводы авторов указывают на важность тщательного выбора методологий оценки для вмешательств в качество воздуха, предполагая, что ML-WN следует дополнять или корректировать при оценке краткосрочных политик. Повышение интерпретируемости модели также имеет решающее значение для получения заслуживающих доверия оценок и улучшения оценок политики.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-1376/

Глобальный энергетический бюджет имеет важное значение для понимания антропогенного изменения климата. Согласно ему, запасы энергии в тепловых резервуарах Земли определяются дисбалансом в верхней части атмосферы между радиационным воздействием (приводящим к изменению климата) и радиационной реакцией (противостоящей воздействию). Авторы вывели энергетический дисбаланс Земли из реконструкции потепления океана. Результат улучшает замыкание глобального энергетического бюджета за 1880–2020 гг. по сравнению с предыдущими исследованиями. Были обнаружены две различные фазы в глобальном энергетическом бюджете. Энергетический дисбаланс Земли тесно связан с воздействием в 1880–1980 гг., но был меньше половины воздействия в 2000–2020 гг. То есть доля воздействия, которая пошла на нагревание Земли, была меньше в последние десятилетия, чем в более ранние периоды.

Глобальный энергетический бюджет имеет основополагающее значение для понимания изменения климата. Согласно ему, дисбаланс в верхней части атмосферы между радиационным воздействием (приводящим к изменению климата) и радиационной реакцией (противостоящей воздействию) равен запасу энергии в тепловых резервуарах Земли (т.е. в океане, в атмосфере, на суше и в криосфере). Около 90% энергетического дисбаланса Земли хранится в виде содержания тепла во внутренних слоях океана, которое плохо изучено до 1960 года. Авторы реконструируют энергетический дисбаланс Земли с 1880 года, выводя потепление подповерхностного океана из поверхностных наблюдений с помощью подхода функции Грина. Представленная оценка энергетического дисбаланса Земли согласуется с лучшими текущими оценками радиационного воздействия и радиационной реакции в период 1880–2020 гг. В этом исследовании согласованность улучшена по сравнению с предыдущими. Были обнаружены две отдельные фазы в глобальном энергетическом бюджете. В 1880–1980 гг. энергетический дисбаланс Земли тесно следовал за радиационным воздействием. Однако после 1980 года он увеличивался медленнее, чем воздействие; в 2000–2020 гг. дисбаланс составил менее 50% воздействия. При моделировании исторических изменений климата средний модельный энергетический дисбаланс согласуется с наблюдениями в пределах неопределённостей, но отдельные модели со «слабой» реакцией на антропогенный аэрозоль лучше согласуются с наблюдениями, чем модели с «сильной» реакцией. Поскольку глобальный энергетический бюджет до и после 1980 года подразумевает совершенно разное глобальное потепление в будущем, необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять причину этих исторических изменений.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2408839122

Урожайность основных культур является ключевым фактором, определяющим доступность продовольствия и размер площадей земли и других ресурсов, используемых в сельском хозяйстве. Авторы обобщают данные о том, как изменилась погода, с которой столкнулись эти культуры, и как эти изменения повлияли на урожайность. Большинство регионов выращивания культур испытали как быстрое потепление, так и атмосферную засуху, со значительными отрицательными последствиями для глобальной урожайности трёх из пяти культур. Модели могут в значительной степени воспроизводить эти изменения и последствия с двумя важными исключениями — они преувеличивают потепление и засуху в Северной Америке и преуменьшают засуху в большинстве других регионов умеренных широт. Высказаны идеи, которые могут помочь направить усилия по адаптации и усовершенствованию моделей.

Попытки предвидеть и адаптироваться к будущему климату могут выиграть от исторического опыта. Авторы изучили агроклиматические условия за последние 50 лет для пяти основных культур по всему миру. В большинстве регионов наблюдалось быстрое потепление относительно межгодовой изменчивости, при этом 45% летних и 32% зимних посевных площадей потеплели более чем на два среднеквадратических отклонения (σ). Дефицит давления пара, ключевой фактор водного стресса растений, также увеличился в большинстве регионов умеренных широт, но не в тропиках. Тенденции осадков, хотя и важные в некоторых местах, в целом были ниже 1σ. Результаты исторических климатических моделей показывают, что наблюдаемые изменения климата были бы хорошо предсказаны моделями, работающими с историческими воздействиями, но с двумя основными сюрпризами: i) модели существенно переоценивают объём потепления и высыхания, испытываемых летними культурами в Северной Америке, и ii) модели недооценивают увеличение дефицита давления пара в большинстве регионов возделывания сельскохозяйственных культур в умеренных широтах. Связывая агроклиматические данные с урожайностью сельскохозяйственных культур, авторы пришли к заключению, что климатические тенденции привели к тому, что текущая мировая урожайность пшеницы, кукурузы и ячменя оказалась на 10, 4 и 13% ниже, чем она могла бы быть в противном случае. Эти потери, вероятно, превысили эффект от увеличения концентрации CO₂ за тот же период, тогда как обратная ситуация имела место для сои и риса. Совокупные глобальные потери урожая очень похожи на то, что предсказывали модели, причём два указанных выше смещения в значительной степени компенсируют друг друга. Смещения результатов климатических моделей в воспроизведении тенденций дефицита давления пара могут частично объяснить неэффективность некоторых адаптаций, предсказанных модельными исследованиями, таких как переход фермеров на сорта с более длительным сроком созревания.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2502789122