Снег — самая отражающая естественная поверхность на Земле. Поскольку свежий снег на голом морском льду увеличивает альбедо поверхности, воздействие накопления снега летом может иметь отрицательный радиационный эффект, который будет препятствовать таянию поверхности морского льда и потенциально замедлять его исчезновение. Однако неизвестно, как часто, где и когда на арктическом морском льду происходят летние снегопады. В этом исследовании авторы использовали натурные и модельные данные о глубине снежного покрова в сочетании с альбедо поверхности и атмосферными условиями, полученными со спутников, чтобы охарактеризовать летнее накопление снега на арктическом морском льду с 2003 по 2017 гг. Обнаружено, что в Арктике ежегодно в первоначально бесснежных условиях происходило ~2 случая накопления снега. Средняя высота снега и увеличение альбедо составили ~2 см и 0,08 соответственно. 16,5% случаев накопления снега были оптически толстыми (глубиной >3 см) и длились на 2,9 дня дольше, чем среднее событие накопления снега (3,4 дня). На основе простой модели переноса излучения с многократным рассеянием авторы оценили изменение среднегодового радиационного воздействия в верхних слоях атмосферы на -0,086 ± 0,020 Вт/м² для летних снегопадов в 2003–2017 гг. Работа предоставляет новую информацию о частоте, распределении и продолжительности наблюдаемых явлений накопления снега над арктическим морским льдом летом. Такие результаты могут быть особенно полезны для понимания воздействий эфемерной летней погоды на альбедо поверхности и на радиационное воздействие на арктический морской лёд, а также для оценки климатическими моделями летних атмосферно-ледяных процессов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040667

В этом исследовании анализируются две взаимосвязанные опасности, угрожающие морским операциям в Арктике: морской лёд и океанские волны. Здесь климатические модели используются для прогнозирования будущего состояния морского льда и структуры арктических волн. На основании этого получен 50-летний ансамблевый прогноз эволюции морского льда и волн с целью проанализировать, как обе опасности развиваются вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода. В результате этого исследования авторы пришли к выводу, что по мере снижения риска от морского льда в регионе наблюдается значительный рост волн. Это явление различается в зависимости от месяца, поскольку в летние и зимние месяцы - июль и ноябрь - наблюдаются схожие тенденции в уменьшении риска от морского льда, а в последнем месяце наблюдается быстрое усиление волнового климата по сравнению с предыдущим месяцем. 

Продолжающееся и прогнозируемое отступление арктического морского льда вызвало международный интерес к использованию арктических морских коридоров для судоходства, туризма и развития. Тем не менее, учитывая потенциал увеличения трафика в арктических регионах, важно учитывать дополнительные экологические переменные, на которые влияет изменение климата и которые могут поставить под угрозу морские операции. Здесь использованы четыре прогноза климатической модели для океанских волн и исследованы будущая величина и сезонность риска от морского льда в сочетании с волновыми опасностями. Анализируя потенциальный пятимесячный сезон судоходства, охватывающий июль-ноябрь, вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода в период с 2020 по 2070 гг., авторы показывают существенное снижение риска от морского льда за период анализа, что приводит к почти открытой воде на маршруте для пяти месяцев к 2070 году. Однако по мере сокращения сезонного ледяного покрова наблюдается значительная тенденция к увеличению высоты волн вдоль маршрута в июле и ноябре, при этом время наибольшей высоты волн смещается с сентября к более позднему сезону. Этот результат важен, поскольку возможность беспрецедентных по сезону экстремальных волн в сочетании с низкими температурами поздней осени создаёт особенно опасную окружающую среду, подчёркивая тем самым важность учёта взаимодействия между развивающимся морским льдом и взаимозависимыми опасностями при прогнозировании рисков и проблем, с которыми сталкивается арктическое морское судоходство.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400355121

Крупномасштабные колебания климатической системы создают временные засушливые периоды, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, что требует дорогостоящих инвестиций в инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Здесь разработаны методы построения теории о том, какие подходы к увеличению водоснабжения являются надёжными и экономически эффективными для решения общих структур колебаний климата в странах Африки к югу от Сахары. Авторы обнаружили, что длительные десятилетние колебания требуют крупнейших инвестиций в инфраструктуру, если используются традиционные методы планирования. Однако мониторинг колебаний и реагирование с помощью временных решений, соответствующих периоду колебаний, могут снизить потребность в новой инфраструктуре. Это подчёркивает важность адаптационного потенциала в решении проблемы долгосрочной изменчивости климата и целенаправленных инвестиций в инфраструктуру для адаптации к климату. 

Колебания климата, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, приводят к изменчивости осадков во многих речных бассейнах по всему миру. В результате многим регионам потребуются инвестиции в новую водную инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Однако нынешние подходы к адаптации сосредоточены на долгосрочных тенденциях с подготовкой к средним климатическим условиям середины или конца столетия. Влияние климатических колебаний, приводящих к длительным и переменным, но временным засушливым периодам, на потребности в увеличении водоснабжения, неизвестно. Современные подходы к развитию теории систем «природа-общество» ограничены в своей способности реалистично отражать воздействие климатических колебаний на водоснабжение. Здесь авторы разрабатывают подход к построению теории среднего уровня того, как обычные климатические колебания влияют на недорогие и надёжные стратегии увеличения водоснабжения. Были извлечены контрастные черты климатических колебаний в странах Африки к югу от Сахары и изучено их влияние на общую систему водоснабжения. Этот подход объединяет прогнозы климатических моделей, нестационарную обработку сигналов, генерацию стохастической погоды и достижения на основе обучения с подкреплением в области стохастического динамического управления. Обнаружено, что более длительные климатические колебания часто требуют большей мощности по увеличению водоснабжения, но больше выгоды - от динамических подходов. Таким образом, в условиях адаптивной способности часто пересматривать решения по планированию более длительные колебания климата не требуют большей мощности. Создавая теорию взаимосвязи между колебаниями климата и наименее затратным надёжным увеличением водоснабжения, авторы полагают, что их выводы могут помочь специалистам по планированию ориентироваться на дефицитные ресурсы и направлять водные технологии и инновации в политике. Этот подход можно использовать для поддержки планирования адаптации к изменению климата в крупных пространственных масштабах в секторах, на которые влияет изменчивость климата.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215681120%4010.1073/pnas.2024.121.issue-29

Ожидается, что высыхание ландшафтов, связанное с таянием многолетней мерзлоты, приведёт к усилению микробного окисления метана в арктических почвах. Здесь показано, что богатые льдом отложения многолетней мерзлоты Едомы, содержащие непропорционально большую долю углерода панарктических почв, представляют собой альтернативную траекторию. Полевые и лабораторные наблюдения свидетельствуют, что развитие таликов (многолетнеталых почв в многолетней мерзлоте) на ненасыщенных Едомских возвышенностях приводит к неожиданно большим выбросам метана (35–78 мг м^-2 сут^-1 летом, 150–180 мг м^-2 сут^-1 зимой). Выбросы талика возвышенности Едома в год были почти в три раза выше, чем выбросы северных водно-болотных угодий в расчёте на площадь. Примерно 70% выбросов произошло зимой, когда замерзание поверхности почвы уменьшило метанотрофию, увеличивая выход метана из талика. Дистанционное зондирование и численное моделирование указывают на возможность широкого распространения горных таликов на территории панарктического региона Едома в XXI и XXII веках. Вопреки предсказаниям нынешних климатических моделей, эти результаты предполагают положительную и гораздо более значительную обратную связь между многолетней мерзлотой, метаном и климатом нагорья Едома.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50346-5

Морской лёд охлаждает Землю, уменьшая поглощённую ею солнечную энергию. Авторы сочетают моделирование переноса радиации со спутниковыми данными об альбедо поверхности, распределении морского льда и облаков, чтобы количественно оценить радиационный эффект морского льда в верхней части атмосферы. Усреднённые за 1980–2023 гг. значения радиационного эффекта морского льда в Арктике и Антарктике варьируются от –0,64 до –0,86 Вт/м² и от –0,85 до –0,98 Вт/м² соответственно, с разными наборами данных по облакам и предположениями о климатологической и ежегодно меняющейся облачности. Однако тенденции радиационного эффекта морского льда относительно нечувствительны к этим предположениям. Арктический радиационный эффект морского льда ослаблялся квазилинейно со скоростью 0,04–0,05 Вт·м^-2 за десятилетие, что означает снижение отражательной способности арктического морского льда на 21–27% с 1980 года. В 2016 году режим морского льда Антарктики изменился, в результате чего радиационный эффект морского льда в Антарктике и мире в 2016–2023 гг. был на 0,08–0,12 и 0,22–0,27 Вт/м² соответственно слабее по сравнению с 1980–1988 гг. Таким образом, глобальный морской лёд потерял 13–15% своего планетарного охлаждающего эффекта с начала/середины 1980-х годов, а предполагаемая обратная связь глобального альбедо морского льда составляет 0,24–0,38 Вт · м^-2 · К^-1.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL109608

Радиационное воздействие чёрного углерода подвержено множеству сложных, взаимосвязанных источников неопределённости. Здесь авторы выделяют роль показателя преломления, определяющего степень поглощения и рассеяния излучения чёрным углеродом. При сохранении других параметров постоянными изменение показателя преломления чёрного углерода от m_550nm = 1,75–0,44 до m_550nm = 1,95–0,79 увеличивает оптическую толщину моделируемого поглощающего аэрозоля на 42 % и эффективное радиационное воздействие от взаимодействия чёрного углерода с излучением на 47%. Увеличение оптической толщины поглощающего аэрозоля сопоставимо с её увеличением, полученным из недавних обновлений кадастров выбросов аэрозолей, а в регионах-источниках Британской Колумбии оно на треть превышает разницу в оптической толщине поглощающего аэрозоля, полученную со спутников MISR и POLDER-GRASP. Увеличение эффективного радиационного воздействия от взаимодействия чёрного углерода с излучением сопоставимо с масштабом неопределённости в недавних литературных оценках. Хотя чувствительность модели к выбору показателя преломления чёрного углерода модулируется другими вариантами параметризации, представленные результаты подчёркивают важность учёта разнообразия показателей преломления в проектах взаимного сравнения моделей.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1796/

Закись азота (N₂O) представляет собой парниковый газ и вещество, разрушающее стратосферный озоновый слой, с большими и растущими антропогенными выбросами. Предыдущие исследования показали, что приток воздуха, обеднённого N₂O, из стратосферы частично является причиной сезонности содержания N₂O в тропосфере (aN₂O), но другие факторы остаются неясными. Авторы объединили поверхностные потоки из восьми моделей суши и четырёх моделей океана из фазы 2 проекта по сравнению моделей азота и N₂O с модельными результатами переноса в тропосфере для моделирования aN₂O в восьми удалённых точках отбора проб воздуха для современного и доиндустриального периода. Модели показывают общее согласие в отношении сезонной поэтапности среднезональных потоков N₂O для большинства участков, но сезонные размахи амплитуд различаются в разных моделях в несколько раз. Смоделированная сезонная амплитуда приземного aN₂O колеблется от 0,25 до 0,80 частей на миллиард (межквартильный диапазон 21–52% от медианы) для суши, 0,14–0,25 частей на миллиард (17–68%) для океана и 0,28–0,77 частей на миллиард (23–52%) для совокупного вклада потоков. Наблюдаемая сезонная амплитуда для этих участков колеблется от 0,34 до 1,08 частей на миллиард. Стратосферные вклады в aN₂O, выведенные на основе разницы между моделью приземно-тропосферной среды и наблюдениями, показывают на 16–126% большие амплитуды и минимумы с задержкой примерно на один месяц по сравнению с наблюдениями в северном полушарии. Потоки с поверхности суши и их сезонная амплитуда увеличились с доиндустриальной эпохи и, согласно прогнозам, будут и дальше расти в результате антропогенной деятельности. Эти результаты демонстрируют растущую важность потоков с поверхности суши. Учитывая большой разброс модельных результатов, наблюдения aN₂O in situ и модели химии переноса в атмосфере предоставят возможности для снижения неопределённостей в моделях наземной и океанической биосферы, что имеет решающее значение для прогнозирования циклов углерода и азота в условиях продолжающегося глобального потепления.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GB008010

В 2022 году Берингов пролив у Аляски пострадал от беспрецедентного цветения токсичных организмов, вызывающих паралитическое отравление моллюсками. 

На этом спутниковом снимке Берингова пролива, сделанном 2 августа 2022 года, вредоносное цветение водорослей показано красным цветом.

В июле 2022 года Иви Фашон (Evie Fachon) находилась на борту исследовательского судна Norseman II в поисках крошечных, но опасных существ, скрывающихся у побережья Аляски. Когда судно приблизилось к Берингову проливу, аспирантка Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) наблюдала, как количество одноклеточного организма Alexandrium catenella увеличивается на изображениях проб воды. Она и её коллеги плыли через плотные скопления динофлагеллят в основании пищевой цепи, производящих токсины, которые могут привести к паралитическому отравлению моллюсками. К концу круиза команда обнаружила самое большое токсичное цветение A. catenella, которое когда-либо наблюдалось в полярных водах, простирающееся как минимум на 600 километров и вызвавшее появление предупреждений о потенциально небезопасном морском промысле.

 Учёные говорят, что такое полярное цветение более вероятно, поскольку изменение климата приводит к ещё более высоким температурам океанов. «Чем теплее, тем быстрее [клетки] потенциально могут расти и размножаться», — говорит Фашон, ведущий автор статьи, описывающей цветение 2022 года. Работа, опубликованная на прошлой неделе в журнале Limnology and Oceanography Letters, обнаружила, что концентрации водорослей более чем в 100 раз превышают уровень, необходимый для предупреждения об опасности общественного здравоохранения.

 Группе посчастливилось задокументировать необычайное цветение, которое в противном случае могло бы остаться незамеченным, пока кто-то, потреблявший пищу, заражённую микробом, не заболел. «То, что они были там, чтобы запечатлеть это, просто удивительно», — говорит Джули Матвею (Julie Matweyou), учёный-эколог из Alaska Sea Grant’s Marine Advisory Program (MAP).

Цветение A. catenella — проблема, которая уже давно беспокоит рыболовство в более низких широтах, включая юго-восточную Аляску. Но в последние годы учёные обнаружили доказательства того, что цветение становится угрозой и для арктических сообществ. Во время предыдущих исследовательских круизов Фашон её консультант Дональд Андерсон (Donald Anderson) из WHOI, взял образцы донных отложений и задокументировал «массивные» пласты цист A. catenella, спящей формы её жизненного цикла, простирающиеся более чем на 1000 километров от Берингова пролива до западного края моря Бофорта. При подходящих условиях эти цисты могут вызвать вредоносное цветение в поверхностных водах. 

Фашон и её коллеги подозревают, что цветение 2022 года зародилось где-то в Беринговом море, возможно, в российском Анадырском заливе. Поскольку сильные ветры вытеснили богатые питательными веществами воды западной части Берингова моря в более тёплые воды Аляски, благоприятная температура и условия с питательными веществами позволили водорослям размножиться. 

Беспрецедентное полярное цветение представляет собой растущую угрозу общественному здравоохранению, говорит Кристофер Гоблер (Christopher Gobler), эколог из Университета Стоуни-Брук, опубликовавший в 2017 году исследование, показывающее, что потепление океана расширило диапазон вредного цветения водорослей в северных частях Атлантического и Тихого океанов. «Это действительно то, что может застать врасплох регулирующие органы – и даже в некоторых случаях медицинское сообщество – потому что всё создано для борьбы с известным, а не с неизвестным». 

В отличие от многих прибрежных районов США, где отслеживаются образцы океана на наличие A. catenella, в Беринговом проливе не хватает инфраструктуры для обнаружения цветения, подобного тому, которое произошло в 2022 году. Местные чиновники здравоохранения приступили к действиям по распространению рекомендаций среди окрестных племён, которые полагаются на натуральный сбор урожая, только после того, как исследователи сообщили о высоких показателях A. catenella. 

Гей Шеффилд (Gay Sheffield), биолог морских млекопитающих из MAP и соавтор нового исследования, говорит, что, по её мнению, возможно, это удача, что никто не погиб. В августе того же года семья поймала моллюска к северу от Савунги, поселения на острове Св. Лаврентия. Из-за недавней рекомендации они отправили моллюска на тестирование вместо того, чтобы съесть его, и его токсинная нагрузка более чем в пять раз превышала предел безопасности пищевых продуктов. 

Исследовательские круизы проводятся не каждое лето. Поэтому Шеффилд работала с другим автором исследования — Эммой Пейт (Emma Pate), специалистом по экологическому планированию в корпорации Norton Sound Health, — чтобы улучшить возможности отбора проб воды, когда местные условия содержания водорослей могут быть опасными, и обеспечить финансирование для строительства испытательной лаборатории в Номе. 

Но мониторинг воды на такой обширной территории является сложной задачей, поскольку всё ещё существуют пробелы в знаниях о том, как ведут себя цветы и почему некоторые из них особенно токсичны. Работа Фашон показала, что цветение 2022 года было гораздо более токсичным, чем любое зарегистрированное в заливе Мэн, за которым уже давно наблюдают. 

Исследователи всё ещё пытаются понять, как токсины перемещаются по пищевой сети. В других странах мира предупреждения, связанные с цветением, в основном касаются моллюсков и мидий, которые, как известно, накапливают ядовитые количества токсинов. Но племена в районе Берингова пролива также полагаются на морских птиц, тюленей, моржей и китов. 

Пейт и Шеффилд отправляют образцы местных животных в государственную лабораторию для тестирования. Это не та задача, к которой они относятся легкомысленно; просить образцы — это все равно, что брать еду прямо с тарелок, отмечает Пейт. Но после цветения вируса в 2022 году жители стали лучше знакомиться с мерами предосторожности и необходимостью тестирования. «Это процесс обучения, потому что нам всё ещё нужно больше данных», — говорит Пейт.

Ссылка: https://www.science.org/content/article/warming-oceans-are-pushing-harmful-algal-blooms-polar-waters

Гидрография и стратификация приполярной части Северной Атлантики сильно различаются: конвекция активируется и деактивируется в некоторых частях морей Лабрадор и Ирмингера. Эта изменчивость, вероятно, являющаяся следствием Атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, изучается в ретроспективном прогнозе модели океана с большим количеством вихрей, охватывающем 1958–2021 гг., а также в воспроизведении ситуаций 1950–2050 гг. с четырьмя климатическими моделями, охватывающими различия в разрешении океана (насыщенные вихрями или допускающие вихри), коде и реализации. Стратификация морей Лабрадора и Ирмингера количественно оценивается с помощью потенциальной энергетической аномалии в верхних 1000 м водного столба. Ежемесячные аномалии потенциальной энергетической аномалии оцениваются наряду с соответствующими аномалиями температуры поверхности моря, солёности и плотности. Для 30-летних окон скользящие корреляции между потенциальной энергетической аномалией и свойствами поверхности получены в течение 100-летнего моделирования, чтобы охарактеризовать развивающиеся взаимосвязи. По мере прогрессирования изменения климата стратификация в трёх из четырёх моделей всё больше связана с переменной поверхностной солёностью в обоих регионах. Лагранжев анализ путей поверхностного стока за десятилетия, предшествовавшие 1990 и 2040 годам, проводится для одной из моделей, в которой влияние поверхностной солёности возрастает. Установлено, что к 2040 году субполярное присутствие низкосолёных арктических вод и высокосолёных субтропических атлантических вод соответственно увеличится и уменьшится. Кроме того, в трёх из четырёх моделей постепенно заменяется компенсация поверхностной плотности, связанная с корреляцией приземной температуры и аномалий солёности, как результат комбинированного потепления и опреснения поверхности, снижения плотности поверхности и усиления стратификации. Масштабы этих зависящих от модели изменений и процессов будут иметь последствия для прогнозируемой судьбы Атлантической меридиональной термохалинной циркуляции к середине XXI века.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07336-6

Селекция растений добилась успехов в адаптации сельскохозяйственных культур во всём мире, и одной из последних задач является адаптация к более тёплым дням и ночам. На примере пшеницы авторы показывают, что современные элитные питомники демонстрируют различные уровни адаптации к жаре. Как правило, чем выше коэффициент отбора по реакции урожайности в условиях потепления, тем менее стабильной является реакция урожайности в разных средах. В частности, менее трети испытанных генотипов хорошо адаптировались к потеплению на 0,26°C за последнее десятилетие, а фенотипы были стабильными только в 26% сред. При продолжающемся потеплении коэффициент отбора падает на 8,5%, а стабильность - на 8,7% на каждое повышение локальной температуры на 1°C. В целом, при столкновении с большей изменчивостью климата селекционерам необходимо пересмотреть свои стратегии разведения, чтобы интегрировать генетическое разнообразие, обеспечивающее устойчивость к изменению климата без ущерба для продуктивности в благоприятные сезоны.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02069-0