И исторические наблюдения, и недавние модельные исследования показывают более быстрое потепление в Арктике по сравнению с Антарктикой. Чтобы понять роль антарктической циркумполярной циркуляции в этой асимметрии потепления, авторы моделируют среднее климатическое состояние и реакцию климата на удвоение CO₂ в различных климатических средних состояниях антарктической циркумполярной циркуляции, «закрывая» или «открывая» пролив Дрейка с помощью системы модели Земли. От закрытого к открытому проливу Дрейка более сильное климатическое среднее антарктической циркумполярной циркуляции приводит к более сильному климатическому среднему атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, а также к более холодной Антарктике, но более тёплой Арктике в среднем климатическом состоянии. Меньший климатический показатель покрытия морским льдом в более тёплой Арктике означает менее интенсивное таяние морского льда в условиях глобального потепления. Это приводит к уменьшению асимметрии потепления между двумя полюсами в ответ на удвоение выбросов CO₂.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110265

В этом исследовании охарактеризованы показатели биологического углеродного насоса океана во второй итерации проекта REgional Carbon Cycle Assessment and Processes (RECCAP2). Анализ здесь был сосредоточен на сравнении глобальных и региональных закономерностей в масштабе биома в производстве твёрдых частиц органического углерода и потоков опускания из ансамбля биогеохимических моделей океана RECCAP2 с продуктами наблюдений, полученными с помощью спутникового дистанционного зондирования, отстойников и геохимических методов. В целом наблюдалось хорошее согласие модельных данных в средних крупномасштабных пространственных структурах, но со значительным разбросом по ансамблю моделей и продуктам наблюдений. Глобальное интегрированное среднее по ансамблю экспортное производство, принятое как опускающийся поток твёрдых частиц органического углерода на глубине 100 м (6,08 ± 1,17 Пг С/год), и коэффициент экспорта, определяемый как опускающийся поток, разделённый на чистую первичную продукцию (0,154 ± 0,026), оба попали на нижнюю границу данных наблюдений. Сравнение с диапазоном наблюдений также показало, что ансамбль моделей, возможно, недооценил региональную биологическую депрессию CO₂ и поток CO₂ «воздух-море» в регионах с высокой продуктивностью. Разумное согласие модельных данных было обнаружено для глобального интегрированного среднего по ансамблю потока погружающихся твёрдых частиц органического углерода в глубокие слои океана на 1000 м (0,65 ± 0,24 Пг С/год) и эффективности переноса, определяемой как поток на 1000 м, разделённый на поток на 100 м (0,122 ± 0,041), причём обе переменные демонстрируют значительную региональную изменчивость. Анализ RECCAP2 представляет стандартные метрики биологического углеродного насоса океана для оценки качества биогеохимической модели, метрики, которые имеют решающее значение для дальнейших усилий по моделированию, направленных на устранение остающихся неопределённостей, связанных с взаимодействием на системном уровне между физикой океана и биогеохимией.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008156

Роль Китая становится всё более важной в смягчении последствий изменения климата, а для разработки политики энергосбережения и сокращения выбросов требуется информация на уровне города. Эффективность реализации национальной политики зависит от поддержки и участия местных органов власти. Точные данные о конечном потреблении энергии имеют жизненно важное значение для разработки и реализации энергетического перехода на уровне города, а также политики энергосбережения и сокращения выбросов. Однако существует нехватка источников данных, касающихся конечного потребления энергии на уровне городов Китая. Чтобы устранить эти пробелы, авторы разработали методы компьютерного моделирования, а также методы в рамках подхода «сверху вниз» и даунскейлинга для оценки конечного энергопотребления на уровне городов Китая. Таким образом, был составлен окончательный реестр энергопотребления для 331 китайского города с 2005 по 2021 гг., охватывающий семь секторов экономики, 30 видов ископаемого топлива и четыре источника чистой энергии. Более того, обсуждается достоверность результатов оценки с разных точек зрения, чтобы повысить её точность. Этот набор данных можно использовать для анализа в различных передовых областях исследований, таких как динамика энергетического перехода, стратегии управления рисками перехода и процессы формулирования политики.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03529-0

Долгосрочные (1982–2019 гг.) спутниковые записи климатических данных аэрозолей и облаков, данные реанализа метеорологических полей и методы машинного обучения используются для изучения воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака над Мировым океаном в климатологической перспективе. Анализ сосредоточен на трёх широтных поясах, где глубокие конвективные облака чаще встречаются: на севере средних широт, тропической широте и юге средних широт. Установлено, что аэрозольное воздействие на морские глубокие конвективные облака можно обнаружить только на севере средних широт по многолетним осреднённым спутниковым наблюдениям за аэрозолями и облаками. В частности, размер частиц облаков более восприимчив к эффекту аэрозоля по сравнению с другими микрофизическими переменными облаков (например, с оптической толщиной облаков). Признаки воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака могут быть легко скрыты метеорологическими ковариациями макрофизических переменных облаков, таких как облачный покров и температура верхней границы облаков. В результате анализа машинного обучения обнаружено, что первичный аэрозольный эффект (т.е. аэрозольный эффект без метеорологических обратных связей и ковариаций) может частично объяснить активизацию аэрозольной конвекции на верхней границе облаков и что для точного определения аэрозольной конвекции необходимо учитывать метеорологические обратные связи и ковариации. В результате приведённого анализа разложения сингулярных значений авторы обнаружили, что аэрозольные эффекты в трёх ведущих главных компонентах (PC) могут объяснить около одной трети дисперсии облачных переменных, наблюдаемых со спутника, а значительные положительные или отрицательные тенденции наблюдаются только в основном компоненте PC1 переменных облаков и аэрозолей. Основной компонент PC1 является эффективным способом обнаружения аэрозольного воздействия на глубокие конвективные облака. Эти результаты ценны для оценки и улучшения взаимодействия аэрозоля и облаков в долгосрочном климатическом моделировании с помощью глобальных климатических моделей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/13/2487

Засуха создаёт всё более серьёзные проблемы для мирового производства продуктов питания. Знания о влиянии засухи на развитие сельскохозяйственных культур и о роли свойств почвы в анализе риска засухи и смягчении её последствий на ландшафтном уровне важны для руководства адаптацией к изменению климата. Спутниковые наблюдения могут дать представление о процессах роста сельскохозяйственных культур на всей территории, что может помочь выявить факторы риска и количественно оценить уязвимость к засухе. Авторы оценивают потенциал Sentinel-2 для выявления взаимодействия параметров роста растений и почвы в переменных погодных условиях. В качестве примера оценивается рост озимой пшеницы на 13 полях, принадлежащих коммерческим фермерам на юге Швеции, в засушливый год и в год с нормальными погодными условиями. Для отслеживания роста сельскохозяйственных культур индекс площади зеленых листьев (GLAI) оценивался на основе спутниковых изображений с использованием модели переноса радиации. Коэффициенты скорости роста озимой пшеницы, пика GLAI и времени пика GLAI были получены на основе развития GLAI на уровне одного поля. 

Затем авторы сравнили показатели роста урожая за два года и по полям и связали их с измеренными свойствами почвы. Обнаружены более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями. Было также показано, что увеличение пика GLAI в засушливый год связано с более высокой скоростью роста, чего не было в год с нормальными осадками. Различия в развитии сельскохозяйственных культур между годами были большими для некоторых полей и небольшими для других: это позволяет предположить, что свойства почвы играют роль в реакции сельскохозяйственных культур на засуху. Обнаружено, что поля с более высоким объёмом доступной воды для растений имели более высокую урожайность в засушливый год и меньшую относительную разницу в темпах роста между двумя годами. Наблюдаемые более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями демонстрируют, что спутниковые изображения могут использоваться для количественной оценки взаимодействия растений, почвы и погоды в масштабах, соответствующих коммерческому сельскому хозяйству. Это исследование служит первым шагом на пути к поддержке управления рисками засухи, адаптации к засухе и коммуникационной деятельности по этой важной теме.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1872/

Третий полюс — крупнейшее в мире нагорье, имеющее один из крупнейших на Земле резервуаров ледниковой массы льда и снежного покрова. Три крупнейшие азиатские реки (Инд, Ганг и Брахмапутра) питаются за счёт таяния ледников и снега в Центральных Гималаях, что важно для социально-экономической устойчивости и водной безопасности Южной Азии. Здесь исследуются долгосрочные (1980–2020 гг.) изменения высоты снежного покрова и количества осадков на Третьем полюсе, где основные осадки выпадают в виде осадков летом и снегопадов зимой и весной. Средняя сезонная высота снежного покрова большая (≥1 м) зимой и незначительная (≤0,2 м) летом. Средний вес талого снега и эквивалент снеговой воды весной выше в центральных и западных хребтах Гималаев и Каракорума, которые являются регионами с наибольшим количеством ледников на Третьем полюсе. Существует значительная положительная тенденция общего количества осадков, около 0,01–0,03 мм сут^-1 год^-1 в центральной и восточной частях Третьего полюса во время южноазиатского летнего муссона за период 1980–2020 гг. Таяние снега также увеличивается (>0,5 × 10^-3 мм год^-1) в западных Гималаях весной, что согласуется с повышением там температуры (0,04–0,06°C год^-1). Кроме того, наблюдается заметное увеличение среднегодовой скорости таяния ледников (здесь – толщина водного эквивалента) на Третьем полюсе (от –1 до –5 см в.э. год^–1), с самыми высокими значениями в восточных и центральных Гималаях (от –3 до −5 см в.э.  год^-1), по оценкам на период 2003–2020 гг. Вдобавок к этому, к концу XXI века прогнозы проекта CMIP6 показывают, что произойдёт значительное уменьшение толщины снежного покрова и повышение температуры на Третьем полюсе во всех сценариях общих социально-экономических путей (SSP). Отныне тенденция к повышению температуры и таянию снега/ледников на Третьем полюсе станет серьёзной угрозой для регионального климата, водной безопасности и средств к существованию жителей Южной Азии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00710-5

Тропические циклоны в последние годы испытали миграцию к полюсам, но существует ли это в будущих прогнозах с использованием климатических моделей высокого разрешения, остаётся неясным. В этом исследовании изучается миграция тропических циклонов к полюсам над западной частью севера Тихого океана с использованием моделей CMIP6-HighResMIP. Сначала оценивается эффективность модели по частоте и широте генезиса тропических циклонов, которые сильно отличаются от наблюдений, особенно зимой и весной из-за неправильной интерпретации внетропических штормов. В этом исследовании предлагается пересмотренный метод обнаружения с ограничениями, основанный на температуре поверхности моря и атмосферных условиях, чтобы устранить это расхождение. Результаты показывают, что пересмотренный метод обнаружения хорошо справляется с определением годового цикла частоты и широты образования тропических циклонов. Будущие прогнозы, сделанные с помощью этого метода, показывают, что широта образования тропических циклонов и максимальная интенсивность за всё время их жизни претерпевают сдвиг к полюсам, причём первая оказывается более значительной. Пространственные изменения индекса динамического потенциала генезиса и крупномасштабной среды могут объяснить этот сдвиг. Также обсуждаются региональные изменения циркуляции Хэдли, роль глобального потепления и внутренней изменчивости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00704-3

Авторы анализируют источники распространения реакции зимнего стратосферного полярного вихря (СПВ) в северном полушарии на глобальное потепление в модельных расчётах фазы 5 (CMIP5) и фазы 6 (CMIP6) проекта взаимного сравнения климатических моделей. Около половины межмодельного разброса в прогнозах СПВ по моделям CMIP6, но менее трети в моделях CMIP5 можно объяснить межмодельным разбросом при движении стационарных планетарных волн. В CMIP6 ослабление СПВ в основном обусловлено увеличением потока восходящих волн из тропосферы, тогда как усиление СПВ связано с увеличением распространения волн к экватору от полярной стратосферы. Авторы проверяют гипотетические факторы, способствующие изменениям в восходящих и экваториальных потоках планетарных волн, и показывают, что межмодельная регрессия с использованием прогнозируемых темпов глобального потепления, усиления субтропической струи и смещения ветра в нижней стратосфере в основном состоянии в качестве предикторов может объяснить почти ту же долю разброса СПВ в CMIP6, что и движение планетарных волн (r = 0,67). Зависимость разброса СПВ от отклонений модели в ветрах основного состояния предлагает возможное возникающее ограничение; однако большая неопределённость не позволяет существенно сократить прогнозируемый разброс СПВ. Отсутствие этой зависимости в CMIP5 также требует лучшего понимания основных причин. Эти результаты улучшают понимание прогнозируемой неопределённости СПВ; однако дальнейшее уменьшение неопределённости остается сложной задачей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040823

Метод машинного обучения используется для выявления источников долгосрочной предсказуемости ЭНЮК в океане (температура поверхности моря (ТПМ) и теплосодержание) и атмосфере (приземный зональный ветер (U10)). Тропическая ТПМ представляет собой основной источник для прогнозирования. Хотя U10 не увеличивает качество, когда он связан с ТПМ, анализ показывает, что один только U10 обладает качествами прогнозирования, сравнимыми с качествами ТПМ, на период от 11 до 21 месяца вперёд, с поздней осени до поздней весны. Сигнал с длинным опережением возникает в результате взаимодействия ветра и ТПМ в Индийском океане и распространяется через Тихий океан посредством механизма атмосферного моста. Линейный корреляционный анализ подтверждает этот механизм, предполагая наличие предвестнической связи между аномалиями ТПМ на западе и ветром на востоке Индийского океана. Эти результаты имеют важное значение для прогнозов ЭНЮК на один ближайший год и определяют ключевую роль U10 над Индийским океаном.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105194

Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) в условиях потепления климата широко изучалось, но реакции после 2100 года уделялось мало внимания. Здесь, используя долгосрочное моделирование, авторы обнаружили, что, хотя изменчивость ЭНЮК демонстрирует разнообразные изменения в краткосрочной перспективе, к 2300 году произойдёт значительное снижение его изменчивости. Продолжающееся потепление после 2100 года «подталкивает» температуру поверхности моря выше порога конвекции над восточной частью Тихого океана, вызывая коллапс среднего экваториального апвеллинга с усиленной глубокой конвекцией. Показано, что ослабленная обратная связь термоклина из-за коллапса апвеллинга и увеличения коэффициента теплового расширения, а также усиленного термодинамического затухания имеет решающее значение для уменьшения амплитуды ЭНЮК в условиях устойчивого потепления. Эти результаты предполагают пороговое поведение в тропической части Тихого океана, где конвективная атмосфера над восточной экваториальной частью Тихого океана вызывает резкие сдвиги в изменчивости ЭНЮК. Этот порог не преодолевается в сценариях с низким уровнем выбросов. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02061-8