В этой статье представлена обновлённая оценка «Прогнозного шлейфа Эль-Ниньо Южного колебания» (ЭНЮК) Международного научно-исследовательского института климата и общества (International Research Institute for Climate and Society’s (IRI). Оценены 253 прогноза индекса Ниньо 3.4 в реальном времени, выпущенных с февраля 2002 года по февраль 2023 года, и отдельно изучены мультимодальные средние динамических (DYN) и статистических (STAT) моделей. Точность прогнозов снижается по мере увеличения времени упреждения как в прогнозах DYN, так и в прогнозах STAT, причём пик точности приходится на период после весеннего барьера предсказуемости в северном полушарии и в предшествующие сезоны. Прогнозы DYN превосходят прогнозы STAT с явным преимуществом в прогнозах, инициированных с конца бореальной зимы до весны. Анализ выявил асимметрию в прогнозировании начала холодных и тёплых эпизодов ЭНЮК, при этом начало тёплых эпизодов прогнозируется лучше, чем начало холодных в моделях как DYN, так и STAT. Прогнозы DYN оказались ценными для прогнозирования начала тёплых и холодных эпизодов ЭНЮК по крайней мере за несколько месяцев вперёд, в то время как прогнозы STAT менее информативны в отношении фазовых переходов ЭНЮК. Результаты показывают, что прогнозирование начала ЭНЮК является сложной задачей и что возможность успешно сделать это зависит как от выбора модели, так и от самого события.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00845-5

Антропогенные выбросы аэрозолей могут быть причиной ослабления струйных течений и погодных систем в Северном полушарии.

За последние несколько десятилетий летние струйные течения (или потоки ветра с запада на восток) и погодные системы в Северном полушарии ослабли. Прогнозы предполагают сохранение этой тенденции, что может повысить вероятность экстремальных тепловых явлений и повлиять на качество воздуха.

Некоторые исследования выдвинули гипотезу, что ослабление связано с Арктическим усилением или с тем, что Арктика нагревается быстрее, чем остальная часть планеты, поскольку это явление уменьшает разницу температур между экватором и Северным полюсом. Но другие предположили, что антропогенные выбросы аэрозолей, приводящие к аналогичному ослабленному градиенту, могут быть более непосредственно виноваты.

Используя данные проекта DAMIP (Detection and Attribution Model Intercomparison Project), Кан и др. (Kang et al.) изучили, как антропогенные факторы могли повлиять на летние циркуляционные структуры в период с 1980 по 2020 гг. Они обнаружили, что аэрозоли играют такую же большую роль, как и парниковые газы, в замедлении ветровых структур и атмосферного потока в летние месяцы. Изменения в выбросах аэрозолей могут влиять на силу погодных систем, изменяя поток энергии между сушей и океаном.

Сокращение выбросов аэрозолей в Северной Америке и Европе в этот период означало, что больше солнечного света достигало поверхности, и это вызывало больший энергетический контраст между этими поверхностями суши и океаном. Это обусловило экспорт энергии в воздух над океаном. В результате энергия конвергировалась над океаном более высоких широт (40° с.ш.–70° с.ш.), ослабляя градиент между полюсами и экватором, а также погодные системы. Этот эффект примерно в два раза сильнее выражен над Тихим океаном, поскольку выбросы аэрозолей были сокращены больше в Евразии, чем в Северной Америке.

Увеличение загрязнения аэрозолями из Южной и Восточной Азии имело тот же эффект ослабления, но через противоположный процесс: увеличение загрязнения уменьшило количество солнечной энергии, достигшей поверхности, и уменьшило перенос энергии между сушей и Тихим океаном более низких широт (25° с.ш.–40° с.ш.). В конечном итоге, меньше энергии конвергировалось над Тихим океаном более низких широт, что ещё больше ослабило градиент энергии и погодные системы.

Исследователи пишут, что, поскольку аэрозоли формировали летнюю циркуляцию воздуха на протяжении последних 40 лет, важно продолжить изучение того, как они могут формировать будущие летние климатические тенденции. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2024AV001318, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/aerosols-could-be-weakening-summertime-circulation

В 2023 году быстрое повышение глобальной температуры примерно на 0,25°C застало научное сообщество врасплох. Его причина была исследована в основном путём изучения изменений в долгосрочной тенденции, но без особого успеха. Основываясь на предыдущих работах, автор этой статьи предлагает альтернативное объяснение — в десятилетних временных масштабах наблюдаемая температура демонстрирует сложную, нелинейную реакцию на воздействие, проходя через ряд стационарных режимов. Событие 2023 года номинировано как последнее в последовательности. Ступенчатые изменения в исторических и смоделированных глобальных средних температурах поверхности были обнаружены с помощью двумерного теста. Затем каждый временной ряд был разделён на постепенные (тенденции) и быстрые (сдвиги) компоненты и проверен с использованием доказательных критериев. Для температур поверхности моря, глобальной и поверхности суши из набора данных NOAA Global Surface Temperature Dataset V6.0 1880–2022 гг. быстрая составляющая общего потепления составила 94% от 0,72°C, 78% от 1,16°C и 74% от 1,93°C соответственно. Эти изменения слишком велики, чтобы поддержать гипотезу постепенного потепления. Недавнее потепление было инициировано в марте 2023 г. температурами поверхности моря в южном полушарии, за которыми последовал сигнал Эль-Ниньо дальше на север. Затем откликнулись глобальные температуры и позже температуры суши. Предшествующий сдвиг режима в 2014 г. и последующее устойчивое состояние 2015–2022 гг. также были инициированы и поддерживались температурами поверхности моря. Анализ среднегодовой температуры океана в верхних 100 м с 1955 г. показывает, что она формирует отдельные режимы, обеспечивая существенный «тепловой банк», поддерживающий изменения наверху. Изменения режима также воспроизводятся климатическими моделями. Архивные данные показывают, что эти сдвиги возникли из-за связи океана и атмосферы. Сравнение сдвигов и трендов с равновесной чувствительностью климата в ансамбле из 94 моделей CMIP5 согласно сценарию RCP4.5 в 2006–2095 гг. продемонстрировало, что сдвиги оказали в 2,9 раза большее влияние на равновесную чувствительность климата, чем тренды. Факторы, влияющие на эту связь, включают структуру океана, время инициализации, физические параметры и качество модели. Отдельные расчёты моделей с качеством ≥75 показали, что сдвиги оказали в 6,0 раз большее влияние, чем тренды. Эти результаты говорят, что доминирующим механизмом потепления является внезапное высвобождение тепла из океана, а не постепенное потепление в атмосфере. Модельный ансамбль предсказал все изменения режима с 1970-х годов в пределах ±1 года, включая 2023 год. Следующий сдвиг прогнозируется на 2036 год, но текущие выбросы отслеживаются выше, чем прогнозировалось в сценарии RCP4.5. Достичь понимания того, что эти изменения означают для оценки текущих и будущих климатических рисков, является неотложной задачей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/12/1507

Дополнительный нагрев в городах усиливает риски для здоровья людей от волн тепла. Ночью при тихом ветре и безоблачном небе воздух в городском пологе может быть на несколько градусов теплее, чем в сельской местности. Это меньшее ночное охлаждение в застроенных помещениях представляет серьёзную опасность для здоровья городских жителей, так как внутренние помещения не могут эффективно проветриваться. Поскольку волны тепла становятся более частыми и интенсивными в будущем климате, многие города расширяют свои зелёные зоны с целью внедрения охлаждения за счёт затенения, испарения и снижения способности аккумулировать тепло. В этом исследовании авторы оценили, как вечерний и ночной охлаждающий эффект городских парков (по сравнению с близлежащими застроенными помещениями) меняется в зависимости от размера парка и мезомасштабных атмосферных условий в тёплые летние периоды. Охлаждающий эффект количественно оценивается для нескольких городских парков (около 15 га) и городских лесов (около 900 га) с использованием комбинации данных метеорологической наземной станции и компактных радиозондов. Профилирующий доплеровский ветровой лидар, развёрнутый в центре города, используется для измерения условий турбулентного вертикального перемешивания в городском пограничном слое. Было обнаружено, что максимальные ночные охлаждающие эффекты в городских парках составляют около 1–5°C во время недельной волны тепла в середине июля 2022 года, а также в целом летом 2022 года (июнь–август). Выявлены три режима атмосферной стабильности и перемешивания, объясняющие изменчивость эффекта охлаждения парка от ночи к ночи. Авторы выяснили, что очень низкое турбулентное вертикальное перемешивание в городском пограничном слое (<0,05 м² с⁻²) приводит к самому сильному вечернему охлаждению как в сельской местности, так и в городских парках и самому слабому охлаждению в застроенной среде. Этот режим особенно характерен для волн тепла в связи с крупномасштабной адвекцией горячего воздуха над регионом и соответствующим оседанием. Когда ночное турбулентное вертикальное перемешивание над городом сильнее, вечернее охлаждение в городских зелёных зонах менее эффективно, поэтому атмосферная стратификация как над городскими парками, так и над лесами менее стабильна, а температурные контрасты по сравнению с застроенной средой менее выражены. Эти результаты подчёркивают тот факт, что городские зелёные зоны имеют значительный охлаждающий потенциал во время волн тепла, с максимальным эффектом ночью, поскольку процессы адвекции и перемешивания минимальны. Целесообразна адаптация часов работы общественных парков для того, чтобы позволить жителям извлечь выгоду из этих охлаждающих островов.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/14101/2024/

Понимание того, как численность популяции пресноводных видов отреагировала на потепление климата за последние десятилетия, важно для прогнозирования того, как на них, вероятно, повлияют будущие условия. Объединяя многоконтинентальную базу данных численности пресноводных рыб с климатическими данными за период с 1958 по 2019 гг., авторы показывают, что недавнее повышение температуры рек влияет на увеличение популяций рыб на полярном пределе ареалов видов и снижение численности по направлению к их экваториальному пределу. Эта закономерность была одинаковой для всех географических регионов и таксономических групп, но также опосредована высотой и особенностями видов. Эти результаты свидетельствуют о том, что изменение климата оказало определённое влияние на динамику популяции рыб, подчёркивая важность управления охраной природы, которое интегрирует климатический риск.

Изменение климата стало ключевой угрозой для биоразнообразия, что привело к широкомасштабным сдвигам в распределении морских и наземных видов, поскольку они пытаются отслеживать термически подходящие места обитания. Понимание климатических реакций пресноводных видов относительно неразвито, что ограничивает знания о том, приведёт ли прогнозируемое потепление к потере пресноводного биоразнообразия. Авторы связали многоконтинентальную базу данных временных рядов численности популяции речных рыб, собранных с 1958 по 2019 гг., с данными о температуре за тот же период. В отобранных местах вода нагревалась на 0,21°C за десятилетие (годовой максимум месячных температур). Авторы проверили, отреагировала ли рыба на это изменение i) увеличением численности на более прохладном полюсном пределе распределения видов — прогнозируемом, если потепление открыло новые возможности — и ii) уменьшением численности по направлению к экваториальному пределу распределения — прогнозируемом, если температуры превысили пороги толерантности. Обнаружено, что наблюдаемые тенденции численности популяции соответствовали обеим этим ожидаемым закономерностям от потепления климата, и что тенденции были более выраженными во временных рядах, охватывающих более длительные периоды времени 30+ лет. Реакции, соответствующие изменению климата, были наиболее очевидны у видов с более крупными размерами тела, более высокими трофическими уровнями, миграционным поведением «река-море» и более широким распространением. Более того, положительные реакции численности на потепление были более вероятны на больших высотах, где условия, как правило, более прохладные. Эти результаты указывают на то, что прогнозируемое будущее потепление, вероятно, приведёт к широкомасштабным изменениям в структуре речных сообществ, включая снижение численности на заднем конце распространения видов.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410355121

Антропогенное воздействие на озоновый слой выражается в аномалиях общего содержания озона (ОСО) в глобальном масштабе, с периодическими повышениями, наблюдаемыми в высокоширотных районах. Кроме того, существуют значительные вариации временных трендов ОСО на разных широтах и в разные сезоны. Надёжность прогнозов будущих трендов ОСО с использованием химикоклиматических моделей должна постоянно контролироваться и улучшаться посредством сравнения с имеющимися данными измерений. В этом исследовании способность модели земной системы SOCOLv4.0 прогнозировать ОСО оценивается с использованием данных за более чем 40 лет спутниковых измерений и данных метеорологического реанализа. В целом модель переоценивает ОСО в Северном полушарии (до 16 единиц Добсона) и существенно недооценивает его в районе Южного полюса (до 28 единиц Добсона). Наихудшее согласие было обнаружено в обоих полярных регионах, а наилучшее — в тропиках (средняя разница составляет 4,2 единицы Добсона). Корреляция между средними месячными значениями находится в диапазоне 0,75–0,92. Модель SOCOLv4 существенно завышает температуру воздуха выше уровня 1 гПа относительно реанализов MERRA2 и ERA5 (на 10– 20 К), особенно в период полярных ночей, что может быть одной из причин неточностей воспроизведения моделью аномалий полярного озона. Предлагается использовать модель SOCOLv4 для будущих прогнозов ОСО при меняющихся сценариях деятельности человека.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/12/1491

Приземная температура воздуха (Tair) имеет решающее значение для решения городских проблем в Китае, особенно в контексте быстрой урбанизации и изменения климата. Хотя многие исследования оценивают Tair в национальном масштабе, они обычно предоставляют только ежедневные данные (например, максимальную и минимальную Tair), и лишь немногие фокусируются на субсуточной городской Tair с высоким пространственным разрешением. В этом исследовании авторы интегрировали данные MODIS о температуре земной поверхности с 18 вспомогательными данными с 2013 по 2023 гг., чтобы разработать модель оценки Tair для крупных китайских городов, используя алгоритмы случайного леса в четырёх суточных и сезонных условиях: тёплый день, тёплая ночь, холодный день и холодная ночь. Были построены и сравнены четыре схемы путём объединения различных вспомогательных данных (связанных со временем и пространством) с температурой земной поверхности. Результаты перекрёстной проверки показали, что переменные, связанные с пространством и временем, значительно повлияли на производительность модели. При использовании всех вспомогательных данных модель показала наилучшие результаты со средним значением среднеквадратического отклонения 1,6°C (R² = 0,96). Наилучшие результаты наблюдались в тёплые ночи со значением среднеквадратического отклонения 1,47°C (R² = 0,97). Оценка важности показала, что температура земной поверхности была самой важной переменной во всех условиях, за ней следовали удельная влажность и конвективная доступная потенциальная энергия. Переменные, связанные с пространством, были более важны в холодных условиях (или в ночное время) по сравнению с тёплыми (или в дневное время), в то время как переменные, связанные со временем, демонстрировали противоположную тенденцию и были ключевыми для повышения точности модели летом. Наконец, были эффективно оценены два варианта структур Tair в Пекине и районе дельты реки Чжуцзян. Это исследование предложило новый метод оценки субсуточных структур Tair с использованием данных из открытых источников и выявило влияние прогностических переменных на оценку Tair, что имеет важные последствия для исследования городской тепловой среды.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/24/4675

Динамика системы CO₂–карбонаты в субполярном круговороте Северной Атлантики оценивалась в период с 2009 по 2019 гг. Данные собирались на борту восьми летних круизов по разделу 59,5° с.ш. в рамках программы «Климат и океан: изменчивость, предсказуемость и изменение» (CLIVAR). Структуры закисления океана и снижение состояния насыщения кальцита (Ω_Ca) и арагонита (Ω_Arag) в ответ на увеличение антропогенного CO₂ (C_ant) оценивались в бассейнах Ирмингера, Исландии и Роколла в течение плохо оценённого десятилетия, в котором физические структуры изменились по сравнению с предыдущими хорошо известными периодами. Наблюдаемое охлаждение, опреснение и усиленная вентиляция увеличили межгодовую скорость накопления C_ant во внутреннем океане на 50– 86%, а скорость закисления океана – почти на 10%. Тренды закисления океана составили 0,0013–0,0032 единиц в год в бассейнах Ирмингера и Исландии и 0,0006–0,0024 единиц в год в жёлобе Роколл, что привело к снижению Ω_Ca и Ω_Arag на 0,004–0,021 и 0,003–0,0013 единиц в год соответственно. Рост содержания общего неорганического углерода, вызванный C_ant, был основным фактором закисления океана (внёс вклад в 53–68% в верхних слоях и >82% в направлении внутреннего океана) и снижение Ω_Ca и Ω_Arag (>64%). Кратковременное снижение температуры, солёности и общей щёлочности в совокупности противодействует закислению, вызванному общим неорганическим углеродом, на 45– 85% в верхних слоях и в мелководном жёлобе Роколл и на <10% во внутреннем океане. Настоящее исследование сообщает об ускорении закисления океана в пределах субполярного круговорота Северной Атлантики и расширяет знания о будущем состоянии океана.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/5561/2024/

Морские волны тепла (МВТ) оказывают разрушительное воздействие на экосистемы. Тем не менее, глобальная оценка регионального воздействия МВТ на обмен CO₂ между морем и воздухом отсутствует. Здесь авторы анализируют 30 глобальных наборов основанных на наблюдениях данных о потоке CO₂ между морем и воздухом с 1990 по 2019 гг. В глобальном масштабе во время МВТ поглощение CO₂ океаном сокращается на 8% (3%–19% по наборам данных). В региональном плане экваториальная часть Тихого океана испытывает снижение выбросов CO₂ на 31% (3%–49%), и МВТ часто совпадают с экстремальными аномалиями потока CO₂ между морем и воздухом в этом регионе. Поглощение CO₂ океаном уменьшается во время МВТ на 29% (19%–37%) и 14% (5%–21%) в низких и средних широтах Северного и Южного полушарий соответственно. Сокращение растворённого неорганического углерода в тропиках ослабляет дегазацию, в то время как высокие температуры океана уменьшают поглощение в низких и средних широтах. В субполярной северной части Тихого океана и Южном океане усиленное поглощение углерода происходит во время МВТ, но неопределённости в наборах данных pCO₂ ограничивают всестороннюю оценку в этих регионах.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110379

В последнее десятилетие динамический даунскейлинг с использованием методов «псевдоглобального потепления» (“pseudo-global-warming”, PGW) часто применялось для прогнозирования регионального изменения климата. Такие методы генерируют сигналы путём добавления сигналов изменения климата, смоделированных с помощью средней глобальной климатической модели в температуре, влажности и циркуляции, к боковым и поверхностным граничным условиям, полученным в результате реанализа. Альтернативой PGW является даунскейлинг данных глобальной климатической модели напрямую. Этот метод должен быть выгодным, особенно для моделирования экстремальных явлений, поскольку он включает в себя полный спектр динамики изменения синоптического масштаба глобальной климатической модели в региональном решении. Здесь авторы проверяют это предположение, сравнивая моделирования в Европе и западной части Северной Америки. Обнаружено, что для потепления и изменений экстремальных температур PGW часто даёт результаты, схожие с прямым даунскейлингом в обоих регионах. Для средних и экстремальных изменений осадков PGW, как правило, также работает на удивление хорошо во многих случаях. Анализ баланса влаги в домене западной части Северной Америки показывает, почему. Большие доли уменьшенных изменений гидроклимата возникают из-за средних изменений в крупномасштабной термодинамике и циркуляции, то есть увеличения температуры, влажности и ветров, включённых в PGW. Единственный компонент, в котором PGW может столкнуться с трудностями, — это вклад изменений в изменчивость синоптического масштаба. Когда этот компонент велик, производительность PGW может ухудшиться. Глобальный анализ данных климатической модели показывает, что есть регионы, где он велик или доминирует. Таким образом, эти результаты предоставляют дорожную карту для определения с помощью анализов обстоятельств, когда PGW не будет точно регионализировать климатические сигналы глобальной климатической модели.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040591