Усиленное потепление в Арктике вызывает серьёзную обеспокоенность. В частности, это связано с деградацией многолетней мерзлоты, которая, как ожидается, ускорит микробное расщепление органического углерода почвы с его дальнейшим выбросом в атмосферу в виде углекислого газа (CO₂). Мелкомасштабная изменчивость потоков CO₂ в очень мозаичных ландшафтах арктической тундры может дать представление о разнообразных реакциях отдельных растительных сообществ на изменения окружающей среды. В статье авторы вносят свой вклад в восполнение существующих пробелов, исследуя изменчивость скорости потока CO₂ в различных ландшафтных единицах для доминирующих растительных сообществ и видов растений в типичной тундре южной части полуострова Таймыр в Сибири. В целом изменчивость потока CO₂ в почве иллюстрирует четырёхкратное увеличение от несосудистой растительности, главным образом лишайников и мхов (1,05 ± 0,36 мкмоль м^-2 с^-1), по отношению к сосудистым растениям (3,59 ± 0,51 мкмоль м^-2 с^-1). Бесплодная почва («морозное бурление») имеет наименьшее значение — 0,79 ± 0,21 мкмоль м^-2 с^-1, а с учётом феномена арктического «побурения» можно ожидать дальнейшего существенного увеличения потока СО₂ по мере разрастания кустарников. Принимая во внимание высокую корреляцию с температурой верхнего слоя почвы, можно ожидать, что хорошо дренированные и относительно сухие места обитания, такие как бесплодная почва и бессосудистая растительность, будут наиболее чувствительны к наблюдаемому и прогнозируемому росту температуры в Арктике. Для смешанной растительности и сосудистых видов, предпочитающих более влажные условия, влажность почвы, по-видимому, играет большую роль. Основываясь на смоделированной сезонной структуре потока CO₂ в почве и данных об осадках, а также применив моделирование осадков in situ, авторы обрисовали роль осадков в повышении выбросов CO₂ (т.е. эффект «берёзы»). Установлено, что импульсный рост потоков СО2 в почве, наблюдаемый в первые минуты после выпадения осадков на участках с растительностью, достигает 0,99 ± 0,48 мкмоль м^-2 с^-1 на каждый один мм осадков, а на бесплодных почвах - 55-70% сдерживания выбросов CO₂ в течение первых нескольких часов. Среднее аддитивное влияние осадков на поток СО₂ в почве может достигать 7–12% за весь вегетационный период, а прогнозируемый повышенный режим осадков в Арктике может усилить общий выброс СО2 с поверхности почвы в атмосферу в течение вегетационного периода.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/6/698

По прогнозам, из-за продолжающегося изменения климата выбросы метана (CH₄) из водно-болотных угодий с растительностью в XXI веке увеличатся, что поставит под угрозу усилия по смягчению антропогенного изменения климата, направленные на ограничение глобального потепления. Однако, несмотря на сообщения о тенденциях роста выбросов, всесторонняя оценка и объяснение недавних изменений всё ещё отсутствуют. Авторы оценили глобальные выбросы CH₄ на водно-болотных угодьях с 2000 по 2020 гг. на основе совокупности шестнадцати моделей водно-болотных угодий, основанных на технологических процессах. Эти оценки средних глобальных выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях оказались на уровне 158±24 (среднее ± 1σ) Тг CH₄/год за период 2010–2020 гг., со средним десятилетним увеличением на 6–7 Тг CH₄/год по сравнению с десятилетием 2000–2009 гг. Приросты в четырёх широтных полосах 90°ю.ш.–30°ю.ш., 30°ю.ш.–30°с.ш., 30°с.ш.–60°с.ш. и 60°с.ш.–90°с.ш. составили 0,1–0,2 Тг CH₄/год, 3,6–3,7 Тг CH₄/год, 1,8–2,4 Тг CH₄/год и 0,6–0,8 Тг CH₄/год соответственно за два десятилетия. Смоделированные чувствительности CH₄ к температуре демонстрируют разумное соответствие основанным на вихревой ковариации измерениям в 34 местах. Повышение температуры было основным фактором роста, в то время как осадки и повышение концентрации CO₂ в атмосфере играли второстепенную роль с высоким уровнем неопределённости. Эти смоделированные результаты показывают, что изменение климата приводит к увеличению выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях и что для мониторинга развития необходимы прямые и постоянные измерения.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1584/

Переносимая по воздуху минеральная пыль существенно влияет на качество воздуха, здоровье человека и глобальный климат. Из-за немногочисленности наземных датчиков, особенно в регионах-источниках, мониторинг пыли опирается в основном на дистанционное зондирование посредством определения оптической толщины аэрозоля с помощью оптических приборов спутников на полярной орбите. Они ценны, но им не хватает временного разрешения для точного отслеживания шлейфа и определения характеристик источника. Авторы представляют DustSCAN, пятилетний почасовой набор данных о шлейфах пыли, полученный на основе изображений Spinning Enhanced Visible и InfraRed Imager (SEVIRI) со спутников Meteosat на геостационарной орбите. Используя многоканальные инфракрасные изображения, они обнаруживают атмосферную пыль и ежечасно отслеживают запылённые пиксели, которые группируются в дискретные шлейфы с использованием алгоритма пространственной кластеризации приложений с шумом на основе плотности (DBSCAN). DustSCAN включает 9950 отдельных шлейфов за 2018-2022 гг. в Сахаре, Аравийской пустыне, Западной и Центральной Азии. Он дополняет существующие ресурсы и обеспечивает основу для детального анализа источников, траекторий и воздействий пыли. Его отличительная событийная и пространственно-временная детализация позволяет продвинуться в разгадке сложной динамики пыльных бурь.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03452-4

Важность мезомасштабных конвективных систем (МКС) и их осадков хорошо известна, и любые будущие пространственно-временные сдвиги в их частоте или интенсивности могут иметь далеко идущие социальные последствия. В этой работе описывается, как деятельность МКС на территории Соединённых Штатов к востоку от континентального водораздела изменяется в результате двух сценариев будущего изменения климата. В рамках данного исследования МКС идентифицируются на основе результатов региональной климатической модели, допускающей конвекцию (CP-RCM), для трёх 15-летних периодов, а именно: ретроспективного базового уровня (1990–2005 гг.) и двух показателей конца века (2085–2100 гг.) по сценариям изменения климата на основе RCP 4.5 (EoC 4.5) и RCP 8.5 (EoC 8.5). Данные показывают сдвиг активности региональной МКС на восток. Ежегодно число дней с МКС в основном остаётся прежним или уменьшается к западу от реки Миссисипи, тогда как в районах к востоку от неё наблюдается больше дней МКС и осадков. Наибольшее сезонное увеличение числа дней МКС и количества осадков происходит весной в некоторых частях Среднего Запада и Северо-Востока, тогда как наибольшее уменьшение происходит в некоторых частях Южных равнин летом. В целом, EoC 8.5 привёл к более значительным региональным изменениям по сравнению с EoC 4.5, что позволяет предположить, что будущие эксперименты CP-RCM могут выиграть от рассмотрения нескольких сценариев изменения климата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03752-z

Почвы содержат огромное количество углерода, который уязвим к климатическим и антропогенным факторам глобального изменения (например, к засухе и антропогенным отложениям азота). Однако одновременное воздействие растущего числа стрессоров глобальных изменений на хранение и устойчивость почвенного углерода в экосистемах практически неизвестно. Здесь, используя 1880 образцов поверхностной почвы из 68 стран на всех континентах, авторы показывают, что увеличение числа стрессоров глобальных изменений, одновременно превышающих средние и высокие уровни стресса (то есть по отношению к их максимальным уровням, наблюдаемым в природе), имеет отрицательную и значительную корреляцию с запасами углерода в почве и ассоциацией минералов в глобальных биомах. Почвенный углерод особенно уязвим в экосистемах с низкой продуктивностью (например, в пустынях), которые подвергаются большему числу стрессоров глобальных изменений, одновременно превышающих средние и высокие уровни стресса. В совокупности представленная работа показывает, что число стрессоров глобальных изменений является решающим фактором для хранения и устойчивости почвенного углерода во всём мире.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02019-w

Леса являются основным поглотителем углерода на суше, но растущая частота и интенсивность климатических нарушений, таких как засухи, пожары и вспышки биотических агентов, угрожает поглощению и секвестрации углерода. Крайне важно определить, как возмущения, вызванные климатом, могут изменить способность лесного стока углерода в условиях меняющегося климата. Авторы показывают, что чувствительность валовой первичной продуктивности к последующему водному дефициту значительно возросла после первоначальной засухи и пожаров в соседних штатах США. Однако вспышки нашествия насекомых не оказали существенного воздействия. Жаркая и сухая среда обычно проявляла повышенную чувствительность. Оценочная продуктивность экосистем и поглощение углерода наземными организмами заметно снизились в соответствии со сценариями будущего потепления из-за повышенной чувствительности к водному стрессу. Эти результаты показывают, что усиление режимов нарушений, вероятно, ещё больше повлияет на устойчивость лесов и секвестрацию углерода, увеличивая потенциальные риски для будущих наземных поглотителей углерода и смягчения последствий изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02022-1

Чтобы улучшить прогностические возможности биогеохимических моделей экосистем, авторы обсуждают возможность формулирования биогеохимических процессов с использованием физических правил, которые легли в основу многих успехов в вычислительной физике и химии. Они утверждают, что популярные в настоящее время эмпирически обоснованные подходы, такие как мультипликативные эмпирические функции отклика и закон минимума, не приведут к формулировкам биогеохимических моделей экосистем, которые можно будет постоянно совершенствовать для включения улучшенного механистического понимания и эмпирических наблюдений за биогеохимическими процессами. Вместо этого авторы предполагают, что параметризация биогеохимических моделей экосистем, как проблема сжатия данных с потерями, может быть лучше сформулирована с использованием установленных физических правил, широко используемых в вычислительной физике и химии, а различные биогеохимические процессы могут быть более надёжно интегрированы в структуру реактивного транспорта. На нескольких примерах авторы демонстрируют, как математические представления, полученные на основе физических правил, могут улучшить понимание соответствующих биогеохимических процессов и обеспечить более эффективное общение между разработчиками моделей, наблюдателями и экспериментаторами по важным вопросам, например, какие измерения необходимы для значимого информирования моделей и как модели могут генерировать новые гипотезы на уровне процессов для проверки в эмпирических исследованиях. Наконец, хотя эмпирические модели с большим числом параметров часто менее надёжны, физические модели, основанные на правилах, могут быть более надёжными и демонстрировать меньшую прогностическую эквифинальность*, что обусловлено их более высокой согласованностью в представлениях процессов, взаимодействий и пространственного масштабирования.

*Эквифинальность - это принцип, согласно которому в открытых системах заданное конечное состояние может быть достигнуто многими возможными способами.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007674

Засушливые земли имеют низкую биологическую продуктивность по сравнению с незасушливыми, что делает многие виды человеческой деятельности на них чувствительными к долгосрочным тенденциям. Тенденции индекса засушливости на протяжении нескольких десятилетий указывают на рост засушливости в засушливых районах, что связано с увеличением случаев опустынивания. Прогнозы на будущее показывают дальнейшее увеличение засушливости из-за изменения климата, что позволяет предположить, что площади засушливых земель будут расширяться. Напротив, спутниковые наблюдения указывают на увеличение продуктивности растительности. С учётом прошлой несогласованности между изменениями Индекса засушливости и наблюдаемыми изменениями растительности будущая эволюция продуктивности растительности на засушливых землях остаётся неопределённой. Авторы использовали подход, основанный на данных, чтобы показать, что увеличение засушливости в засушливых районах не приведёт к общей потере продуктивности растительности. По прогнозам, до 2050 года в большинстве засушливых земель мира продуктивность растительности увеличится из-за изменения климата. Индекс засушливости не будет хорошим индикатором состояния засушливых земель в будущем климате. Обнаружено значительное повышение продуктивности растительности засушливых земель из-за эффекта удобрений углекислым газом (CO₂), который сводится на нет изменениями климата не более чем в 4% засушливых земель мира, вызывающими опустынивание. Эти регионы включают части северо-востока Бразилии, Намибии, западного Сахеля, Африканского Рога и Центральной Азии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01463-y

Озон в тропосфере является парниковым газом и загрязнителем; следовательно, необходимо дополнительное понимание движущих сил его эволюции. Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) - основной климатический режим, который может способствовать изменениям тропосферного озона. Тем не менее, существует неопределённость относительно причинного влияния ЭНЮК на тропосферный озон в условиях потепления. Авторы исследовали связи между ЭНЮК и тропосферным озоном, используя данные моделей CMIP6 за период 1850–2014 гг. Полученные результаты показывают, что воздействие ЭНЮК на тропосферный озон в основном наблюдается над океанами, в то время как влияние ЭНЮК над континентами в основном незначительно. Весенний приземный озон более чувствителен к ЭНЮК по сравнению с другими сезонами. Реакция озона на ЭНЮК может варьироваться в зависимости от конкретных уровней давления воздуха в тропосфере. Эти реакции слабы в средней тропосфере и сильнее в верхней и нижней тропосфере. Модели CMIP6 имеют высокую степень согласованности при моделировании характеристик ЭНЮК по озону в нижней, средней и верхней тропосфере. Хотя реакция тропического тропосферного озона на ЭНЮК согласуется с предыдущими работами, эти результаты показывают, что воздействие ЭНЮК на тропосферный озон над северной частью Тихого океана, американским континентом и регионами средних широт южной части Тихого, Атлантического и Индийского океанов может быть значительным и более значимым, чем предполагалось ранее.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/6555/2024/

Методы уточнения наблюдений, основанные на взаимосвязи между прошлой тенденцией глобального потепления и прогнозируемым потеплением в различных климатических моделях, использовались Межправительственной группой экспертов по изменению климата для уменьшения неопределённости в прогнозах потепления. Внутренняя изменчивость климата в восточной части тропической части Тихого океана, связанная с так называемым интерференционным эффектом, ослабляет эту взаимосвязь, а с ней и наблюдаемую в последние десятилетия тенденцию потепления. Авторы показывают, что ослабление этой изменчивости до уровня наблюдаемой тенденции глобального среднего потепления в качестве ограничения приводит к более высоким и узким диапазонам потепления XXI века, чем в других методах. В то время как в отчёте Межправительственной группы экспертов по изменению климата указано, что потепление вряд ли превысит 2°C при сценарии с низкими выбросами, результаты авторов показывают, что потепление, вероятно, превысит 2°C при том же сценарии и, следовательно, ограничить глобальное потепление уровнем значительно ниже 2°C будет труднее, чем предполагалось ранее. Однако снижение неопределённостей в этих прогнозах могло бы принести пользу планированию адаптации.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02017-y