Аэрозоль черного углерода (ЧУ) считается одним из важных факторов, способствующих быстрому потеплению климата и таянию снега и морского льда в Арктике. Однако наблюдения ЧУ в Северном Ледовитом океане были ограничены из-за инфраструктурных и логистических трудностей. Массовые концентрации чёрного углерода (мЧУ) авторы наблюдали методами светопоглощения на борту ледокола «Араон» в Северном Ледовитом океане (166° в.д.–156° з.д. и <80° с.ш.), а также в северной части Тихого океана летом и в начале осени с 2016 по 2020 гг. Были изучены уровни, межгодовые вариации и эпизоды загрязнения ЧУ в Арктике, а ответственные за эпизоды с высоким уровнем ЧУ источники выбросов были проанализированы с помощью глобальной химико-транспортной модели. Среднее значение мЧУ в приземном воздухе над Северным Ледовитым океаном (72–80° с.ш.), наблюдавшееся в 2019 г., составило более 70 нг/м³, что существенно выше, чем в другие годы (около 10 нг/м³). Гораздо более высокий показатель мЧУ, наблюдавшийся в 2019 году, возможно, был обусловлен более частыми лесными пожарами в арктическом регионе, чем в другие годы. Модель предполагает, что сжигание биомассы составляет наибольший вклад в наблюдаемые концентрации ЧУ в западной части Северного Ледовитого океана и окраинных морях. За эти пять лет выявлены 10 эпизодов повышенного уровня ЧУ, в том числе один в 2018 году, который был связан с одновременным повышением уровней содержания CO и CH₄, но не CO₂ и O₃. Модельный анализ показал, что большинство эпизодов было связано с воздушными массами, перенесёнными из зоны бореальных пожаров в Северный Ледовитый океан, причём некоторые из них были приземными, а другие - в средней тропосфере. Это исследование предоставляет важные наборы данных о массовых концентрациях ЧУ и отношениях смеси O₃, CH₄, CO и CO₂ в западных регионах Северного Ледовитого океана и подчёркивает значительное влияние бореальных пожаров на наблюдаемый арктический ЧУ в летние и ранние осенние месяцы.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-2315/

Часто ожидается, что изменение климата и глобальная урбанизация приведут к увеличению подверженности населения (частоте и интенсивности) экстремальным погодным условиям в ближайшие десятилетия. Авторы исследуют, как изменения в площади городских земель, численности населения и климата по отдельности и в совокупности повлияют на пространственные структуры будущего воздействия населения на экстремальные климатические явления (включая жаркие дни, холодные дни, проливные дожди и сильные грозы) на всей континентальной части США в конце XXI века. В отличие от общепринятого мнения, они обнаружили, что структура городских земель может иногда снижать, а не увеличивать подверженность населения экстремальным климатическим явлениям, даже экстремальной жаре, и что пространственные структуры, а не общее количество городских земель, оказывают большее влияние на воздействие на население. Эти результаты приводят к предварительным предложениям по включению долгосрочной устойчивости к изменению климата в проекты городских и региональных систем землепользования и сильно стимулируют поиск оптимальных пространственных структур городских земель, которые могут надёжно смягчить воздействие на население экстремальных климатических явлений на протяжении XXI века.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42084-x

За последние 70 лет экстремальная жара в Западной Европе росла непропорциональными темпами по сравнению с прогнозами климатических моделей. Это несоответствие не совсем понятно. Авторы показывают, что значительная часть (0,8°C [0,2°-1,4°C] из 3,4°C на градус глобального потепления) тренда экстремальной жары вызвана изменениями атмосферной циркуляции через более частые южные потоки над Западной Европой. Из 170 доступных оценок 32 различных моделей, которые были проанализированы, включая три больших модельных ансамбля, ни одна из них не имеет такого большого тренда тепла, вызванного циркуляцией, как наблюдается. Это может быть связано с недооценкой реакции циркуляции на внешнее воздействие или с систематической недооценкой низкочастотной изменчивости, или с тем и другим. Первое подразумевает, что будущие прогнозы слишком консервативны, второе — что сохраняется глубокая неопределённость относительно темпов будущей летней жары в Европе. Это требует осторожности при интерпретации климатических прогнозов экстремальной жары в Западной Европе с учётом адаптации к волнам тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42143-3

Многолетние спутниковые наблюдения показывают, что Антарктический ледниковый щит теряет массу с ускорением, что потенциально может повлиять на многие аспекты климатической системы. Хотя предыдущие исследования продемонстрировали важность сброса пресной воды Антарктического ледникового щита для региональных и глобальных климатических процессов с использованием экспериментов с климатическими моделями, многие из них применяли нереалистичные воздействия сброса пресной воды. Здесь исследуются потенциальные последствия реалистичной потери массы Антарктического ледникового щита в Южном океане в XXI веке в версии 2 Модели системы Земли с применением будущих воздействий сброса пресной воды Антарктического ледникового щита на основе исторических данных и модели ледникового покрова. Добавленный сброс пресной воды уменьшает площадь глубокой конвекции в зимнее время на 72%, сохраняя при этом больше на 83% морского льда. В соответствии с другими исследованиями авторы обнаружили, что увеличение расхода сброса пресной воды сильно влияет на локальную и удалённую температуру поверхности и подповерхностных слоев Южного океана, а также на стратификацию. Эти результаты демонстрируют необходимость учёта потери массы Антарктического ледникового щита в моделях глобального климата для прогнозирования будущего.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104949

Ожидается, что во многих сценариях водород будет играть ключевую роль в глобальном энергетическом переходе к суммарным нулевым выбросам. Однако неорганизованные выбросы водорода в атмосферу во время его производства, хранения, распределения и использования могут снизить климатические выгоды, а также иметь последствия для качества воздуха. Авторы исследуют состав атмосферы и климатические последствия увеличения содержания водорода в атмосфере, используя химико-климатическую модель Британской модели системы Земли (UKESM1). Рост содержания водорода способствует увеличению содержания метана, тропосферного озона и стратосферного водяного пара, что приводит к положительному радиационному воздействию. Однако некоторые последствия утечки водорода частично компенсируются потенциальным сокращением выбросов метана, оксида углерода, оксидов азота и летучих органических соединений в результате потребления ископаемого топлива. Авторы разработали усовершенствованную методологию определения косвенных потенциалов глобального потепления (ПГП) на основе параметров, полученных в результате стационарного моделирования, которая применима как к компонентам с более коротким временем жизни, так и к средне- и долгоживущим компонентам воздуха, таким как водород. Используя эту методологию, они определили 100-летний потенциал глобального потепления для водорода, равный 12 ± 6. Основываясь на этом ПГП и скорости утечки водорода 1% и 10%, авторы обнаружили, что утечка водорода компенсирует примерно 0,4% и 4% соответственно от суммарного эквивалентного сокращения выбросов CO₂ в рассмотренном сценарии глобальной водородной экономики. Чтобы максимизировать выгоду от использования водорода как источника энергии, необходимо свести к минимуму выбросы, связанные с утечкой водорода и выбросами газов-предшественников озона.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/13451/2023/

Атлантический Ниньо характеризуется потеплением поверхности моря в экваториальной Атлантике, что может вызвать Ла-Нинья, холодную фазу Эль-Ниньо – Южного колебания (ЭНЮК). Хотя наблюдения показывают, что Атлантический Ниньо ослаб примерно на 30% с 1970-х годов, его отдалённое влияние на ЭНЮК остаётся сильным. Здесь показано, что это кажущееся несоответствие обусловлено существованием двух типов Атлантического Ниньо с различными структурами и климатическими воздействиями, которые авторы называют центральным и восточным Атлантическим Ниньо. Представленные результаты показывают, что при одинаковой силе центральноатлантический Ниньо оказывает более сильное влияние на тропический климат, чем его восточный аналог. Между тем, восточноатлантический Ниньо за последние десятилетия ослаб примерно на 50%, что позволило центральноатлантическому Ниньо появиться и доминировать в удалённом воздействии на ЭНЮК. Учитывая различные климатические воздействия этих двух типов, необходимо различать их и исследовать их поведение и влияние на климат в будущих исследованиях.

Ссылка: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adi5507

Горный снежный покров тает быстрее, если он покрыт пылью. Эта циклическая проблема заставляет менять прогнозы по водным ресурсам.

На страдающем от засухи западе США горный снежный покров является жизненно важным источником воды.
Весеннее таяние воды наполняет реки, расположенные ниже по склону, так как температура медленно повышается. Но поскольку изменение климата делает такие переменные, как осадки и температура, менее предсказуемыми, управление этим жизненно важным источником воды стало сложной задачей. Учёные предупреждают, что нынешние модели таяния снегов остались в прошлом.
«Нынешние модели основаны на статистических отношениях, которые предполагают, что будущее будет похоже на прошлое. И я думаю, теперь мы знаем, что не можем полагаться на это предположение», — сказала Маккензи Скилз (McKenzie Skiles), исследователь снега из Университета Юты.
Скилз возглавила исследование, опубликованное в журнале Environmental Research Letters, в котором подчёркивается особенно важная переменная, необходимая моделям прогнозирования снега для адаптации к быстро меняющемуся миру: пыль.

Циклы пыльного снега

Пыль, будучи темнее лежащего под ней снега, поглощает больше солнечной энергии и ускоряет таяние снега. Быстро тающий снег является проблемой, потому что горный снежный покров защищает почву от солнечного тепла, объяснила Скилз. Когда снег быстро тает, почва теряет защитное покрытие и высыхает раньше в сезоне.
Исследователи отслеживали это явление в штате Юта в 2021 и 2022 годах, когда уровень воды в Большом Солёном озере достиг рекордно низкого уровня из-за увеличения потребления и продолжительной засухи. Пыль с обнажённого дна озера попала на снег в соседних горах Уосатч.
Согласно данным Скилз и её коллег, опубликованным в июне 2023 года, пыль Большого Солёного озера ускорила таяние снегов в Уосатче на 17 дней в течение сезона таяния снегов 2022 года.
«Ландшафт стал более сухим, поэтому любая дополнительная влага, которая появляется после этого, в основном впитывается ландшафтом, а не возвращается обратно в Большое Солёное озеро», — объясняет Скилз.
Это явление представляет собой петлю обратной связи: по мере того, как в озеро поступает меньше воды, дно высохшего озера расширяется, и на снежный покров Уосатча выбрасывается больше пыли. Затем цикл повторяется.
По словам Скилз, эти результаты подтверждают многочисленные исследования, проведённые с 2010 по 2018 гг. в Скалистых горах Колорадо. В горах Сан-Хуан пыльные порывы с плато Колорадо ускорили таяние снега на 3–5 недель и коррелировали с ошибками прогнозирования таяния снега.

Улучшенные прогнозы

Своевременные предупреждения о наводнениях и эффективное управление водохранилищами требуют точных прогнозов таяния снегов. NOAA использует соответствующие модели для прогнозирования скорости таяния снега и количества воды, которая будет ежегодно пополнять реки.
Но, несмотря на значительное влияние пыли на скорость таяния снега, многие модели прогнозирования рек, в том числе NOAA, не учитывают это.
В Центре прогнозов рек бассейна Колорадо (CBRFC) гидрологи обновляют модели, чтобы изменить эту ситуацию.
Одна из стратегий состоит в том, чтобы увеличить входную температуру моделей, поскольку добавление немного большего количества тепла имитирует воздействие пыли, сказал Джон Лотак (John Lhotak), гидролог из CBRFC, который не имел отношения к исследованию в Юте. Такие калибровки основаны на данных исторических событий, связанных с пылью.
«Всё меняется», — сказал Лотак, объясняя необходимость обновления старой модели. Изменение климата изменило характер осадков, температуры и пыли. «Поэтому, когда вы калибруете эту модель, вы калибруете исторические данные, которые меняются», — объяснил он.
Офис Лотака также тестирует более динамичную физическую модель, опирающуюся на дополнительные данные, такие как солнечное излучение, ветер, влажность и пыль на снегу, чтобы лучше моделировать изменчивость наблюдаемых снежных условий в реальном времени.
В бассейне реки Колорадо «каждая капля драгоценна», сказал Лотак, поэтому правильный прогноз, с точностью до мельчайших долей процента, имеет решающее значение для планирования и адаптации сообществ. «Вот где мы сейчас находимся — вот почему каждая капля тщательно изучается».

Ссылка: https://eos.org/articles/dust-is-melting-snow-and-current-models-cant-keep-up

Настоящее исследование посвящено выявлению и объяснению изменений годового стока рек, максимального и среднего зимнего снегового водного эквивалента, дат начала и окончания сезонного снежного покрова, а также его продолжительности в трёх арктических речных бассейнах (Северная Двина, Таз и Индигирка), расположенных в европейской части России, Западной и Восточной Сибири в различных природных условиях. Наблюдения за вышеуказанными характеристиками достаточно скудны, чтобы выявить статистически значимые тенденции. В то же время имеющиеся наблюдения позволяют калибровать ключевые параметры модели SWAP, применять гидрологическое моделирование и проверять модель. Затем, следуя подходу, предложенному в рамках международного проекта ISIMIP3a, долгосрочное моделирование выполняется для каждого бассейна с использованием наблюдательных (фактических) климатических данных, характеризующихся долгосрочными изменениями, и «контрфактических» климатических данных без тренда. Сравнение фактического и «контрфактического» моделирования позволяет отнести обнаруженные изменения (с точки зрения тенденций) анализируемых переменных к климатическим факторам. Статистически значимые положительные тенденции стока связаны с изменением годового количества осадков для Северной Двины и Индигирки, а для реки Таз — с совместным воздействием увеличения количества осадков и потепления, приведшего к таянию многолетней мерзлоты. Отрицательные тенденции средних по бассейну сроков окончания снежного покрова и его продолжительности, а также положительные тенденции зимой и максимального снегового водного эквивалента наблюдаются для всех бассейнов и объясняются совместным влиянием изменений сезонных осадков, температуры воздуха и солнечной радиации. Результаты подчёркивают уязвимость бассейнов арктических рек к изменению климата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03626-w

Таяние плавучих шельфовых ледников в море Амундсена в настоящее время является основным процессом, контролирующим вклад Антарктиды в повышение уровня моря. Используя региональную модель океана, авторы представляют комплексный набор будущих прогнозов таяния шельфового ледника в море Амундсена. Обнаружено, что быстрое потепление океана, примерно в три раза превышающее исторический темп, вероятно, произойдет в XXI веке, с повсеместным увеличением таяния шельфовых ледников, в том числе в регионах, имеющих решающее значение для стабильности ледникового покрова. Если принять во внимание внутреннюю изменчивость климата, то нет существенной разницы между сценариями среднего уровня выбросов и наиболее амбициозными целями Парижского соглашения. Эти результаты показывают, что смягчение последствий выбросов парниковых газов в настоящее время имеет ограниченную силу для предотвращения потепления океана, которое может привести к разрушению Западно-Антарктического ледникового щита.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01818-x

Вмешательство в «солнечный климат» с использованием инъекции стратосферных аэрозолей (Stratospheric Aerosol Injection, SAI) было предложено в качестве метода, который мог бы компенсировать некоторые неблагоприятные последствия глобального потепления. Набор модельных результатов в соответствии с «Оценкой реакции и воздействия солнечного климата на систему Земля с помощью инъекции стратосферного аэрозоля» (ARISE-SAI) основан на сценарии умеренных выбросов парниковых газов и предполагает закачку диоксида серы в четырёх точках вне экватора с использованием алгоритма управления, поддерживающего глобальную среднюю температуру поверхности на уровне 1,5 К выше доиндустриальных условий (ARISE-SAI-1.5), а также широтный градиент и разницу температуры поверхности между полушариями. Это первое сравнение двух моделей (CESM2 и UKESM1), в которых применяется одна и та же многоцелевая стратегия SAI. CESM2 успешно достигает своих целевых показателей температуры, но UKESM1 имеет значительное остаточное потепление в Арктике. Это происходит потому, что характер изменения температуры в климате с SAI определяется как структурой климатических воздействий (в основном парниковых газов и стратосферных аэрозолей), так и обратными связями в климатических моделях, последние из которых благоприятствуют большому усилению потепления в Арктике в UKESM1. Таким образом, исследования, ограничивающие уровень будущего потепления в Арктике, также будут служить основой для любой гипотетической стратегии развертывания SAI, которая направлена ​​на поддержание разницы температур у поверхности между полушариями и между экватором и полюсами. Более того, несмотря на широкое согласие в отношении реакции осадков во внетропических регионах, изменения количества осадков на тропических территориях демонстрируют важные различия между моделями, даже при воздействии только парниковых газов. В целом, это ансамблевое исследование является первым шагом в сравнении политически значимых сценариев SAI и поможет в разработке экспериментального протокола, который одновременно уменьшает некоторые известные негативные побочные эффекты SAI и достаточно прост, чтобы стимулировать к участию больше климатических моделей.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/13369/2023/