Недавние экстремальные температуры побили ранее наблюдавшиеся рекорды, достигнув интенсивности, которая была немыслима до этих событий. Можно ли было предвидеть возможность события такой беспрецедентной интенсивности, как волна тепла на северо-западе Тихого океана в 2021 году, на основе информации о климатических моделях, доступной до этого события? Могло ли научное сообщество количественно оценить его потенциальную интенсивность на основе нынешнего поколения климатических моделей? Авторы демонстрируют, как подход усиления ансамбля можно использовать для создания физически правдоподобных сюжетных линий о более «горячей» волне тепла, чем наблюдалась на северо-западе Тихого океана. Также показано, что волны тепла гораздо большей интенсивности, чем когда-либо наблюдавшиеся, возможны в других местах, таких как регионы Большого Чикаго и Парижа. Чтобы установить доверие к сюжетным линиям событий типа «чёрного лебедя», необходимо объединить различные доказательства и понимание процесса с целью сделать эту информацию надёжной и полезной для заинтересованных сторон.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-40112-4

Новые измерения, проведённые в Арктике за  ±40 дней вокруг летнего солнцестояния, показывают, что отражённый солнечный свет к северу от 80° с.ш. уменьшается на 20–35%. Покрытие арктического морского льда уменьшается на 7–9% за тот же период (по данным NSIDC), что означает, что альбедо арктического морского льда уменьшается в дополнение к отступлению морского льда. Подобные измерения в Антарктике служат основой для сравнения измерений в Арктике. Отражённый солнечный свет в Антарктике к югу от 80° ю.ш. на 30% превышает коэффициент отражения в Арктике и симметричен относительно точки солнцестояния, что подразумевает постоянную отражательную способность Антарктики. Отражённый солнечный свет в Арктике через 20 дней после солнцестояния более чем на 100 Вт/м² меньше, чем отражённый солнечный свет в Антарктике. В перспективе этого тепла достаточно, чтобы растопить  > 1 мм/час льда. Эти результаты следует сравнить с результатами климатических моделей и наборами данных реанализа для дальнейшей количественной оценки роли альбедо морского льда в арктическом усилении. Измерения проводились с помощью пиксельных радиометров на спутниках Глобальной системы позиционирования в период с 2014 по 2019 гг. и ранее не публиковались. Орбиты GPS дают каждому радиометру мгновенные и непрерывные изображения 37% Земли, два полных изображения Арктики и Антарктики в день. Кроме того, группировка GPS обеспечивает постоянное покрытие Земли, что может предоставлять данные, дополняющие существующие инструменты с ограниченным полем зрения, которые обеспечивают менее синоптическое изображение Земли.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-39877-x

Реки интегрируют процессы, происходящие в их водосборах, и поэтому являются индикаторами изменений в широких пространственных масштабах. Химический состав рек также регулирует функции экосистем во всём континууме суши и океана Земли, осуществляя контроль от микро- (например, местная пищевая сеть) до макро- (например, глобальный углеродный цикл) масштаба. В быстро нагревающейся Арктике широкий спектр процессов – от таяния многолетней мерзлоты до биологического поглощения и трансформации – может существенно изменить химический состав речной воды. Авторы использовали данные по крупным рекам, которые в совокупности дренируют две трети водосбора Северного Ледовитого океана, чтобы оценить масштабные изменения биогеохимических функций в панарктическом бассейне с 2003 по 2019 гг. Хотя поток щёлочности и связанных с ней ионов в океан заметно увеличился за это время, потоки нитратов и других неорганических питательных веществ снизились. Потоки растворённого органического углерода не показали общей тенденции. Это расхождение в реакции указывает на возмущение множества процессов на суше, что имеет последствия для биогеохимического круговорота в прибрежном океане. Авторы ожидают, что эти результаты будут способствовать уточнению концептуальных и численных моделей текущего и будущего функционирования арктических прибрежных экосистем и стимулируют исследования масштабно-зависимых изменений во всей речной интегрированной арктической области.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01247-7

Достижения в области анализа данных помогают исследователям обнаружить изменение цвета океана, которое может быть связано с изменением климата.
Согласно новому исследованию, тропические океаны меняют цвет. За последние два десятилетия 56% поверхности океана стали зеленее, а это означает, что микроорганизмы, живущие близко к поверхности, также меняются. Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature, указывает на изменение климата как на возможную причину такого сдвига.
Мировой океан приобретает свой цвет от солнечного света, отражающегося от молекул воды и всего остального, что плавает у поверхности. Сюда входит крошечный фитопланктон, содержащий большое количество хлорофилла — пигмента, отражающего зелёный свет.
Учёные обычно используют спутники для оценки цвета океана, измеряя длины волн синего и зелёного света, отражённого от поверхности, и определяя количество хлорофилла, необходимое для придания специфического сине-зелёного оттенка, объяснила соавтор Стефани Дуткевич (Stephanie Dutkiewicz), морской учёный из Массачусетского технологического института. в Кембридже.
Но численность фитопланктона – и, следовательно, хлорофилла – значительно варьируется от года к году, и обнаружить долгосрочные изменения цвета по таким зашумлённым спутниковым данным сложно. Климатические модели показывают, что для выявления тенденции могут потребоваться данные за 30–40 лет, сказала Дуткевич.
Чтобы быстрее выявить какие-либо закономерности в цвете океана, исследователи попробовали необычный подход: на протяжении 20 лет (2002–2022 гг.) почти ежедневные изображения океана с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS), камеры на борту спутника НАСА Aqua, позволили команде рассмотреть несколько цветов в спектре видимого света, а не только синий и зелёный.

Устранение шума

«Трудно отличить шум от сигнала, поскольку каждое наблюдение полно шума», — говорит соавтор Эммануэль Босс (Emmanuel Boss), руководитель Лаборатории звука и цвета в Университете штата Мэн. Чтобы выйти за рамки сезонных колебаний и Эль-Ниньо, исследователи использовали статистический метод, с помощью которого они могли анализировать несколько переменных — все цвета, наблюдаемые MODIS, — одновременно.
Они обнаружили, что более чем на половине площади океанов, в основном вблизи тропиков, наблюдается явный сдвиг оттенка в сторону зелёного, даже несмотря на то, что доступны данные всего за 20 лет.
Поскольку океаны вблизи полюсов не подвергаются воздействию света круглый год, а темнота длится месяцами, исследователи сосредоточились на экваториальных океанах. «Но это не значит, что полюса не меняются», — добавляет Босс. Они также не смотрели области вблизи берегов; эти районы, естественно, довольно шумны из-за повторяющихся явлений, таких как апвеллинг, когда холодная, глубинная и богатая питательными веществами вода поднимается на поверхность и занимает место более тёплых поверхностных вод.

Изменения в морских организмах

«Мы не знаем, что вызывает эту тенденцию. Это может быть растворённый органический материал, изменения в типе и количестве фитопланктона… все эти аспекты могут повлиять на цвет океана», — говорит Босс. «Мы надеемся, что коллеги попытаются найти причину этих изменений». Авторы отметили, что изменения цвета не следовали за изменениями температуры поверхности моря.
По мнению авторов, в этом может быть виновато изменение климата. Эта гипотеза возникла не только из того, что они нашли в наборе данных, но и из того факта, что данные лучше всего соответствовали одной из моделей, над которой работала команда, — модели с высокими выбросами углерода и сценарием видимого изменения климата.
Исследование актуально, потому что оно проливает свет на изменения в популяциях фитопланктона, которые лежат в основе многих морских пищевых сетей, говорит Лусиана Прадо (Luciana Prado), физический океанограф из Государственного университета Рио-де-Жанейро в Бразилии, которая не участвовала в исследовании. Первичные консументы - от зоопланктона до медуз - потребляют фитопланктон, тогда как вторичные, в том числе многие рыбы, питаются им. Наконец, основные потребители, такие как акулы и морские млекопитающие, часто питаются рыбой.
«Изменение цвета воды может означать, что может произойти новое распределение элементов и питательных веществ, которые повлияют на количество и качество фитопланктона в океанах», — добавила Прадо.
«Это сложный, нетрадиционный новый подход к изучению цвета океана», — сказала Ауреа Чиотти (Aurea Ciotti), океанограф-биооптик из Университета Сан-Паулу, не участвовавшая в исследовании. По её словам, такого рода исследования очень сложны, поскольку они работают с совершенно разными масштабами. «Эти исследования проводятся на огромных участках океана и изучают микроскопические организмы, которые живут несколько часов или дней. Подсчитать это, не упрощая принцип работы океанов, — серьёзная задача. Хорошая новость заключается в том, что сегодня у нас есть технологии, позволяющие проводить более точные расчёты, поэтому нам не нужно слишком упрощать данные», — заметила она.
По словам Чиотти, исследование привело к несколько парадоксальному выводу, что научному сообществу потребуется некоторое время, чтобы осмыслить это. «В условиях изменения климата было бы вполне логично, если бы океаны стали голубее или беднее жизнью и питательными веществами. Использование других методов открывает нам новые двери для понимания того, что реальность не всегда может соответствовать нашим ожиданиям».

Ссылка: https://eos.org/articles/more-than-half-the-worlds-ocean-surface-is-getting-greener

Точные и своевременные прогнозы тумана необходимы для поддержки принятия решений в отношении различных видов деятельности, на которые критически влияют условия плохой видимости. Влияние тумана на общество значительно возросло в последние десятилетия из-за увеличения воздушного, морского и дорожного движения, а также появления солнечной энергии в качестве источника возобновляемой энергии. Фактически финансовые затраты, связанные с туманом, стали сопоставимы с потерями от других погодных явлений, таких как штормы. Низкий уровень видимости в тумане приводит к задержкам авиаперевозок, опасной навигации на перегруженных водных путях и в портах и небезопасным условиям движения на дорогах. В последнее время информация о тумане требуется для производства солнечной энергии и автономного вождения. Поэтому усовершенствованные системы поддержки принятия решений, адаптированные к широкому спектру действий, на которые влияет туман, необходимы как никогда. В основе таких систем лежат усовершенствованные методы прогнозирования текущей погоды (от минут до часов) и прогнозирования (от часов до дней) возникновения, интенсивности и рассеивания тумана. Дальнейшее совершенствование моделей численного прогнозирования погоды, новые платформы наблюдения и сети наблюдения, а также расширенные возможности анализа, предлагаемые алгоритмами искусственного интеллекта и машинного обучения, — всё это представляет собой потенциальные источники улучшения прогнозов тумана следующего поколения. Каждый из этих подходов предлагает возможности, но они также имеют свои ограничения в предоставлении прогнозов с добавленной стоимостью для лиц, принимающих решения. Одним из аспектов, представляющих серьёзную проблему и требующих дальнейшего внимания, является возможность предоставления чёткой и надёжной информации о неопределённости прогноза. В этом обзоре обсуждаются некоторые аспекты этих возможностей и проблем. В нём, в частности, представлен обзор последних достижений в разработке систем поддержки принятия решений и связанных с ними компонентов для прогнозирования и прогнозирования текущей погоды в условиях тумана. В материалах подчёркивается использование различных подходов (например, методов, основанных на данных, моделей численного прогнозирования погоды и систем ансамблевого прогнозирования, алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения), используемых по отдельности или в комбинации (т.е. при смешивании информации из разных источников) для создания улучшенного предсказания тумана.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/8/1314

Метан (CH₄) является мощным парниковым газом, и его концентрация в атмосфере утроилась со времён промышленной революции. Имеются данные о том, что глобальное потепление увеличило выбросы CH₄ из пресноводных экосистем, оказывая воздействие на глобальный климат. Тем не менее, для рек и ручьёв контроль и величина выбросов CH₄ остаются весьма неопределёнными. Здесь авторы приводят глобальную пространственную оценку выбросов CH₄ из проточных вод, составляющую 27,9 (16,7–39,7) Тг CH₄ в год и примерно равную по величине выбросам других пресноводных систем. Речные выбросы CH₄ не сильно зависят от температуры и имеют низкую среднюю энергию активации (E_M = 0,14 эВ) по сравнению с выбросами озёр и водно-болотных угодий (E_M = 0,96 эВ). Напротив, глобальные структуры выбросов характеризуются большими потоками в условиях высоких и низких широт, а также в средах с преобладанием человека. Эти закономерности объясняются эдафическими (почвенными) и климатическими особенностями, которые связаны с аноксией в речных местообитаниях и вблизи них, включая высокое содержание органического вещества и водонасыщение в гидрологически связанных почвах. Эти результаты подчёркивают важность связи между землёй и водой в регулировании подачи CH₄ в проточные воды, которая уязвима не только для прямых антропогенных изменений, но и для некоторых реакций на изменение климата на суше.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06344-6

Влияние изменения климата на интенсивность осадков хорошо задокументировано. Однако результаты, касающиеся изменений в пространственном масштабе экстремальных осадков, по-прежнему неоднозначны, поскольку предыдущие исследования были сосредоточены на конкретных регионах и временных интервалах. Это исследование направлено на устранение этой неопределённости путём изучения закономерностей изменений пространственной протяжённости кратковременных экстремальных осадков в глобальном масштабе. Предлагается индикатор на основе сетки под названием «пространственная однородность», который используется для оценки изменений пространственной протяжённости в данных глобальных измерений осадков. Это исследование показывает, что (а) повышение температуры вызывает значительное сокращение количества осадков в тропиках, но увеличение количества осадков в засушливых регионах, (б) штормы с более высокой интенсивностью осадков демонстрируют более быстрое уменьшение пространственного размера и (в) большее пространственное распространение штормов связано с более высоким общим количеством осаждаемой воды. Результаты показывают, что в условиях потепления климата в тропиках могут возникать сильные наводнения, поскольку штормы могут стать более интенсивными и сконцентрированными в пространстве.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103233

На основе региональных прогнозов качества воздуха, подготовленных Службой мониторинга атмосферы Copernicus, предложен новый подход к постобработке для улучшения результатов и их представления в более мелком масштабе. Этот подход основан на сочетании выходной статистики модельного ансамбля с процессом пространственно-временной интерполяции, выполняемым с помощью вложенной аппроксимации Лапласа, интегрированной в стохастическое уравнение с частными производными (SPDE-INLA). Интерполяционный подход включает несколько пространственных и пространственно-временных предикторов, в том числе метеорологические переменные. Предоставляется вариант использования, дающий более детальные прогнозы Службы мониторинга атмосферы Copernicus на итальянском полуострове. Калибровка сосредоточена на концентрациях нескольких загрязнителей воздуха (PM₁₀, PM_2,5, NO₂ и O₃) с ежедневным разрешением из набора 750 пунктов мониторинга, распределённых по всей Италии. Эти результаты показывают ключевую роль, которую играют обусловливающие переменные для улучшения возможностей ансамблевых прогнозов, что позволяет улучшить калибровку по сравнению с обычными стратегиями выходной статистики модельного ансамбля. С детерминированной точки зрения производительность прогностической модели показывает значительное улучшение производительности исходного ансамблевого прогноза с почти нулевым смещением, значительно сниженными среднеквадратичными ошибками и корреляциями, почти всегда превышающими 0,9 для каждого загрязнителя; более того, подход с постобработкой способен значительно улучшить предсказание превышений даже для очень низких пороговых значений, таких как недавно рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения. Это особенно важно, если подход должен использоваться для прогнозирования условий качества воздуха и планирования адекватных мер по защите здоровья человека даже при низких пороговых значениях. С вероятностной точки зрения качество прогноза проверялось на надёжность и правдоподобность интервалов. После постобработки прогностические функции плотности вероятности были чёткими и намного лучше откалиброваны, чем необработанный ансамблевый прогноз. Наконец, представлены некоторые дополнительные результаты, основанные на наборе ежедневных карт с координатной сеткой (4 км x 4 км), охватывающих всю Италию, для обнаружения областей, где происходят прогнозируемые пики загрязнения (превышения нормативных порогов).

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1015/

Исследуется межгодовая изменчивость приземной температуры воздуха в XXI веке, используются модельные оценки CMIP6 по трём общим социально-экономическим сценариям (SSP1-2.6, SSP2-4.5 и SSP5-8.5). Прогнозируется, что по сравнению с 1961–2014 гг. межгодовая изменчивость среднегодовой температуры увеличится на 6%, 6% и 12% в глобальном масштабе в период 2051–2100 гг. по сценариям SSP1-2.6, SSP2-4.5 и SSP5-8.5 соответственно, со средним увеличением на 10–22% в низких широтах и снижением на 3–28% в высокоширотных океанах. Пространственный характер изменения зимней изменчивости в основном определяется вариациями меридионального градиента температуры. Потери морского льда и вариации площади снежного покрова в средних и высоких широтах связаны с большим снижением изменчивости согласно анализу подстилающей поверхности. В Южной Америке и Южной Африке усиление изменчивости связано с корректировкой влажно-сухого состояния, а в Южной Азии и Центральной Африке больше зависит от положительного длинноволнового радиационного эффекта из-за увеличения облачности. В тропических океанах увеличение изменчивости температуры поверхности моря и взаимодействия воздуха и моря преобладают над усилением изменчивости температуры приземного слоя воздуха.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06923-3

Используя непрерывные измерения содержания озона и водяного пара с помощью двух наземных радиометров GROMOS-C и MIAWARA-C в Ню-Олесунне, Шпицберген (79° с.ш., 12° в.д.), начавшихся в сентябре 2015 года, и объединив наборы данных MERRA-2 и Aura-MLS. авторы анализируют межгодовое поведение и различия в содержании озона и водяного пара и составляют климатологию обоих газов, описывающую их годовой ход в полярных широтах. Проведено климатологическое сопоставление измерений этих наземных радиометров с данными реанализа и спутников. Общие различия отношения смеси озона по объёму между GROMOS-C и Aura-MLS в климатологии в основном находятся в пределах ±7% в средней и верхней стратосфере и превышают 10% в нижней мезосфере (1–0,1 гПа) в марте и октябре. Что касается климатологии водяного пара, то среднее совпадение MIAWARA-C и Aura-MLS составляет 5% между его значениями отношения смеси по объёму во всей стратосфере и мезосфере (100–0,01 гПа). Сравнение с MERRA-2 выявляет расхождения более чем на 50% выше уровня 0,2 гПа в зависимости от реализованных схем переноса излучения и другой физики модели. Кроме того, авторы провели сопряжённое сравнение широт, определяя виртуальную станцию в Южном полушарии с географическими координатами (79° ю.ш., 12° в.д.), чтобы исследовать межполушарные различия в составе атмосферы. Оба следовых газа демонстрируют гораздо более выраженную межгодовую и сезонную изменчивость в северном полушарии, чем в южном. Оценены эффективные вертикальные скорости переноса водяного пара, соответствующие периодам апвеллинга и даунвеллинга, обусловленным остаточной циркуляцией. В северном полушарии скорость подъёма водяного пара (с 5 мая по 20 июня в 2015, 2016, 2017, 2018 и 2021 годах и с 15 апреля по 31 мая в 2019 и 2020 годах) составляет 3,4 ± 1,9 мм с⁻¹ (MIAWARA-C) и 4,6 ± 1,8 мм с⁻¹ (Aura-MLS), а скорость спуска (с 15 сентября по 31 октября в 2015–2021 гг.) 5,0 ± 1,1 мм с⁻¹ (MIAWARA-C) и 5,4 ± 1,5 мм с⁻¹ (Aura-MLS) в диапазоне высот около 50–70 км. Скорость подъёма водяного пара (с 15 октября по 30 ноября в 2015–2021 гг.) и спуска (с 15 марта по 30 апреля в 2015–2021 гг.) в южном полушарии составляет 5,2 ± 0,8 и 2,6 ± 1,4 мм с⁻¹ по данным Aura-MLS, соответственно. Анализ вертикальных скоростей переноса водяного пара также выявляет более высокую изменчивость в северном полушарии и подходит для мониторинга и описания эволюции северной и южной полярной динамики, связанной с полярным вихрем, в зависимости от времени и высоты.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/9137/2023/