При интерпретации потоков вихревой ковариации ландшафты часто считаются однородными, что может привести к систематическим ошибкам при заполнении пробелов и масштабировании наблюдений для определения региональных углеродных балансов. Экосистемы тундры неоднородны во многих масштабах. Например, функциональные типы растений, влажность почвы, глубина оттаивания и микротопография различаются в зависимости от ландшафта и влияют на чистый экосистемный обмен потоков углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄). С повышением температуры арктические экосистемы в некоторых местах превращаются из чистого стока в чистый источник углерода в атмосферу, но углеродный баланс Арктики остаётся крайне неопределённым. В этом исследовании авторы сообщают о результатах потоков чистого экосистемного обмена и CH₄ вегетационного периода от вихревой ковариационной башни в дельте Юкон-Кускоквим на Аляске. Они использовали модели следов и методы Байесовской цепи Маркова Монте-Карло, чтобы объединить наблюдения за вихревой ковариацией в составляющие потоки на основе карт земного покрова региона с высоким разрешением. Авторы сравнили три типа моделей следов и использовали две карты земного покрова различной сложности, чтобы определить влияние этих вариантов на производные экосистемные потоки. Они применили искусственно созданные пробелы в скрытых наблюдениях для сравнения эффективности заполнения пробелов, используя свои полученные потоки, специфичные для земного покрова, и традиционные методы заполнения пробелов, предполагающие однородные ландшафты. Также проведено сравнение полученных региональных углеродных бюджетов при масштабировании наблюдений с использованием гетерогенного и гомогенного подходов. Традиционные методы заполнения пробелов показали худшие результаты при прогнозировании искусственно скрытых пробелов в чистом экосистемном обмене, чем те, которые учитывали гетерогенные ландшафты, в то время как между моделями следов и картами земного покрова были лишь небольшие различия. Выявлены и количественно оценены «горячие точки» потоков углерода в ландшафте (например, выбросы в конце вегетационного периода из водно-болотных угодий и небольших прудов). Найдена отчётливая сезонность потоков чистого экосистемного обмена в вегетационный период тундры. Масштабирование с учётом однородности ландшафта привело к переоценке стока CO₂ в вегетационный период в два раза и занижению выбросов CH₄ в два раза по сравнению с масштабированием с использованием любого метода, учитывающего неоднородность ландшафта. Авторы показали, как Байесовская цепь Маркова Монте-Карло, аналитические модели следов и карты земного покрова с высоким разрешением могут быть использованы для получения подробных потоков углерода в земном покрове на основе временных рядов вихревой ковариации. Эти результаты демонстрируют важность ландшафтной неоднородности при масштабировании выбросов углерода в Арктике.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/1301/2024/

В качестве обновлённой версии существующих операционных систем реанализа океана NOAA/NCEP недавно была создана новая система под названием GLObal Ocean Reanalogue (GLORe) на основе схемы JEDI-SOCA 3DVar. В этом исследовании качество GLORe оценивается при инициализации прогнозов ЭНЮК с использованием Единой системы прогнозов NOAA (UFS). Подробности: по инициативе GLORe, 9-месячные ансамблевые ретроспективные прогнозы проводятся каждый май/ноябрь в течение 1982–2021 гг. Качество прогнозирования ЭНЮК сравнивается с оценками текущей операционной системы NOAA CFSv2, что позволяет предположить, что UFS, инициализированная с помощью GLORe, обладает улучшенным качеством прогнозирования ЭНЮК. При проведении ещё одного набора ретроспективных исследований с использованием UFS и тех же инициализаций, что и CFSv2, выяснилось, что улучшение качества в значительной степени связано с инициализацией океана с помощью GLORe, но и с некоторым вкладом в результате улучшений модели. Эффект инициализации океана дополнительно подтверждается превосходством GLORe над CFSR, подтверждённым объективным анализом. 
 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106640 

Впервые получены данные по эмиссии климатически активных газов из почв различного типа использования южнотаежной подзоны. Почвы бореального пояса являются ключевыми элементами глобального углеродного цикла. Они определяют сток и эмиссию климатически активных газов. Почвы вблизи крупных городов являются основным поглотителем углерода, в условиях изменения климата они из поглотителей могут превратиться в источник углерода и внести существенный вклад в изменение климата на планете. Исследования потоков F_CO2 и F_CH4 проводились на территории участка мониторинга «Ладога», расположенного в подзоне южной тайги, в почвах земель, не используемых в сельском хозяйстве, бывших сельскохозяйственных угодьях и водно-болотных угодьях. При камерных измерениях использовался портативный газоанализатор GLA131-GGA (ABB, Канада). Камеру устанавливали на почву, после чего фиксировали концентрацию CO₂, CH₄ и H₂O в мобильной камере. В результате исследования установлено, что наименьшая эмиссия углекислого газа характерна для почв, развивающихся на водно-болотных угодьях, и составляет 0,64 гСО₂/(м2*год). Это связано с высокой степенью гидрофобности территории и изменением окислительно-восстановительного режима. Наибольшая эмиссия углекислого газа зарегистрирована в почвах на землях, не используемых в сельском хозяйстве, и составляет 4,16 гСО₂/(м²*год). Это обусловлено образованием в почве преимущественно лабильных форм углерода, которые могут сравнительно быстро вовлекаться в круговорот углерода и влиять на его активную эмиссию из почвы. По полученным данным по эмиссии F_СН4 из почв установлено, что почвы земель, не используемых в сельском хозяйстве, и бывших сельскохозяйственных угодий являются чистыми стоками, тогда как почвы водно-болотных угодий характеризуются источником СН₄, выбросы составляют от 0,05 до 0,83 гСН₄/(м²*год). Полученные результаты свидетельствуют о пространственной неоднородности и изменениях углеродного цикла в пределах участка мониторинга «Ладога», обусловленных сменой растительных сообществ и типа местообитаний. Мониторинг выбросов важных парниковых газов в непосредственной близости от крупных городских территорий является важной задачей в условиях прогнозируемого изменения климата и растущих темпов урбанизации.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/3/360

Понимание антропогенного влияния на сезонность имеет научное, экономическое и социальное значение. Авторы показывают, что антропогенный сигнал в сезонном цикле температуры поверхности моря возник из шума естественной изменчивости. Географические закономерности изменений амплитуды сезонного цикла температуры поверхности моря (SST_AC) демонстрируют две отличительные особенности: увеличение в средних широтах Северного полушария, связанное с изменениями глубины перемешанного слоя, и устойчивую дипольную картину в поясе между 40° ю.ш. и 55° ю.ш., которая в основном обусловлена изменениями приземного ветра. Предсказанная моделью структура изменения SST_AC определена с высокой статистической достоверностью в четырёх наблюдаемых продуктах температуры поверхности моря и в 51 индивидуальной модельной реализации исторической эволюции климата. Моделирование с индивидуальными воздействиями показывает, что увеличение выбросов парниковых газов является основным фактором изменений в SST_AC, с меньшим, но отчётливым вкладом антропогенного аэрозольного и озонового воздействия. Обнаруженный здесь надёжный человеческий «отпечаток», вероятно, будет иметь широкомасштабное воздействие на морские экосистемы.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-01958-8

Временные ряды годовых максимумов суточных осадков имеют решающее значение для понимания экстремального поведения осадков и его смещения в сторону нестационарности при глобальном потеплении. Информация об экстремальных осадках помогает проектировать гидравлическую инфраструктуру, управлять водными ресурсами, предотвращать стихийные бедствия и адаптироваться к изменению климата. Однако даже треть архивных данных не имеет достаточной длины, а число активных станций продолжает уменьшаться. Здесь представлен HYADES: архив годовых максимумов ежедневных данных осадков, глобальный набор данных, полученный из базы ежедневных данных Глобальной исторической климатологической сети (GHCN-Daily). Набор данных HYADES содержит данные 39 206 станций (неоднородно распределённых по всему миру) с продолжительностью от 16 до 200 лет в период с 1805 по 2023 гг. HYADES был извлечён с помощью методологии, разработанной для точного определения истинных максимумов даже при наличии пропущенных значений в пределах записи. Пороги метода были определены и оценены посредством метода Монте-Карло. Этот подход демонстрирует 96,73% успешности обнаружения истинных максимумов при сохранении представляющих интерес статистических свойств временных рядов (L-моменты и временной монотонный тренд).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03109-2

Реалистическое представление отклика радиации на верхней границе атмосферы на приземное потепление является ключом к доверию к прогнозам климатической модели. Показано, что совместные модели со свободно развивающимися взаимодействиями океана и атмосферы систематически недооценивают наблюдаемую глобальную тенденцию излучения на верхней границе атмосферы в течение 2001–2022 гг. в 552 расчётах. На местном уровне, даже если моделирование спонтанно воспроизводит наблюдаемые тенденции приземной температуры, тенденции радиации на верхней границе атмосферы, скорее недооценены, чем переоценены. Такое смещение отклика связано с неспособностью моделей воспроизвести наблюдаемую картину крупномасштабного приземного потепления, а также с ошибками в физике атмосферы, влияющей на коротковолновое и длинноволновое излучение. Модели с лучшим представлением отклика излучения на верхней границе атмосферы на локальное приземное потепление имеют относительно низкую равновесную чувствительность климата. Предложенная авторами метрика смещения — это новый подход, связывающий текущую реакцию модели на изменение климата с её поведением в будущем.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106909

В нынешнюю эпоху быстрого изменения климата и повышения уровня моря наука об изменении прибрежных зон необходима в глобальном, региональном и местном масштабах. Важнейшие элементы этой науки, независимо от масштаба, включают в себя обоснованность методов и возможность независимой проверки результатов. Недавний вклад Almar et al.¹ не позволяет достичь ни одного из этих показателей, о чём свидетельствуют: (i) использование подверженного ошибкам прокси для прибрежной береговой линии и (ii) анализы, которые носят циклический характер и мало объясняют отклонения в данных.

Здесь предоставлена краткая информация по каждому из этих пунктов:

(i) Несмотря на то, что существует ряд спутниковых методов определения береговой линии, которые опубликованы с исходным кодом и могут быть применены для обнаружения причин изменения береговой линии в глобальном масштабе^2,3,4,5, Almar et al.¹ использовали простой метод, подверженный ошибкам определения ватерлинии. Среди проблем с прокси-серверами ватерлинии широко показано, что они сильно зависят от стадии прилива в сезонном, годовом и межгодовом масштабах из-за пересечения солнечно-синхронного источника данных и астрономических приливных циклов^3,6. Например, этапы прилива на изображениях Landsat, использованных и открыто опубликованных Vos et al.², имеют временные отклонения в различных масштабах для разрезов по всему земному шару. Таким образом, в изменчивости данных о ватерлиниях обычно преобладают приливные режимы в широком диапазоне временных масштабов, а не закономерности изменения береговой линии^2,3,4,5,6,7.
Низкое качество измерений ватерлинии можно продемонстрировать путём сравнения со стандартными методами. Стандартные методы отслеживания положения береговой линии со спутников обычно охватывают 70–90% дисперсии измерений береговой линии на месте (например, рис. S1 в работе Vos et al.²). Напротив, измерения ватерлинии, проведённые Almar et al.¹, уловили только 14–37% (в среднем = 26%) дисперсии измерений береговой линии (рис. S6).
Метод Almar et al.¹ также выявил ложные, зависящие от времени закономерности, в том числе 20–50 м нереальной сезонности береговой линии для пляжа Наррабин, Австралия (сравните тонкие линии на рис. S6i) и неспособность зафиксировать крупнейшее за всю историю событие аккреции, произошедшее в 2005 году в Торри-Пайнс, Калифорния (сравните жирные линии на рис. S6g). Таким образом, методы Almar et al.¹ не позволяют охарактеризовать изменения в местном масштабе и не дают доказательств того, улучшаются ли эти неудачи в региональном или глобальном масштабе. Метод Almar et al.¹ также включает только один разрез каждые 0,5°, или в среднем каждые 55 000 м, что сильно занижает выборку береговых линий мира. Напротив, стандартные применения спутникового картографирования береговой линии в региональном и глобальном масштабе выполняются с интервалом трансектов ~ 100 м^2,3,4,5,8,9 в знак признания того, что этот масштаб необходим для правильной выборки огромного разнообразия прибрежных зон, поведения и геоморфических изменений^10,11,12. Хотя ограниченность пространства не позволяет провести полный обзор эффектов пространственной выборки и наложения береговых линий⁷, следует отметить, что понижение выборки данных трансекта со 100 м от Vos et al.² до интервалов 55 000 м приводит к фундаментально разным распределениям показателей геоморфических изменений в этих данных.
Almar et al.¹ действительно ссылаются на проблемы своих данных, которые они описывают как «гидродинамические изменчивости», приводящие к невозможности измерить «геологическую» береговую линию (стр. 6). Тем не менее, Almar et al.¹ представляют и резюмируют свое исследование, касающееся «морфологических изменений побережья» (стр. 2), «изменений/эволюции береговой линии» (стр. 1-2) и «эрозии» береговой линии (стр. 6)). Авторы утверждают, что если методика Almar et al.¹ не позволяет измерить форму рельефа береговой линии (с этим результатом авторы согласны), тогда нельзя сделать никаких выводов об изменении, эволюции или эрозии формы рельефа.
(ii) Было показано, что измерения ватерлинии, проведённые Almar et al.¹, имеют слабую положительную корреляцию с независимыми факторами уровня воды, связанными с уровнем моря, энергией волн и расходом воды из рек, но только с глобальным средним значением r², равным 0,25 (рис. 1). То есть основной вывод заключается в том, что факторы, влияющие на уровень прибрежных вод, связаны (хотя и слабо) с внутренним положением воды в прибрежном ландшафте. Авторы утверждают, что это тривиальный, если не рекламный вывод. Положение ватерлинии на пляже поперёк берега должно быть прямой функцией уровня воды. И тем не менее, только ~25% отклонений в данных Almar et al.¹ по ватерлинии можно объяснить этой простой зависимостью. Кроме того, глобально усреднённая корреляция (r) модели на основе ЭНЮК составила 0,43 (рис. 3а). Таким образом, только ~18% отклонений в данных «береговой линии» было объяснено ЭНЮК. В свете этой низкой корреляции следует признать, что стадии приливов в значительной степени коррелируют с ЭНЮК^13,14, что повышает вероятность того, что часть этой корреляции является результатом остаточных приливных эффектов в данных о береговой линии, которые, как отмечалось выше, обычно доминируют над синхронными спутниковыми данными. В конце концов, метод ватерлинии уловил только ~ 25% различий в фактических береговых линиях, а регрессионный анализ уловил только 18–25% различий в результатах ватерлинии. Обсуждая эти результаты с помощью метода квадратурной суммы, предполагается, что только ~5% дисперсии фактических береговых линий можно объяснить с помощью регрессионных моделей на основе ЭНЮК, что противоречит основным выводам статьи¹.
В отличие от методов и результатов Almar et al.¹, существуют многочисленные исследования изменений береговой линии в региональном и глобальном масштабе на основе спутниковых данных, которые включают: (i) методы, соответствующие передовому опыту⁷, и (ii) тщательное тестирование, анализ и применение результатов береговой линии^{2,3,4,5,8,9,12}. Кроме того, это ясно показывает, что ЭНЮК играет сложную роль в некоторых регионах (например, в Тихоокеанском бассейне²), но не играет роли в других регионах (например, на Атлантическом побережье Европы¹²).
Подводя итог, авторы предлагают читателям внимательно оценить эти вопросы, а также общий вывод Almar et al. и вывод, сделанный в заголовке, о том, что ЭНЮК является глобально важным фактором изменения береговой линии¹. Авторы с нетерпением ждут более тщательного анализа тенденций и причин изменения прибрежной зоны на основе данных, имеющих разумную неопределённость и публикуемых открыто, как продемонстрировали другие^{2,3,4,5,8,9,12}. Указывается на исследования, которые не только сообщают о научных результатах, но также предоставляют общедоступные средства просмотра данных, хранилища данных и исходные коды как хорошие модели для предоставления информации прибрежным учёным, менеджерам и гражданам^2,3. Такого рода информация и инструменты имеют решающее значение для понимания прибрежных систем и будущего прибрежных сообществ в современную эпоху роста населения, прибрежной урбанизации, изменения климата и повышения уровня моря. Управляющие прибрежными районами и граждане ожидают от научного сообщества предоставления действенной информации как на местном, так и на региональном уровне, основанной на тщательно проверенных и свободно доступных данных. Учитывая важность этой науки, в будущем потребуются усилия по улучшению понимания прибрежных систем и тщательной переоценке выводов Almar et al.¹.

Ссылки

¹ Almar, R. et al. Influence of El Niño on the variability of global shoreline position. Nat. Commun. 14, 3133 (2023).
² Vos, K., Harley, M. D., Turner, I. L. & Splinter, K. D. Pacific shoreline erosion and accretion patterns controlled by El Niño/Southern Oscillation. Nat. Geosci. 16, 140–146 (2023).
³ Bishop-Taylor, R., Nanson, R., Sagar, S. & Lymburner, L. Mapping Australia’s dynamic coastline at mean sea level using three decades of Landsat imagery. Remote Sens. Environ. 267, 112734 (2021).
⁴ Konstantinou, A. et al. Satellite-based shoreline detection along high-energy macrotidal coasts and influence of beach state. Mar. Geol. 462, 107082 (2023).
⁵ Mao, Y., Harris, D. L., Xie, Z. & Phinn, S. Efficient measurement of large-scale decadal shoreline change with increased accuracy in tide-dominated coastal environments with Google Earth Engine. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 181, 385–399 (2021).
⁶ Eleveld, M. A., Van Der Wal, D. & Van Kessel, T. Estuarine suspended particulate matter concentrations from sun-synchronous satellite remote sensing: Tidal and meteorological effects and biases. Remote Sens. Environ. 143, 204–215 (2014).
⁷ Boak, E. H. & Turner, I. L. Shoreline Definition and Detection: A Review. J. Coast. Res. 214, 688–703 (2005).
⁸ Mentaschi, L., Vousdoukas, M. I., Pekel, J.-F., Voukouvalas, E. & Feyen, L. Global long-term observations of coastal erosion and accretion. Sci. Rep. 8, 12876 (2018).
⁹ Castelle, B., Ritz, A., Marieu, V., Nicolae Lerma, A. & Vandenhove, M. Primary drivers of multidecadal spatial and temporal patterns of shoreline change derived from optical satellite imagery. Geomorphology 413, 108360 (2022).
¹⁰ Harley, M. D., Turner, I. L. & Short, A. D. New insights into embayed beach rotation: The importance of wave exposure and cross-shore processes. J. Geophys. Res. Earth Surf. 120, 1470–1484 (2015).
¹¹ Burvingt, O., Masselink, G., Russell, P. & Scott, T. Classification of beach response to extreme storms. Geomorphology 295, 722–737 (2017).
¹² Masselink, G., Castelle, B., Scott, T. & Konstantinou, A. Role of Atmospheric Indices in Describing Shoreline Variability Along the Atlantic Coast of Europe. Geophys. Res. Lett. 50, e2023GL106019 (2023).
¹³ Gurubaran, S. Interannual variability of diurnal tide in the tropical mesopause region: A signature of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO). Geophys. Res. Lett. 32, L13805 (2005).
¹⁴ Yasuda, I. Impact of the astronomical lunar 18.6-yr tidal cycle on El-Niño and Southern Oscillation. Sci. Rep. 8, 15206 (2018).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-46608-x

Исследование выявило цепочку событий, связывающих потепление в Арктике и экстремальную погоду в Европе.

Глобальное потепление меняет погоду во многих отношениях, но череда рекордно жарких и засушливых лет в Европе опровергает простую связь с изменением климата. Климатические модели действительно показывают, что Европа нагревается быстрее, чем остальная часть планеты, но недавние эпизоды жары были вызваны своеобразными погодными условиями: массы горячего, сухого воздуха скопились над континентом, блокируя любые вторжения прохладного или влажного воздуха.
Новое исследование предполагает, что всё-таки виновато глобальное потепление. Оно предлагает цепочку событий, которая начинается с притока талой воды из сокращающихся арктических льдов, что в конечном итоге изменяет массивные океанские течения и региональные структуры циркуляции воздуха. Исследование, опубликованное в конце прошлого месяца в журнале Weather and Climate Dynamics, также предполагает, что мониторинг таких закономерностей, проявляющихся в зимние месяцы, может позволить синоптикам прогнозировать экстремальную летнюю жару на месяцы и годы вперёд. «Физически то, что пишут авторы, имеет смысл», — говорит Джуда Коэн (Judah Cohen), учёный-метеоролог из Исследования атмосферы и окружающей среды.
Таяние Арктики – как плавучего морского льда, так и ледников в Гренландии и других местах – добавляет в океан примерно 6000 или более кубических километров воды за десятилетие, что более чем достаточно, чтобы заполнить Большой Каньон. Когда эта пресная вода выливается в северную часть Атлантического океана, она находится поверх более тяжелой океанской солёной воды и препятствует смешиванию. Поскольку снизу поступает меньше тепла, поверхностные воды в осенние и зимние месяцы становятся холоднее, чем обычно, говорит Марилена Олтманнс (Marilena Oltmanns), климатолог из Национального океанографического центра Великобритании. Это явление может объяснить так называемую «холодную каплю» — участок моря в Северной Атлантике, который, как предполагает моделирование НАСА, является одним из немногих мест на Земле, где становится всё холоднее.
Чтобы изучить, как приток пресной воды может повлиять на погоду, Олтманс и её коллегам потребовались новые измерения солёности в Северной Атлантике, которую спутники и модели океана с трудом могут точно определить количественно. Поэтому они разработали способ объединить данные со спутников, буёв и метеостанций, чтобы получить приблизительный показатель солёности. Они обнаружили, что уровень пресной воды в Арктике резко менялся от зимы к зиме, в зависимости от степени таяния воды предыдущим летом.
Затем, изучив данные об океане и атмосфере за четыре десятилетия, команда выдвинула гипотезу о том, как пресная вода и образовавшаяся в результате «холодная капля» могут повлиять на погоду в Европе. Штормы в Северной Атлантике черпают энергию из границы между «каплей» и тёплыми водами южнее, говорит Олтманс. Данные показали, что когда «холодные капли», вызванные пресной водой, были более интенсивными, граница была более резкой. Результатом стали более бурные зимы с более сильными западными ветрами.
Из-за эффекта Кориолиса, явления, связанного с вращением Земли, ветры могут сносить воду вбок. В результате более сильные западные ветры перемещают тёплый океанский поток, называемый Северо-Атлантическим течением (продолжение Гольфстрима), на север примерно от 45° до 60° с.ш. Этот сдвиг может сохраниться и в последующие лета. И подобно барьеру, это теплое течение, вьющееся вокруг Британских островов, отклоняет реактивный поток, позволяя массе горячего сухого воздуха, иногда называемой блокирующей системой высокого давления, расположиться над Европой.
Это сложный механизм, но Олтманс говорит, что статистика подтверждает это. Например, команда проанализировала 10 самых жарких и 10 самых холодных лет в Европе с 1980 года, а также предшествовавшие им условия в Северной Атлантике. По словам Олтманс, самому жаркому лету предшествовали большие события в пресной воде, а самому холодному — нет.
«Исследование убедительно подтверждает мои ожидания, которые я и другие имели в течение некоторого времени, — что «холодная капля» к югу от Гренландии повлияет на погодные условия в Северной Атлантике, а также на погодные условия ниже по течению в Европе», — говорит Дженнифер Фрэнсис (Jennifer Francis), специалист по климату, учёный из Центра климатических исследований Вудвелла.
Этот сценарий может усложнить другую теорию о талой воде в Арктике, что она может замедлять течение Гольфстрима за счёт уменьшения количества солёной воды, которая тонет в Северной Атлантике и помогает управлять течением. Теоретически замедление Гольфстрима лишило бы Европу тепла и могло бы спровоцировать более экстремальные погодные условия, включая смертельные похолодания, как показано в фильме «Послезавтра» 2004 года о климатической катастрофе. Но если исследователи правы, таяние Арктики может сделать Европу теплее, а не холоднее, говорит Фрэнсис. Эти выводы «в целом противоречат ожиданиям сценария, более похожего на «Послезавтра».
Олтманс предполагает, что методы исследования могут помочь синоптикам и чиновникам здравоохранения зимой, чтобы они могли подготовиться к летней жаре. «Если бы мы знали этот механизм раньше, — говорит она, — мы могли бы заранее предсказать, каким будет лето».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/cold-blob-arctic-meltwater-may-be-causing-european-heat-waves

ФОН

Увеличение число и разрешения датчиков наземного и спутникового базирования в сочетании с моделями более высокого разрешения привело к взрывному росту объёма данных в науках о Земле. Эта богатая данными среда меняет практику науки о Земле, выходя за рамки открытий и прикладной науки в новые области. В этом обзоре освещаются последние применения больших данных в трёх дисциплинах: гидрологии, океанографии и науке об атмосфере. Показано, как большие данные связаны с современными проблемами науки: тиражируемостью и воспроизводимостью, а также переходом от необработанных данных к информационным продуктам. Цифровые двойники позволяют извлекать уроки из прошлого, понимать текущее состояние и повышать точность прогнозов на будущее. Большие данные традиционно определяются пятью V — объёмом, скоростью, достоверностью, разнообразием и ценностью (в английском: volume, velocity, veracity, variety and value). Они описывают большие данные, которые поступают быстро, могут иметь разную надёжность или точность, представлены в различных форматах и имеют высокую ценность. Понимание Земли как целостной системы приводит к необходимости рассматривать всевозможные явления, а отсюда и потребность в больших данных.

ДОСТИЖЕНИЯ

Поверхностные воды имеют решающее значение для выживания человечества, но их становится всё меньше из-за проблем с количеством и качеством воды. Поверхностные воды создают уникальные проблемы с данными из-за количества воды на Земле и её эфемерной природы. Ширина поверхностных вод может варьироваться от нескольких метров до многих километров, а их протяжённость может меняться во времени от минут до десятилетий. Большие данные позволили более точно и полно очертить поверхностные воды, более детально понять динамику поверхностных вод и создать модели, более точно определяющие количественный баланс земных вод. Понимание океана как трёхмерной (3D) системы уже давно является целью исследователей. Хотя спутники могут обеспечить обзорную картину, они не проникают в глубины океана. Модели могут представлять весь океан в 3D, но они полагаются на наблюдения как на входные данные, так и для проверки результатов. Новые технологии, такие как буи «Арго», надводные и подводные автономные аппараты, а также океанские обсерватории, собирают и передают данные, часто в режиме реального времени, чтобы обеспечить трёхмерное представление ранее скудных данных в ряде регионов. Модели океана стали более подробными, могут охватывать большие территории и всё чаще включают в себя ассимиляцию наблюдаемых данных. Анализ на основе больших данных даёт новое представление о климатических процессах, связанных с взаимодействием океана и климата, суровой погодой и ветровым потенциалом. Усовершенствованные модели проекта CMIP6, более точно воспроизводят уровни кислорода на глубинах океана 150 м, явно демонстрируя уменьшение ошибок в Южном океане по сравнению с CMIP5. Это обеспечивает лучшее представление о глубоководной вентиляции океана и более точную характеристику биогеохимических свойств обнажённых водных масс. Цифровые двойники предназначены для создания высокоточных цифровых представлений системы Земли, чтобы улучшить понимание последствий изменения климата и экстремальных погодных явлений. Ожидается, что цифровые двойники не только поймут текущее состояние окружающей среды или климата, но также будут автоматически анализировать изменения в окружающей среде и автономно получать новые данные для улучшения её предсказаний и прогнозов. Точность цифровых двойников во многом зависит от качества данных и анализа, который они включают.

ПРОГНОЗ

Наука о Земле прочно укоренилась в фундаментальном научном методе и останется таковой в обозримом будущем. Хотя доступность данных необходима для тиражируемости и воспроизводимости, объём, разнообразие и достоверность больших данных могут затруднить их использование. В результате формируется модель производства информационных продуктов о Земле. Это синтезированные, структурированные и организованные презентации научных данных, выводов и результатов исследований в формате, который доступен, информативен и полезен внутри и за пределами научного сообщества. Информационные продукты о Земле стремятся «превратить данные в информацию, а информацию в понимание» (приписывается К. Фиорине (C. Fiorina)) с конечной целью сделать науку действенной. Новые идеи, полученные благодаря большим данным, обходятся дорого. Традиционные стимулы для исследователей к публикации статей должны быть дополнены временем, потраченным на правильную обработку наборов данных. Размер больших данных создаёт проблемы для научной тиражируемости и воспроизводимости, а также для обмена данными и управления ими. Обеспечение соответствия этих наборов данных требованиям принципов FAIR/CARE требует постоянных усилий. Эти проблемы перевешиваются обещаниями, которые большие данные приносят для более глубокого и всестороннего понимания нашей Земли. Поскольку датчики и моделирование продолжают развиваться, как и параллельный прогресс в вычислительных ресурсах, концепция больших данных будет постоянно развиваться. Потенциал больших данных для обогащения нашего понимания Земли как сложной, взаимосвязанной и динамичной системы, одновременно поддерживая открытую науку, остается неизменно многообещающим.

Пять принципов больших данных и среды, в которых они наиболее перспективны для новых открытий

АННОТАЦИЯ

Увеличение числа и разрешения датчиков наземного и спутникового базирования в сочетании с моделями более высокого разрешения привело к взрывному росту объёма данных наук о Земле. Эта богатая данными среда меняет практику науки о Земле, выходя за рамки открытий и прикладной науки в новые области. В этом обзоре освещаются последние применения больших данных в трёх дисциплинах: гидрологии, океанографии и науке об атмосфере. Показано, как большие данные связаны с современными проблемами науки: тиражируемостью и воспроизводимостью, а также переходом от необработанных данных к информационным продуктам. Большие данные предоставляют беспрецедентные возможности улучшить понимание сложных закономерностей и взаимодействий Земли. Появление цифровых двойников позволяет извлекать уроки из прошлого, понимать текущее состояние и повышать точность прогнозов на будущее.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh9607

Существует фундаментальный разрыв между предыдущими исследованиями, которые пришли к выводу, что полярное усиление не происходит без морского льда, и исследованиями, которые обнаружили, что полярное усиление является неотъемлемой особенностью атмосферы, независящей от морского льда. Авторы предполагают, что представление о климатологическом переносе тепла океаном является ключевым для моделирования полярного усиления в свободном ото льда климате. Чтобы исследовать это, они провели серию целевых экспериментов в конфигурации океанической аквапланеты CESM2-CAM6 с различными профилями предписанного переноса тепла в океане, инвариантными при учетверении CO₂. В моделях без климатологического переноса тепла океаном полярное усиление не происходит. Напротив, в моделировании климатологического переноса тепла океаном устойчивое полярное усиление происходит во все сезоны. Что вызывает такую зависимость полярного усиления от переноса тепла в океане? Теория модели энергетического баланса неспособна объяснить эти результаты и фактически предсказывает, что введение переноса тепла океаном приведёт к меньшему полярному усилению. Вместо этого авторы демонстрируют, что коротковолновые облачные радиационные обратные связи могут объяснить расходящиеся реакции полярного климата, смоделированные CESM2-CAM6. Целевые эксперименты по блокировке облаков в моделировании нулевого переноса тепла в океане способны воспроизвести полярное усиление климатологического моделирования переноса тепла в океане исключительно за счёт задания радиационных обратных связей облаков в высоких широтах. Авторы пришли к выводу, что полярное усиление в свободном ото льда климате подкрепляется взаимодействием океана и атмосферы через меньшую отрицательную коротковолновую облачную радиационную обратную связь в высоких широтах, способствующую усилению полярного потепления. Помимо устранения предыдущих различий, эти результаты имеют важные последствия для интерпретации прошлых климатов и климатических прогнозов в рамках сценариев с высокими выбросами.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/7/JCLI-D-23-0151.1.xml