Арктика, характеризующаяся суровыми климатическими условиями и редкой растительностью, переживает быстрое потепление, при этом температура повышается в четыре раза быстрее, чем в мире с 1979 года. Обширные последствия этих изменений влекут далеко идущие эффекты для глобального климата и энергетического баланса. Спутниковое дистанционное зондирование является ценным инструментом для мониторинга динамики растительности Арктики, особенно в регионах с ограниченными наземными наблюдениями. Для изучения продолжающегося влияния изменения климата на динамику растительности Арктики и субарктического региона был проведён обзор 162 исследований, опубликованных в период с 2000 г. по ноябрь 2024 г. В этом обзоре анализируются цели исследований, пространственное распределение областей исследования, методы, а также временное и пространственное разрешение используемых спутниковых данных. Основные выводы раскрывают циркумполярные тенденции, включая позеленение Арктики, сокращение площади лишайников, рост ареала кустарников и положительные тенденции первичной продуктивности. Эти изменения влияют на баланс углерода в тундре и затрагивают специализированную фауну и местные сообщества. Подавляющее большинство исследователей проводили свой анализ на основе многоспектральных данных, в первую очередь с использованием датчиков AVHRR, MODIS и Landsat. Хотя потепление Арктики связано с тенденциями озеленения, повышением производительности и расширением ареала кустарников, разнообразные и локализованные экологические сдвиги находятся под влиянием множества сложных факторов. Кроме того, эти изменения может быть трудно наблюдать из-за сложных условий облачности и освещённости при получении оптических спутниковых данных. Кроме того, сложность проверки этих изменений усугубляется нехваткой данных in situ. Объединение спутниковых данных с различными пространственно-временными характеристиками и типами датчиков в сочетании с методологическими достижениями может помочь смягчить пробелы в данных. Это может быть особенно важно при оценке потенциальной роли Арктики как будущего источника или стока углерода.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/23/4509

В этом исследовании изучаются характеристики и интенсивность событий Эль-Ниньо – Южного колебания (ЭНЮК) с января 1875 года по декабрь 2023 года с использованием передового метода определения интенсивности на основе различных индексов ЭНЮК, определяемых как непрерывный пятимесячный период с температурами, превышающими 0,5°C для тёплых событий или опускающимися ниже −0,5°C для холодных событий. Было выявлено в общей сложности 40 тёплых событий и 41 холодное, а дальнейшая классификация выявила семь экстремально тёплых и пять экстремально холодных событий. Анализ показывает положительную асимметрию в распределении частот, что указывает на преобладание сильных тёплых событий. Установлено, что основным режимом изменчивости является межгодовое колебание в диапазоне 3–8 лет со значительными десятилетними колебаниями в диапазоне 10–16 лет. В этом исследовании подчёркивается важность методологической строгости при оценке динамики ЭНЮК, что способствует более полному пониманию изменчивости климата и предлагает надёжную основу для будущих исследований.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/12/1428

Евразийский бассейн Северного Ледовитого океана претерпел заметную атлантизацию в 2010-х годах, характеризующуюся потеплением слоя атлантических вод и повышением солёности верхнего слоя океана. Несмотря на глубокие последствия для арктической климатической системы и морских экосистем, основные движущие силы этого процесса остаются неясными и небесспорными. Одна из гипотез предполагает, что чередование фаз атмосферного арктического диполя могло смягчить недавнюю атлантизацию. Авторы использовали моделирование с высоким разрешением, чтобы выделить основные факторы, внесшие вклад в атлантизацию в арктическом бассейне. Показано, что сокращение арктического морского льда было доминирующим фактором, в то время как изменчивость ветра, связанная с арктическим диполем, играла незначительную роль, немного способствуя, а не смягчая процесс. Положительная фаза арктического колебания также внесла относительно небольшой вклад. Хотя недавние изменения в атмосферной циркуляции над Гренландским морем привели к уменьшению притока тёплой воды через пролив Фрама, этот охлаждающий эффект на водный слой Арктики и Атлантики был перевешен потеплением, вызванным сокращением площади морского льда.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq5235

Климат Земли представляет собой сложную систему, включающую ключевые компоненты, такие как летний морской лёд Арктики и южное колебание Эль-Ниньо, а также элементы климатических изменений, в том числе полярные ледниковые щиты, атлантическую меридиональную термохалинную циркуляцию и тропические леса Амазонки. Преодоление пороговых значений этих элементов может привести к качественно иному состоянию климата, подвергая опасности человеческие общества. Элементы криосферы уязвимы при текущих уровнях глобального потепления (1,3°C), а также имеют длительное время реагирования и большую неопределённость. Авторы оценили влияние взаимодействующих компонентов земной системы на риски изменений, используя устоявшуюся концептуальную сетевую модель этих компонентов. Полярные ледниковые щиты (Гренландский и Западно-Антарктический ледниковые щиты) имеют наибольшее значение для вероятностей изменений и каскадных эффектов в использованной модели. При уровне глобального потепления 1,5°C игнорирование полярных ледниковых щитов может изменить ожидаемое число пороговых элементов более чем в два раза. Это вызывает беспокойство, поскольку превышение 1,5°C глобальным потеплением становится неизбежным, в то время как современные модели МГЭИК (пока) не включают учёт динамических ледниковых щитов. Полученные результаты показывают, что полярные ледниковые щиты имеют решающее значение для улучшения понимания рисков пороговых элементов и каскадных эффектов. Поэтому столь важны улучшенные наблюдения и разработка интегрированной модели.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01799-5

Циклы замерзания-оттаивания (ЦЗО) изменяют функцию почвы за счёт изменений в физической организации почвенной матрицы и биогеохимических процессов. Понимание того, как динамический климат и свойства почвы влияют на ЦЗО, может позволить лучше прогнозировать реакцию экосистемы на изменяющиеся климатические структуры. Авторы количественно оценили возникновение и частоту ЦЗО на 40 участках Национальной экологической обсерватории (NEON). Они использовали средние годовые осадки (mean annual precipitation, MAP) и среднюю годовую температуру (mean annual temperature, MAT) для определения групп тёплого и влажного, тёплого и сухого и холодного и сухого климата. Свойства участка и почвы, включая MAT, MAP, максимальную-минимальную разницу температур, индекс засушливости, осадки в виде снега (precipitation as snow, PAS) и толщину органической подстилки, использовались для характеристики климатических групп и исследования взаимосвязей между свойствами участка и возникновением и частотой ЦЗО. Экосистемные драйверы ЦЗО дали представление о потенциальных изменениях динамики ЦЗО с потеплением климата. Тёплые и сухие участки имели наибольшее число ЦЗО, обусловленное быстрым дневным ЦЗО близко к поверхности почвы зимой. Холодные и сухие участки характеризовались меньшим числом, но более продолжительными ЦЗО, которые в основном происходили весной и увеличивались в числе с более высокой толщиной органического слоя (коэффициент Спирмена ⍴ = 0,97, p < 0,01). Влияние PAS и MAT на возникновение ЦЗО зависело от климатической группы (взаимодействие биномиальной модели p (χ²) < 0,05), что подчёркивает роль устойчивого снежного покрова в буферизации колебаний температуры почвы. Интеграция типов экосистем и сезонных структур ЦЗО, выявленных здесь, в прогностические модели может повысить точность прогнозирования для динамической реакции системы на изменение климата.

Ссылка: https://agupubs.pericles-prod.literatumonline.com/doi/full/10.1029/2024JG008009

Представление цикла углерода в климатических моделях важно из-за его влияния на изменение климата, но в предыдущих моделях было обнаружено много слабых мест в его воспроизведении. Улучшения в представлении цикла углерода суши в моделях земной системы, участвующих в проекте CMIP6, включают интерактивную обработку циклов углерода и азота, улучшенный учёт фотосинтеза и гидрологии почвы. Чтобы оценить влияние этих разработок моделей на аспекты глобального цикла углерода, инструмент оценки модели земной системы (ESMValTool) расширен для сравнения исторических расчётов, основанных на концентрации CO₂ и выбросах CO₂, из CMIP5 и CMIP6 с наборами данных наблюдений. Особое внимание уделяется различиям в моделях с интерактивным циклом азота суши и без него. Переоценки фотосинтеза (валовой первичной продуктивности) в CMIP5 были в значительной степени разрешены в CMIP6 для участвующих моделей с интерактивным азотным циклом, но сохранились для моделей без него. Это указывает на важность включения рамок ограничения для питательных веществ. Моделирование индекса листовой поверхности остаётся сложной задачей с большим разбросом модельных оценок как в CMIP5, так и в CMIP6. В моделях земной системы глобальное среднее поглощение углерода землёй (суммарная продуктивность биома) хорошо воспроизводится в мультимодельных средних значениях CMIP5 и CMIP6. Однако это является результатом недооценки суммарной продуктивности биома в Северном полушарии, которая компенсируется переоценкой в Южном полушарии и тропиках. Запасы углерода обладают большой неопределённостью в модельных оценках. Хотя содержание углерода в растительности немного лучше представлено в CMIP6, межмодельный диапазон содержания углерода в почве остаётся одинаковым между CMIP5 и CMIP6. В целом, небольшое улучшение в моделировании параметров цикла углерода на суше обнаружено в CMIP6 по сравнению с CMIP5, но при наличии многих оставшихся смещений требуются дальнейшие улучшения моделей, в частности для индекса листовой поверхности и суммарной продуктивности биома. Модели из групп, участвующих в обеих фазах CMIP, в целом работают аналогично или лучше в CMIP6 по сравнению со CMIP5. Это улучшение не столь существенно в мультимодельных средних из-за большего числа новых моделей в CMIP6, особенно тех, которые используют старые версии модели земель сообщества. Моделирование, основанное на выбросах, работает так же хорошо, как и основанное на концентрациях, несмотря на добавленный реализм процесса. В связи с этим авторы рекомендуют, чтобы модели земной системы в будущих фазах проекта CMIP выполняли расчёты, основанные на выбросах, в качестве стандарта, чтобы обратные связи между климатом и циклом углерода были полностью активны. Включение учёта азота привело к значительному улучшению воспроизведения фотосинтеза по сравнению с результатами моделей, не включающих этот процесс, что предполагает необходимость рассматривать цикл азота как необходимую часть всех будущих моделей цикла углерода. Следует также учитывать возможные преимущества включения дополнительных ограничивающих питательных веществ, таких как фосфор.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/5321/2024/

Одновременное воздействие теплового стресса и загрязняющих воздух веществ, таких как озон, может вызвать множество проблем со здоровьем в городах. Ситуация усугубляется в контексте изменения климата и повышения температуры. Кроме того, состояние приземного озона, усугублённое изменением климата, требует изучения для эффективного управления. Поэтому это исследование прогнозирует тепловой стресс и уровни концентрации озона в двух климатических сценариях проекта CMIP6, SSP245 и SSP585. Результаты указывают на повышенный тепловой стресс с повышенными уровнями озона, особенно в суровых климатических сценариях, таких как SSP585. Кроме того, исследование показывает, что в сценариях SSP245 и SSP585 сезонный сдвиг высоких значений индекса тепла, а также высоких концентраций озона происходит в направлении предыдущих месяцев июня- июля-августа. Высокие значения в классификации индекса тепла и максимальной суточной 8-часовой средней концентрации озона случаются раньше в месяцы март-апрель-май, чем ожидаемые месяцы - июнь-июль-август. Кроме того, в сценарии SSP585 классификация индекса тепла выше 105 (очень жарко, соответствует категории опасности) на 10% выше во все месяцы по сравнению со сценарием SSP245. Исследование подчёркивает важность понимания взаимодействий между тепловым стрессом и загрязнением озоном для реализации эффективных мер адаптации и смягчения последствий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-78700-z

Увеличение пространственного разрешения в климатических моделях значительно улучшило воспроизведение глобальной циркуляции верхнего слоя океана. Однако способность моделей с высоким разрешением точно воспроизводить циркуляцию на средней глубине с точки зрения её силы и направления всё ещё остаётся неопределённой. Анализ результатов 17 климатических моделей с различным разрешением показывает, что как модели с низким, так и с высоким разрешением отображают меньшие скорости течения по сравнению с наблюдениями. Модели с высоким разрешением демонстрируют улучшенное воспроизведение скорости течения и направления потока, за исключением Южного океана. Производительность моделей с высоким разрешением в регионах с сильными течениями, как правило, лучше, чем в регионах со слабыми потоками. Динамически увеличение разрешения модели улучшает представление временных изменений циркуляции на средней глубине за счёт эффективного захвата мезомасштабных процессов. Однако это также приводит к переоценке их интенсивности примерно на 65% в среднем по всему Мировому океану.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-80152-4

Мир уже находится в процессе изменения климата, и, помимо предотвращения его дальнейшего изменения, фундаментальный интерес представляют анализ существующих воздействий и реализация соответствующих мер адаптации. Для этого важно различать влияние человеческого управления и изменения землепользования от суммарных эффектов изменения климата. Однако атрибуция эффектов изменения климата в гидрологии всё ещё находится в зачаточном состоянии, и цель этого сборника, включающего в общей сложности 9 статей, состоит в том, чтобы способствовать лучшему пониманию основных методов, с одной стороны, и количественно оценить недавние последствия изменения климата для гидрологических процессов, с другой. Атрибуция последних тенденций в среднем годовом расходе воды с изменением климата была возможна в 42% из 97 выбранных речных бассейнов на трёх исследованных континентах, в основном указывая на положительные тенденции в стоке: в Норвегии, на севере России, на севере Казахстана, на западе Китая и в бассейне озера Виктория. Отрицательные тенденции в речном стоке, связанные с изменением климата, были выявлены в Голубом Ниле и Главном Ниле, в трёх бассейнах Центральной и Южной Азии, а также в реке Селенга.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03804-4

Точные национальные оценки суммарного обмена экосистем на суше имеют решающее значение для глобальной инвентаризации. Оценки суммарного обмена экосистем из разных моделей инверсии сильно различаются в национальном масштабе, и относительное влияние предыдущих потоков и наблюдений на эти инверсии остаётся неясным. Здесь авторы оценивают суммарный обмен экосистем 51 региона суши за период 2017-2019 гг., сосредоточившись на 10 крупнейших странах, используя предыдущие потоки из 12 моделей биосферы суши и извлечения XCO₂ - данных спутников GOSAT и OCO-2 в качестве ограничений. Среднее снижение неопределённости для 10 стран увеличивается с 37% с GOSAT и 45% с OCO-2 до 50% с комбинированными наблюдениями, что указывает на тенденцию к надёжным оценкам. В более мелких пространственных масштабах, даже при комбинированных наблюдениях, снижение неопределённости составляет всего 33%, т.е. априорный поток доминирует в оценках. Это исследование подчёркивает критическую важность интеграции многоисточниковых наблюдений и уточнения априорных потоков для повышения точности оценок потока углерода.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01910-w