Хотя темпы роста мольных долей CO₂ в атмосфере можно измерить с высокой точностью, всё ещё существуют большие неопределённости в отношении их отнесения к конкретным регионам и разнообразным антропогенным и естественным источникам и стокам. Основным источником неопределённости является суммарный поток углекислого газа из биосферы в атмосферу, суммарный экосистемный обмен (СЭО). Существует два основных подхода к количественной оценке СЭО: подходы «сверху вниз», которые обычно используют атмосферные инверсии, и оценки «снизу вверх», построенные на моделях или инвентаризациях, основанных на процессах или данных. Подходы «сверху вниз» и «снизу вверх» имеют известные сильные и слабые стороны. Атмосферные инверсии (например, те, которые используются в глобальных углеродных бюджетах) дают оценки СЭО, которые согласуются с темпами роста атмосферного CO₂ в региональном и глобальном масштабах, но являются весьма неопределёнными в меньших масштабах. Модели, построенные на данных «снизу вверх», основанные на измерениях вихревой ковариации (например, FLUXCOM), соответствуют локальным наблюдениям СЭО и их пространственной изменчивости, но испытывают трудности с точным масштабированием до надёжной глобальной оценки. 

В этом исследовании авторы предлагают объединить два подхода для получения глобальных оценок СЭО с целью извлечь выгоду из сильных сторон каждого подхода и смягчить их ограничения. Они делают это, ограничивая основанную на данных модель FLUXCOM региональными оценками СЭО, полученными на основе ансамбля атмосферных инверсий из «Глобального углеродного бюджета» 2021 года. Для этого необходимо преодолеть ряд научных и технических проблем при объединении информации о различных физических переменных, на которые влияют разные процессы в разных пространственных и временных масштабах. Разработана оптимизирующая СЭО структура моделирования, рассматривающая как производительность модели на уровне in situ на основе измерений вихревой ковариации, так и на уровне крупных регионов на основе оценок атмосферной инверсии СЭО и их неопределённости. Полученная в результате модель потока, управляемая данными, с «двойными ограничениями», улучшается за счёт информации, основанной на одиночных ограничениях («сверху вниз» или «снизу вверх»), создавая надёжные локально разрешённые и глобально согласованные пространственно-временные поля СЭО. 

По сравнению с эталонными оценками глобального стока суши из литературы, например, из «Глобальных углеродных бюджетов», представленный глобальный СЭО, полученный с помощью двойных ограничений, показывает значительно меньшую погрешность в глобальном и тропическом СЭО по сравнению с базовыми оценками модели с подходом «снизу вверх», основанной на данных (т.е. с одним ограничением). Средняя сезонность глобального СЭО, полученного с помощью двойных ограничений, также более соответствует «Глобальному углеродному бюджету» и атмосферным инверсиям. В то же время эта модель допускает более надёжное пространственное разрешение СЭО. Улучшенная производительность модели с двойными ограничениями в пространственных и временных масштабах демонстрирует потенциал добавления нисходящего ограничения к восходящей модели потоков, управляемой данными.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/2555/2024/

ФОН

Подземные воды являются крупнейшим доступным ресурсом пресной воды и образуют активный компонент глобального водного цикла. Он служит основным источником пресной воды для миллиардов людей и обеспечивает питьевой водой многочисленные общины. Более того, подземные воды обеспечивают более 40% мировой потребности в орошении и становятся всё более важными в смягчении дефицита воды, вызванного изменением климата. За последние несколько десятилетий изменение климата и другая антропогенная деятельность существенно изменили пополнение, сброс, сток, хранение и распределение подземных вод. Отступление ледников и таяние многолетней мерзлоты, вызванные потеплением климата, привели к изменениям в состоянии грунтовых вод в ледниковых районах и районах многолетней мерзлоты. В интересах содействия более полному пониманию состояния глобальных подземных вод авторы представляют синтез их меняющегося характера в глобальном водном цикле за последние десятилетия, сформированного воздействием изменения климата и другой различной антропогенной деятельности.

СОСТОЯНИЕ ДЕЛ

Изменение климата и другая антропогенная деятельность привели к региональным и глобальным изменениям в динамике подземных вод. Изменения, вызванные климатом, включают изменения в скорости пополнения подземных вод на разных континентах, увеличение вклада подземных вод в речной сток в ледниковых водосборах, а также глубокие изменения в характере потоков подземных вод в районах многолетней мерзлоты. Талая ледниковая вода проникает в недра, поддерживая стабильный расход грунтовых вод в ручьи в засушливые сезоны. Таяние многолетней мерзлоты способствует увеличению инфильтрации осадков, увеличению запасов грунтовых вод, созданию новых путей подземных потоков и увеличению сброса грунтовых вод в речной поток. Прямая антропогенная деятельность включает забор подземных вод, нетрадиционную добычу нефти и газа, разведку геотермальной энергии, управляемое пополнение водоносных горизонтов, облесение, мелиорацию земель, урбанизацию и международную торговлю продуктами питания. Эти мероприятия приводят к забору и закачке подземных вод, изменению региональных режимов стока подземных вод, влиянию на уровень грунтовых вод и запасам подземных вод, а также к перераспределению включённых в продукты питания грунтовых вод во всём мире. Истощение подземных вод происходит по всему миру и усилилось в последние десятилетия. Подземные воды, откачиваемые из водоносных горизонтов, участвуют в глобальном водном цикле, способствуя речному стоку и эвапотранспирации. Отвод подземных вод переводит пресную воду из долговременного хранилища в активный круговорот воды на поверхности Земли. Более того, отбор невозобновляемых подземных вод из глубоких водоносных горизонтов интегрирует глубокие древние ископаемые подземные воды в активный современный водный цикл, что в конечном итоге способствует повышению уровня моря. Риски проникновения солёной воды и затопления грунтовых вод в прибрежных регионах усугубляются повышением уровня моря. Важность подземных вод для питья и орошения может возрасти в ответ на изменение климата. Следовательно, ожидается, что в будущем влияние истощения подземных вод на повышение уровня моря будет усиливаться.

ПРОГНОЗ

Роль подземных вод в глобальном водном цикле становится всё более динамичной и сложной, в то время как безопасность ресурсов подземных вод сталкивается со значительными угрозами во всём мире как с точки зрения количества, так и качества. Устойчивое использование ресурсов подземных вод стало важнейшей глобальной проблемой. При планировании более устойчивого будущего ресурсы подземных вод следует рассматривать как с региональной, так и с глобальной точек зрения, особенно для крупных трансграничных систем подземных вод. Поскольку глобальные изменения продолжают влиять на эти ресурсы, крайне важно управлять подземными и поверхностными водами как единым ресурсом. Кроме того, необходимо одновременно решать вопросы обеспечения продовольственной и водной безопасности и поддержания здоровья экосистем. Для повышения устойчивости подземных вод могут использоваться различные стратегии управления, включая сохранение лесов и водно-болотных угодий, опреснение, переработку сточных вод, управляемое пополнение водоносных горизонтов, проекты по отводу воды и развитие зелёной инфраструктуры. Существуют серьёзные пробелы в исследованиях, которые требуют дальнейшего изучения, включая детальные исследования подземных вод в высоких широтах и горных регионах, более точные прогнозы пополнения подземных вод, количественные оценки объёмов закачиваемых и сбрасываемых подземных вод, а также точное моделирование глобального водного баланса. Для эффективного устранения этих пробелов необходимы комплексные наборы данных наблюдений, поскольку они позволяют провести тщательную оценку текущего состояния и будущих изменений в ресурсах подземных вод.

 АННОТАЦИЯ

В последние десятилетия изменение климата и другая антропогенная деятельность существенно повлияли на системы подземных вод во всём мире. Эти воздействия включают изменения в пополнении, сбросе, стоке, хранении и распределении подземных вод. Климатические сдвиги очевидны в изменении скорости пополнения запасов, увеличении вклада подземных вод в речной сток в ледниковых водосборах и увеличении потока подземных вод в районах многолетней мерзлоты. Прямые антропогенные изменения включают забор и закачку подземных вод, изменение режима регионального стока, изменение уровня грунтовых вод и хранилищ, а также перераспределение включённых в продукты питания подземных вод во всём мире. Примечательно, что добыча подземных вод способствует повышению уровня моря, увеличивая риск затопления подземных вод в прибрежных районах. Роль подземных вод в глобальном водном цикле становится всё более динамичной и сложной. Количественная оценка этих изменений имеет важное значение для обеспечения устойчивого снабжения людей и экосистем ресурсами пресных подземных вод.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf0630

После многих лет незначительного изменения взглядов сообщества на равновесную чувствительность климата (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS) в 2021 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата пришла к выводу, что она стала гораздо лучше известной, чем раньше. Это событие подкрепило возросшую уверенность в долгосрочных изменениях климата в этом отчёте. Авторы помещают это развитие в исторический контекст, кратко оценивают прогресс, достигнутый с тех пор, и обсуждают проблемы и возможности для дальнейшего улучшения знаний об этой знаковой концепции. Авторы утверждают, что распределения вероятностей, опубликованные в этих оценках, всё ещё приблизительно верны; хотя различные последующие исследования утверждали о дальнейшем сужении, они упустили из виду важные структурные неопределённости, связанные с неучтёнными процессами, несовершенными взаимосвязями или другими факторами, которые следует включить. Тем не менее, в будущем распределение может быть сужено, особенно за счёт лучшего понимания некоторых климатических процессов и палеоклиматических показателей. Однако не все рекламируемые стратегии действительно полезны. Авторы также отмечают, что ECS не учитывает риски, связанные с углеродным циклом или возможными точками невозврата, и по мере рассмотрения сценариев всё более сильного смягчения последствий (т.е. «чистого нуля») ECS становится менее информативным о будущем изменении климата по сравнению с другими факторами, такими как аэрозольное радиационное воздействие и влияние на региональные изменения, такие как динамика океана.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/2679/2024/

Авторы количественно оценивают прогнозируемые воздействия альтернативных уровней глобального потепления на климатически обусловленные географические ареалы растений и позвоночных животных в шести странах (Китай, Бразилия, Египет, Эфиопия, Гана и Индия), учитывая неопределённости в региональных прогнозах климата. Количественно определено оставшееся или утраченное видовое богатство в пространственно явном виде, что позволяет идентифицировать климатические рефугиумы*, которые авторы определяют как территории, где >75% видов, присутствующих в настоящее время, остаются в мире с определённым уровнем глобального потепления, превышающим доиндустриальный уровень. Во всех странах и в обоих таксонах видовое богатство снижается с потеплением, равно как и доля каждой страны, остающейся климатическим рефугиумом для растений и позвоночных животных. В процентном отношении потеря рефугиумов по сравнению с базовым периодом 1961–1990 гг. является наибольшей в Индии и Бразилии и наименьшей в Гане и Эфиопии при том же уровне потепления, и она выше для растений, чем для позвоночных. Если принять во внимание нынешнее землепользование (т.е. территорию, которая всё ещё считается естественной) и использование видового богатства растений в качестве показателя биоразнообразия в более общем плане, доля земель, выступающих в качестве климатических убежищ для биоразнообразия, в пяти странах по-разному снижается от 32 до 75% площади страны в базовый период 1961–1990 гг. до 20–64% при глобальном потеплении на 1,5°C, 11–53% при глобальном потеплении на 2°C, 3–33% при потеплении на 3°C и 2–24% при потеплении на 4°C. В Эфиопии, Индии, Бразилии и Китае число климатических рефугиумов быстро сокращается по мере потепления, тогда как в Гане и Китае некоторые рефугиумы сохраняются даже при потеплении на 3–4°C. Лишь небольшой процент территории Бразилии, Индии и Китая одновременно являются климатическими убежищами и находятся на охраняемых территориях; следовательно, расширение сетей охраняемых территорий в этих странах потребуется для обеспечения устойчивого к изменению климата сохранения биоразнообразия. Этот процент выше в Эфиопии и Гане, а в некоторых районах Ганы единственные оставшиеся рефугиумы находятся на охраняемых территориях, а оставшийся ландшафт переоборудован для других целей.

* Участки земной поверхности или Мирового океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период геологического времени, в течение которого на больших пространствах эти формы жизни исчезали.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03666-2

Тематический сборник «Накопление риска изменения климата в шести уязвимых странах» представляет собой гармонизированную оценку рисков для человека и природных систем из-за глобального потепления на 1,5–4°C в шести странах (Китай, Бразилия, Египет, Эфиопия, Гана и Индия) с использованием последовательного набора сценариев изменения климата и социально-экономических сценариев. В нём сравниваются риски в 2100 году, если потепление достигнет 3°C, что в целом соответствует текущей глобальной политике сокращения выбросов парниковых газов, включая национальные определяемые вклады стран, а не цель Парижского соглашения по ограничению потепления «значительно ниже» 2°C и «значительно ниже» 2°C, прилагая усилия по ограничению температуры до 1,5°C. Предполагается, что численность мирового населения либо останется неизменной на уровне 2000 года, либо увеличится до 9,2 миллиардов к 2100 году. В любом случае, согласно прогнозам, большее потепление во всех шести странах приведёт к большей подверженности земли и людей опасности засух и речных наводнений, большему сокращению биоразнообразия и большему снижению урожайности кукурузы и пшеницы. По прогнозам, ограничение глобального потепления до 1,5°C по сравнению с ~3°C принесёт большие выгоды всем шести странам, включая снижение экономического ущерба из-за речных наводнений. Наибольшие прогнозируемые выгоды заключаются в том, чтобы избежать значительного увеличения подверженности сельскохозяйственных угодий сильной засухе, которая на 61%, 43%, 18% и 21% ниже в Эфиопии, Китае, Гане и Индии при росте температуры на 1,5°C, чем при росте температуры на 3°C, в то время как предотвращённое увеличение подверженности людей сильной засухе на 20–80% ниже при росте на 1,5°C, чем на 3°C в шести странах. Климатические рефугиумы* для растений в основном сохраняются при потеплении на 1,5°C в Гане, Китае и Эфиопии, но площадь рефугиумов сокращается в 2, 3, 3, 4 и 10 раз в Гане, Китае, Индии, Эфиопии и Бразилии, соответственно, если потепление достигнет 3°C. Прогнозируется, что экономический ущерб, связанный с повышением уровня моря, будет увеличиваться в прибрежных странах, но медленнее, если потепление будет ограничено 1,5°C. Фактические выгоды на местах также будут зависеть от национального и местного контекста и объёма будущих инвестиций в адаптацию.

* Участки земной поверхности или Мирового океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период геологического времени, в течение которого на больших пространствах эти формы жизни исчезали.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03646-6

Сегодня главной задачей климатологии является преодоление так называемого «разрыва в удобстве использования» между прогнозами, полученными на основе климатических моделей, и потребностями конечных пользователей. Ожидается, что региональные климатические модели предоставят полезную информацию о различных воздействиях для широкого круга конечных пользователей. Часто предполагается, что разработка более точных и сложных региональных климатических моделей с более высоким пространственным разрешением должна обеспечить понимание процессов и лучшие локальные прогнозы, тем самым преодолевая пробел в удобстве использования. В этой статье автор скорее предполагает, что достоверность климатической информации должна учитываться вместе с двумя другими критериями её полезности, а именно значимостью и легитимностью. На основе швейцарских сценариев изменения климата она изучает попытки удовлетворить потребности конечных пользователей и обрисовывает компромиссы, с которыми приходится сталкиваться разработчикам моделей и пользователям в связи с каскадом неопределённостей. Вывод этой статьи заключается в том, что компромисс между значимостью и достоверностью устанавливает условия, при которых региональные климатические модели можно считать адекватными для целей удовлетворения потребностей конечных пользователей и направления распространения прогнозов на прямое использование и действие.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03693-7

Арктические циклоны (АЦ) являются важным компонентом арктической климатической системы. В то время как предыдущие работы были сосредоточены на тематических исследованиях или образцах интенсивных АЦ, здесь к ERA5 применяется алгоритм отслеживания АЦ, обеспечивающий более 9300 треков. Эта большая выборка позволяет оценить сезонность, широтную зависимость и структурную эволюцию АЦ с использованием комплексного анализа, ориентированного на шторм, и анализа фазового пространства. Также рассмотрены и сопоставлены структуры АЦ разных регионов генезиса – полярных и среднеширотных. Результаты показывают, что АЦ обычно имеют асимметричную горизонтальную структуру с холодным воздухом на западе и тёплым воздухом к востоку от центра циклона. Асимметрия циклонов уменьшается, и в более высоких широтах циркуляция становится более баротропной. АЦ полярного происхождения более симметричны, чем АЦ среднеширотного происхождения, и доминируют в проявлениях циклонов над Северным Ледовитым океаном. Что касается сезонности, то зимние АЦ более интенсивны и имеют более сильную горизонтальную асимметрию, а циклоническая циркуляция распространяется выше в стратосферу, чем у летних АЦ. Напротив, летние АЦ имеют более сильные тёплые аномалии в нижней стратосфере, связанные с опусканием над центром циклона, а циклоническая циркуляция обычно не выходит за пределы уровня 50 гПа. Широтные и сезонные изменения структуры АЦ согласуются с широтными и сезонными различиями в бароклинности среды. Кроме того, анализ показывает, что структурная эволюция АЦ характеризуется уменьшением вертикального наклона и асимметрии, ослаблением температурного контраста между западным и восточным секторами тропосферы и уменьшением силы восходящего потока на более поздней стадии жизненного цикла АЦ.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/6/JCLI-D-23-0445.1.xml

Будущая эволюция экстремальных температур поверхности моря (ТПМ) вызывает серьёзную озабоченность не только с точки зрения здоровья морских экосистем и устойчивости коммерческого рыболовства, но и с точки зрения экстремальных осадков, вызванных влагой, испаряемой океаном. В этом исследовании рассматривается прогнозируемое влияние антропогенного изменения климата на интенсивность и продолжительность ежемесячных экстремальных температур поверхности моря, далее называемых морскими волнами тепла (МВТ) и морскими волнами холода (МВХ), на основе больших ансамблей начальных условий с семью моделями системы Земли. Большое число расчётов (30–100) с каждой моделью позволяет провести надёжную количественную оценку будущих изменений как среднего состояния, так и изменчивости в каждой модели. В целом модели показывают, что будущие изменения в изменчивости приведут к усилению явлений МВТ и МВХ в северных внетропических зонах и ослаблению в тропиках и Южном океане, а также к сокращению продолжительности во многих районах. Эти изменения в целом симметричны между МВТ и МВХ, за исключением изменения длительности в тропической части Тихого океана и знака изменения продолжительности в Арктике. Прогнозируемые изменения ЭНЮК составляют значительную часть вызванных изменчивостью изменений характеристик МВТ и МВХ в каждой модели и ответственны за большую часть межмодельного разброса в результате различий в будущем поведении ЭНЮК. Отмеченные выше изменения характеристик МВТ и МВХ, связанные с изменчивостью, накладываются на большие изменения среднего состояния: их вклад в общее изменение ТПМ во время событий МВТ и МВХ обычно составляет <10%, за исключением полярных регионов, где их вклад превышает 50%.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/6/JCLI-D-23-0278.1.xml

Указом Президента РФ от 28.02.2024 №145 утверждена Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации. В документе, в частности, отмечается, что наиболее значимыми для научно-технологического развития большими вызовами являются возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду до масштабов, угрожающих воспроизводству природных ресурсов, и связанный с их неэффективным использованием рост рисков для жизни и здоровья граждан, изменение климата и влияние последствий его изменения на различные отрасли экономики, население и окружающую среду. К приоритетам научно-технологического развития отнесены отечественные наукоемкие технологии и обеспечивающие объективную оценку выбросов и поглощения климатически активных веществ, снижение их негативного воздействия на окружающую среду и климат, повышение возможности качественной адаптации экосистем, населения и отраслей экономики к климатическим изменениям.

Ссылка: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202402280003?index=7

В последние десятилетия многие исследовательские усилия были сосредоточены на глобальном изменении климата, многодесятилетней, межгодовой изменчивости и участившихся экстремальных случаях температуры поверхности моря (ТПМ). Напротив, непрерывная эволюция рамок отсчёта, годового цикла ТПМ, используемого для количественной оценки вышеупомянутых изменчивости и изменений, долгое время игнорировалась, что приводило к трудностям в понимании основных физических ответственных за них механизмов. В этом исследовании авторы стремятся восполнить этот пробел в фазовых изменениях годового цикла ТПМ. Благодаря разработанному методу, основанному на корреляции, теперь можно количественно оценить несинусоидальную форму развивающегося годового цикла ТПМ, например, опережение или задержку летних и зимних пиковых периодов. Выявлено, что различные фазы лета или зимы более тесно связаны с многодесятилетней изменчивостью ТПМ, чем с долгосрочным изменением климата. Фазовым изменениям способствуют как систематический сдвиг фазы, так и изменения формы годового цикла, которые объясняют 0,4~1,0°C месячной аномалии ТПМ по отношению к климатологическому годовому циклу в многодесятилетнем временном масштабе. Более того, очевидно, что фазы ТПМ в историческом моделировании лучше фиксируются зимой, чем летом, и демонстрируют более сильные вариации по сравнению с наблюдениями.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00591-8