Качественные субсезонные прогнозы имеют решающее значение для различных секторов общества, но представляют собой грандиозную научную задачу. В последнее время прогнозы моделей прогнозирования погоды на основе машинного обучения превосходят самые успешные численные прогнозы погоды, созданные Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), но пока не превзошли обычные модели в субсезонных временных масштабах. В этой статье представлена FuXi Subseasonal-to-Seasonal (FuXi-S2S), модель машинного обучения, которая обеспечивает глобальные ежедневные средние прогнозы до 42 дней, охватывающие пять атмосферных переменных верхних слоёв воздуха на 13 уровнях давления и 11 поверхностных переменных. FuXi-S2S, обученная на 72 годах ежедневной статистики из данных реанализа ECMWF ERA5, превосходит современную модель ECMWF Subseasonal-to-Seasonal в ансамблевых средних и ансамблевых прогнозах для общего количества осадков и исходящей длинноволновой радиации, что значительно улучшает глобальный прогноз осадков. Улучшенная производительность FuXi- S2S может быть в первую очередь обусловлена её превосходной способностью улавливать неопределённость прогноза и точно предсказывать осцилляции Маддена-Джулиана, расширяя хорошее предсказание этой осцилляции с 30 до 36 дней. Более того, FuXi-S2S не только улавливает реалистичные удалённый связи с осцилляцией Маддена-Джулиана, но и выступает в качестве ценного инструмента для обнаружения сигналов-предшественников, предлагая исследователям идеи и потенциально устанавливая новую парадигму в исследованиях наук о системе Земли.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50714-1

В контексте глобального потепления арктический морской лёд стремительно тает, а возможности навигации по арктическому судоходному маршруту продолжают расти. Здесь авторы объединили данные о климате и судоходности и использовали сценарии низких и средних выбросов для анализа состояния морского льда и судоходности с 2023 по 2100 гг., уделяя особое внимание судам Polar Class 7 (судам для летней и осенней эксплуатации в тонком многолетнем льду) и открытой воде. Результаты показывают, что движение морского льда ухудшает судоходность. Суда Polar Class 7 смогут плавать по арктическим проходам в течение всех сезонов, за исключением весны 2065 года, в то время как для судов открытой воды существует сравнительное преимущество Северного морского пути. Оптимальные маршруты для судов Polar Class 7 с 2065 по 2100 гг. больше распределены в сторону Центральной Арктики. Они могут значительно изменить структуру глобальных судоходных сетей и международной торговли между Азией, Европой и Америкой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01557-7

Природные решения признаны актуальными для пространственного планирования в решении общественных проблем, хотя их внедрение ограничено и фрагментировано в некоторых тематических исследованиях, а трудности возникают при их внедрении и введении в действие. Представлен обзор литературы для изучения того, как природные решения рассматривались для их внедрения и введения в действие в пространственном планировании и как они включались в различные политические инструменты и использовались для решения проблем адаптации к изменению климата. Результаты подчёркивают: во-первых, обзор способствовал преодолению разрыва во внедрении и введении в действие природных решений, предлагая новую трёхмерную систему категоризации для руководства выбором подходящих принципов природных решений для удовлетворения запросов общества; во-вторых, это исследование всё ещё выявило пробелы в некоторых областях политики, несмотря на усилия по широкому применению природных решений в различных политических инструментах адаптации к изменению климата. В целом, обзор далее подчёркивает необходимость будущих исследований, направленных на мониторинг и оценку эффективности природных решений для адаптации к изменению климата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-024-02052-1

В контексте глобального потепления ускоренная деградация многолетней мерзлоты в Приарктическом регионе высвобождает значительное количество углерода. InSAR может косвенно отражать деградацию многолетней мерзлоты, отслеживая её деформацию. В этом исследовании были выбраны три типичных региона многолетней мерзлоты в Северной Америке: Северный склон Аляски, Северное Большое Медвежье озеро и Южное озеро Ангикуни. Эти регионы охватывают ряд ландшафтов многолетней мерзлоты, от тундры до хвойных лесов и лишайниково-мшистых лесов, и авторы использовали данные Sentinel-1 SAR с 2018 по 2021 гг. для определения их деформации. В процессе из-за длительного снежного покрова в многолетней мерзлоте в Приарктическом регионе были использованы только данные SAR, собранные летом, и применена двухэтапная стратегия выбора интерферограммы для смягчения результирующей временной декорреляции. Северный склон Аляски продемонстрировал выраженное проседание вдоль прибрежных аллювиальных равнин и подъём в районах с осушенными термокарстовыми озёрными бассейнами. В Северном Большом Медвежьем озере, пострадавшем от лесных пожаров, имели место ускоренные темпы проседания, что свидетельствует о глубоком и продолжительном влиянии лесных пожаров на деградацию многолетней мерзлоты. Лишайниковые и моховые ландшафты южного озера Ангикуни продемонстрировали умеренное проседание. Представленные результаты InSAR показывают, что более трети площади многолетней мерзлоты в североамериканской исследуемой области деградирует и что многолетняя мерзлота в различных ландшафтах имеет различные закономерности деформации. При мониторинге деградации крупномасштабной многолетней мерзлоты крайне важно учитывать уникальные характеристики каждого ландшафта.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/15/2809

Два десятилетия спутниковых наблюдений с высоким разрешением и модельных исследований климата выявили сильную обратную связь океан-атмосфера, опосредованную мезомасштабными процессами океана, включая полупостоянные и извилистые фронты температуры поверхности моря, мезомасштабные вихри и нити. Обмены между воздухом и морем скрытым и явным теплом, импульсом и углекислым газом, связанные с этим так называемым мезомасштабным взаимодействием воздух-море, являются устойчивыми вблизи основных западных пограничных течений, фронтов Южного океана и экваториальных и прибрежных зон апвеллинга, но они также повсеместны над участками Мирового океана, где активны мезомасштабные процессы. Современные теории, основанные на быстро развивающихся возможностях наблюдений и моделирования, установили важность мезомасштабных и фронтальных процессов взаимодействия воздух-море для понимания крупномасштабной циркуляции океана, биогеохимии и изменчивости погоды и климата. Однако остаётся множество проблем для точной диагностики, наблюдения и моделирования мезомасштабного взаимодействия воздух-море с целью количественной оценки его воздействия на крупномасштабные процессы. В статье представлен всесторонний обзор ключевых аспектов, касающихся мезомасштабного взаимодействия воздуха и моря, обобщены текущие знания с оставшимися пробелами и неопределённостями, а также даны рекомендации по теоретическим, наблюдательным и модельным стратегиям для будущих исследований взаимодействия воздуха и моря.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/36/7/JCLI-D-21-0982.1.xml

Изменение загрязнения городского воздуха возникает из-за сложных пространственных, временных и химических процессов, которые глубоко влияют на население, здоровье человека и экологическую справедливость. В этом обзоре освещаются выводы из двух популярных методов измерения на месте — мобильного мониторинга и плотных сенсорных сетей, — имеющих различные, но взаимодополняющие преимущества в характеристике динамики и воздействия многомерной системы качества городского воздуха. Мобильный мониторинг может измерять концентрации многих загрязняющих веществ в мелких пространственных масштабах, тем самым информируя о процессах и стратегиях контроля. Сенсорные сети превосходно обеспечивают временное разрешение во многих местах. Всё более сложные исследования, использующие оба метода, могут наглядно определять пространственные и временные закономерности, влияющие на воздействие и различия, и предлагать механистическое понимание для эффективных вмешательств. В этом обзоре суммируются сильные и слабые стороны этих методов и обсуждаются их последствия для понимания мелкомасштабных процессов и воздействий.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq3678

По мере того, как изменение климата продолжается, потепление атмосферы позволяет ей удерживать больше воды и, таким образом, производить больше осадков. Следствием большего количества осадков является усиление их изменчивости, поведение которого легче предсказать, чем наблюдать. Чжан и др. (Zhang et al.) использовали мировые записи суточных осадков, чтобы показать, что это ожидаемое увеличение изменчивости осадков на самом деле обнаруживается в данных за последнее столетие. Эта тенденция, которая наиболее заметна в Европе, Австралии и восточной части Северной Америки, сделает адаптацию более сложной для обществ и экосистем.

По мере потепления климата последующее увлажнение атмосферы увеличивает экстремальные осадки. Изменчивость осадков также должна увеличиваться, вызывая более сильные колебания влажного и сухого климата, но это ещё предстоит подтвердить наблюдениями. Здесь показано, что изменчивость осадков уже выросла во всём мире (более 75% площади суши) за последнее столетие в результате накопленного антропогенного потепления. Возросшая изменчивость наблюдается в дневных и внутрисезонных временных масштабах, с дневной изменчивостью, увеличивающейся на 1,2% за 10 лет в глобальном масштабе, и особенно заметной в Европе, Австралии и восточной части Северной Америки. Возросшая изменчивость осадков обусловлена в основном термодинамикой, связанной с увлажнением атмосферы, модулируемой в десятилетних временных масштабах изменениями циркуляции. Усиленная изменчивость осадков создаёт новые проблемы для прогнозов погоды и климата, а также для устойчивости и адаптации со стороны обществ и экосистем.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp0212

Самые мощные лесные пожары в мире за последние два десятилетия удвоились по интенсивности и числу, и, скорее всего, в этом виноваты изменение климата и управление земельными ресурсами.

С почти постоянными сообщениями о катастрофических лесных пожарах в СМИ, кажется, что экстремальные пожары происходят более регулярно. И недавнее исследование в Nature Ecology and Evolution подтверждает это, показывая, что интенсивные лесные пожары теперь встречаются в два раза чаще, чем два десятилетия назад.

Многие учёные подозревали, что экстремальные пожары становятся всё более распространёнными, сказал Калум Каннингем (Calum Cunningham), пирогеограф из Университета Тасмании, руководивший исследованием. «Но у нас раньше не было достаточно сведений, чтобы доказать это в глобальном масштабе», — сказал он.

Периодические, небольшие лесные пожары могут помочь поддерживать здоровье экосистем, очищая от мёртвой растительности. Но экстремальные пожары, более жаркие и более неконтролируемые, наносят значительный ущерб окружающей среде, здоровью людей и экономике. Крупные лесные пожары также выбрасывают огромные запасы углерода, усугубляя глобальное потепление — в свою очередь, подпитывая условия для новых лесных пожаров.

«Мы сосредоточились на энергетически экстремальных пожарах», — сказал Каннингем. Глобальные закономерности лесных пожаров обычно устанавливаются путём подсчёта пикселей выжженной земли на спутниковых снимках. Но традиционный подход упускает из виду самые опасные пожары, сказал он. «Интенсивность пожаров, особенно экстремальных, также имеет значение».

Каннингем и его коллеги составили карту интенсивности более 30 миллионов лесных пожаров (состоящих из кластеров и отдельных пожаров), обнаруженных MODIS (спектрорадиометром умеренного разрешения) спутников НАСА в период с 2003 по 2023 гг., сосредоточившись на самых интенсивных пожарах.

Используя инфракрасные датчики, MODIS могут видеть тепло, выделяемое лесными пожарами. «Эта тепловая энергия напрямую связана с количеством сожженной биомассы и выбросами», — объяснил Каннингем. «По сути, это мера ущерба окружающей среде».

Исследователи делали ежедневные снимки лесных пожаров по всему миру, суммируя тепловую энергию, измеренную в пределах 20- × 20-километровых блоков по всей поверхности Земли. Затем они выделили, какие из этих блоков содержали верхние 0,01% лесных пожаров в соответствии с их радиационной мощностью (около 2900 пожаров, состоящих из кластеров и отдельных пожаров).

«Анализ впечатляет», — сказала Вирджиния Иглесиас (Virginia Iglesias), эколог по лесным пожарам из Университета Колорадо в Боулдере, не участвовавшая в исследовании. С учётом того, что теперь доступны долгосрочные спутниковые записи, обработка обилия данных представляет собой сложную задачу, добавила она. «Определение экстремальных событий означало, что они могли выделить важную тенденцию».

Экспоненциальный рост

Каннингем сказал, что шесть из последних семи лет были отмечены наибольшим числом экстремальных пожаров. В прошлом году были самые экстремальные пожары, и это был также самый жаркий год за всю историю наблюдений.

Этот всплеск экстремальных пожаров соответствует существующим наблюдениям за ухудшением пожарной активности в определенных регионах, сказала Иглесиас. В исследовании 2022 года Иглесиас показала, что лесные пожары стали масштабнее и более частыми по всей территории Соединённых Штатов с начала 2000-х годов.

Однако глобальная картина лесных пожаров была менее ясной, поскольку записи за достаточно долгий период были недоступны. Учёные ранее показали долгосрочное сокращение площади, выжженной лесными пожарами по всему миру. Эта закономерность отражает изменение методов ведения сельского хозяйства (и сокращение использования огня для расчистки земель) в саваннах Африки, где происходит выгорание около 70% мировых площадей по суше.

Пожары в саваннах обычно горят с меньшей интенсивностью, сказал Каннингем, и как только эти пожары были отфильтрованы из глобального набора данных, резкий рост экстремальных лесных пожаров стал очевиден.

Каннингем и его коллеги обнаружили, что глобальная тенденция была обусловлена резким ухудшением экстремальных лесных пожаров на западе США, в Канаде и России. Они отметили одиннадцатикратное увеличение экстремальных пожаров в хвойных лесах Северной Америки с 2003 года. Высокоширотные бореальные леса испытали семикратное увеличение экстремальных пожаров за тот же период.

Раздувая пламя

«Изменение климата однозначно делает условия, необходимые для экстремального пожара, более распространёнными», — сказал Каннингем. Исследование не пыталось установить связь с изменением климата, но, по его словам, у учёных есть множество доказательств того, что более жаркие, более сухие условия превращают ландшафты в пороховые бочки, делая лесные пожары более вероятными и более энергичными.

Иглесиас говорит, что наследие управления земельными ресурсами, вероятно, усугубляет последствия изменения климата. В частности, в Северной Америке агрессивная политика тушения пожаров в ХХ веке позволила мёртвой растительности накапливаться. «Всё это избыточное топливо в сочетании с сухим климатом увеличивает шансы в пользу интенсивных пожаров», — сказала она.

По мере того, как изменение климата ускоряется, а лесные пожары горят всё интенсивнее, наши отношения с огнём также должны меняться, сказал Каннингем. «Мы вышли за рамки периода, когда подавление всех пожаров было целью. Теперь пришло время научиться жить в пожароопасных ландшафтах». Одним из путей продвижения вперёд может стать использование частых малоинтенсивных пожаров в качестве инструмента сокращения запасов топлива и смягчения последствий более крупных пожаров, как это делали коренные народы на протяжении тысячелетий.

Ссылка: https://eos.org/articles/extreme-wildfires-are-getting-more-extreme-and-occurring-more-often

Многолетняя мерзлота Шпицбергена тает как прямое следствие изменения климата. В низкоширотной Арктике растительность, как было показано, замедляет и уменьшает таяние активного слоя, однако неизвестно, относится ли это также к регионам высокоширотной Арктики, таким как Шпицберген, где растительности меньше, она разрежена и, следовательно, менее способна изолировать почву. Поэтому остаётся неизвестным, какие компоненты растительности высокоширотной Арктики влияют на таяние активного слоя и в каком временном масштабе эта изоляция может быть эффективной. Такие знания необходимы для прогнозирования и понимания будущих изменений в активном слое в меняющейся Арктике. В этом исследовании авторы использовали мерзлотные трубки, размещённые в исследовательских сетках, расположенных на Шпицбергене с известным составом растительности, для отслеживания прогрессирования таяния активного слоя и анализа взаимосвязи между составом и структурой растительности и состоянием снега, а также таянием активного слоя в начале лета. Обнаружено, что толщина мха, высота кустарников и разнотравья, а также сосудистый растительный покров задерживали таяние почвы сразу после таяния снега. Эти изолирующие эффекты ослабевали по мере прогрессирования оттаивания, пока не исчезло влияние на глубину оттаивания через восемь недель. Ожидается, что мхи в высоких широтах Арктики сократятся из-за изменения климата, что может привести к потере изолирующей способности, потенциально ускоряя оттаивание активного слоя в начале лета. Это может иметь важные последствия для широкого спектра функций экосистемы, таких как фенология растений и процессы разложения.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007880

Поток метана из моря в атмосферу измерялся напрямую методом вихревой ковариации на протяжении примерно 60 000 км арктических и антарктических круизов в течение нескольких летних сезонов. Северный Ледовитый океан (к северу от 60° с.ш., между 20° з.д. и 50° в.д.) и Южный океан (к югу от 50° ю.ш., между 70° з.д. и 30° в.д.) являются источниками атмосферного метана на шельфе со средними потоками из моря в воздух 9,17 ± 2,91 мкмоль м⁻² д⁻¹ и 8,98 ± 0,91 мкмоль м⁻² д⁻¹ соответственно. За пределами шельфа этот регион Северного Ледовитого океана оказывается источником метана (средний поток 2,39 ± 0,68 мкмоль м⁻² д⁻¹), в то время как указанный регион Южного океана оказывается стоком метана (средний поток −0,77 ± 0,37 мкмоль м⁻² д⁻¹). Самые высокие наблюдаемые потоки обнаружены вокруг западного Шпицбергена, Южной Георгии и Южных Шетландских островов и пролива Брансфилда; в районах с признаками наличия метановых вспышек, исходящих от морского дна. Таким образом, это исследование может предоставить доказательства прямого выброса метана с морского дна в атмосферу как в Арктике, так и в Антарктике. По сравнению с предыдущими работами, результаты этого исследования могут указывать на увеличение потока метана из моря в воздух в районах с просачиванием морского дна в течение временных масштабов в несколько десятилетий. Поскольку изменение климата усугубляет рост температуры воды, непрерывный мониторинг выбросов метана из полярных океанов в будущем имеет важное значение.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040632