Впервые получены высокие пространственные и временные данные о потере льда на ледниках во всём мире с помощью интерферометрической радиолокационной альтиметрии CryoSat-2. Показано, что в период 2010 - 2020 гг. ледники теряли в общей сложности 272 ± 11 Гт льда в год, что эквивалентно потере 2% их общего объёма за 10-летний период исследования. Используя простую параметризацию, авторы показали, что в этот период аномалия поверхностного баланса массы доминировала в балансе массы, составляя 89% ± 5% от общей потери льда. На аномалию расхода льда приходится 11% ± 1% от общей потери льда, а при исключении участков, ограничивающих сушу, 28% ± 2% потери льда. Сильные аномалии стока обнаруживаются в районах с меняющимися океаническими условиями, например, в Баренцевом и Карском морях или в Антарктиде, а также в районах, окаймленных озёрами и фьордами в Патагонии.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102954

Неопределённость в эффективном радиационном воздействии (ERF) климата в первую очередь возникает из-за неизвестного вклада аэрозолей, которые воздействуют на радиационные потоки напрямую и через изменение свойств облаков. Использование климатической модели с фиксированной температурой поверхности моря, но возмущёнными атмосферными аэрозольными нагрузками позволяет оценить, насколько сильно баланс радиационной энергии планеты был нарушен увеличением содержания аэрозолей с доиндустриальных времён. Метод приближённого частичного радиационного возмущения (APRP) дополнительно разделяет вклады в прямое воздействие от рассеяния и поглощения аэрозолей и в косвенное воздействие от вызванных аэрозолями изменений рассеяния, количества и поглощения облаков, а также влияния аэрозолей на альбедо поверхности. Авторы сравнивают свои и ранее опубликованные оценки эффективного радиационного воздействия аэрозолей, полученные на основе APRP, и обнаруживают, что они немного смещены в результате больших, но компенсирующих ошибок. Эти отклонения являются самыми большими для прямого воздействия аэрозоля из-за недооценки поглощения аэрозоля. Коррекция этих смещений устраняет невязки и приводит к лучшему согласию с наземными оценками. Метод APRP – при правильном применении – остаётся высокоточным и эффективным методом диагностики ERF аэрозолей, он во всех случаях обеспечивает количественную оценку отдельных факторов, вносящих вклад в ERF.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-689

Критически важному снижению выбросов метана в нефтегазовом секторе препятствуют неточные официальные кадастровые данные и ограниченное понимание источников. Здесь представлена основа для включения аэрофотоснимков в комплексные инвентаризации метана в нефтегазовом секторе, обеспечивающая надёжную, независимую количественную оценку неопределённостей измерения и размера выборки, сохраняя при этом своевременную информацию на уровне источника. Эта гибридная инвентаризация сочетает в себе многопроходные аэрофотосъёмки (подход «сверху вниз») и оценки неизмеряемых источников с использованием непрерывной вероятности обнаружения и моделей количественного определения для выбранной аэрофотосъёмки (подход «снизу вверх»). Примечательно, что этот метод явно учитывает асимметричное распределение источников и ограниченное число объектов, которые ранее не рассматривались. Продемонстрировано, что протокол позволяет получить всеобъемлющую инвентаризацию метана в секторе добычи природного газа в Британской Колумбии, Канада, которая, хотя и примерно в 1,7 раза выше, чем самая последняя официальная инвентаризация в подходе «снизу вверх», показывает более низкую долю метана в добытом природном газе (<0,5%), чем сопоставимые оценки для нескольких других регионов. Наконец, метод и данные используются для верхней оценки потенциального влияния изменчивости/перемежаемости источника. Результаты показывают, что даже в крайнем случае эффекты изменчивости/перемежаемости могут быть устранены за счёт размера выборки и схемы обследования и оказывают незначительное влияние на общую неопределённость кадастра.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00769-7

Темпы роста метана в глобальной атмосфере за 2020 и 2021 годы, о которых сообщает NOAA, являются самыми высокими с момента начала систематических измерений в 1983 году. Чтобы изучить основные причины этих аномальных темпов роста, авторы используют недавно ставшие доступными данные по метану из Японского спутникового наблюдения за парниковыми газами (GOSAT). По сравнению с исходными значениями в 2019 году авторы обнаружили, что для воспроизведения содержания наблюдаемого атмосферного метана в 2020 и 2021 годах необходимо значительное глобальное увеличение его выбросов на 27,0 ± 11,3 и 20,8 ± 11,4 Тг, принимая фиксированные климатологические значения для содержания гидроксила OH. Наблюдаются самое большое годовое увеличение выбросов метана в течение 2020 г. над Восточной Африкой (14 ± 3 Тг), тропической Азией (3 ± 4 Тг), тропической Южной Америкой (5 ± 4 Тг) и зоной умеренного климата Евразии (3 ± 3 Тг), и самые большие сокращения над Китаем (-6 ± 3 Тг) и Индией (-2 ± 3 Тг). Авторы находят сопоставимые изменения выбросов в 2021 году по сравнению с 2019 годом, за исключением тропических и умеренных широт Южной Америки, где выбросы увеличились на 9 ± 4 и 4 ± 3 Тг соответственно, и умеренных широт Северной Америки, где выбросы увеличились на 5 ± 2 Тг. Повышенные выбросы, наблюдавшиеся в 2020 г. в западной половине Африки (−5 ± 3 Тг), существенно сократились в 2021 г. по сравнению с базовым уровнем 2019 г. Обнаружена статистически значимая положительная корреляция между аномалиями выбросов метана в тропиках и грунтовыми водами, что согласуется с недавними исследованиями, подчёркивающими растущую роль микробных источников в тропиках. Сокращение выбросов над Индией и Китаем связано в 2020 году с блокировкой, обусловленной Covid-19, но продолжилось в 2021 году, что в настоящее время остаётся непонятным. Чтобы исследовать влияние сниженных концентраций OH во время блокировки Covid-19 в 2020 году на повышенный рост метана в атмосфере в 2020–2021 годах, авторы расширили вектор состояния инверсии, включив в него ежемесячные коэффициенты масштабирования для концентраций OH в шести широтных диапазонах. В течение 2020 г. обнаружено, что тропосферное содержание ОН уменьшилось на 1,4 ±1,7% по сравнению с базовым значением 2019 г. Соответствующий пересмотренный глобальный рост апостериорных выбросов метана в 2020 г. снизился на 34% до 17,9 ± 13,2 Тг по сравнению с апостериорным значением, которое авторы вывели с использованием фиксированных климатологических значений концентрации ОН. Обратное утверждение состоит в том, что 66% глобального увеличения содержания метана в атмосфере в 2020 году было связано с увеличением выбросов, особенно из тропических регионов. Региональные различия потоков в варианте с совместной инверсией метана и ОН и в варианте с климатологической инверсией ОН в 2020 г. обычно намного меньше 10%. Обнаружено, что в 2021 г. содержание OH уменьшается на гораздо меньшую величину, чем в 2020 г., это обеспечивает около 10% прироста концентрации атмосферного метана в этом году. Таким образом, сделан вывод, что большая часть наблюдаемого увеличения содержания метана в атмосфере в 2020 и 2021 годах связана с увеличением его выбросов при значительном вкладе снижения уровня ОН.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4863/2023/

Сверхразрешение результатов моделирования глобального климата, называемое даунскейлингом, имеет решающее значение для принятия политических и социальных решений в отношении систем, требующих долгосрочных прогнозов изменения климата. Однако существующим быстрым методам сверхвысокого разрешения ещё предстоит сохранить пространственно коррелированный характер климатологических данных, что особенно важно, когда рассматриваются системы с пространственным расширением, такие как развитие транспортной инфраструктуры. Здесь показано, что машинное обучение на основе состязательной сети позволяет правильно реконструировать межрегиональные пространственные корреляции при даунскейлинге с большим увеличением до 50 раз, сохраняя при этом статистическую согласованность по пикселям. Прямое сравнение с измеренными метеорологическими данными о распределении температуры и осадков показывает, что интеграция важной с климатологической точки зрения физической информации улучшает производительность масштабирования, что позволяет называть этот подход πSRGAN (генерирующая состязательная сеть сверхвысокого разрешения, основанная на физике). Предлагаемый метод имеет потенциальное применение для согласованной на межрегиональном уровне оценки воздействия изменения климата. Кроме того, представлены результаты другого варианта подхода к масштабированию на основе глубокой генеративной модели, в котором поле осадков с низким разрешением заменяется полем давления, называемым ψSRGAN (источник осадков недоступен SRGAN). Примечательно, что этот метод демонстрирует неожиданно хорошие характеристики масштабирования поля осадков.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-32947-0

В исследовании оценивается будущая эволюция атмосферного озона, смоделированная с помощью модели системы Земли ESM SOCOLv4. Моделирование проводилось на основе двух потенциальных общих социально-экономических сценариев: промежуточного сценария (SSP2-4.5) и сценария использования ископаемого топлива (SSP5-8.5). Будущие изменения содержания озона, а также химических факторов (NOx и CO) и температуры модельно оценивались в промежутке между 2015 и 2099 гг. и для нескольких промежуточных подпериодов (2015–2039, 2040–2069 и 2070–2099 гг.). В обоих сценариях модель прогнозирует снижение содержания тропосферного озона в будущем, которое начнется в 2030-х годах в SSP2-4.5 и после 2060-х годов в SSP5-8.5 из-за снижения концентраций NOx и CO. Результаты также указывают на весьма вероятное увеличение содержания озона в мезосфере и верхней и средней стратосфере, а также в нижней стратосфере в высоких широтах. При SSP5-8.5 увеличение содержания озона в стратосфере выше из-за более сильного охлаждения (> 1 K за десятилетие), вызванного парниковыми газами, что замедляет циклы каталитического разрушения озона. Напротив, в тропической нижней стратосфере концентрации озона уменьшаются в обоих экспериментах и увеличиваются над средними и высокими широтами обоих полушарий из-за ускорения циркуляции Брюера-Добсона, которая сильнее в SSP5-8.5. Не было обнаружено никаких доказательств снижения уровня содержания озона в нижней стратосфере в средних широтах. В обоих будущих сценариях ожидается, что общее содержание озона в столбе будет заметно выше, чем сегодня в средних и высоких широтах, и, может быть, ниже в тропиках, что вызовет уменьшение в средних широтах и повышение в тропиках уровня ультрафиолетовой радиации на уровне земной поверхности. Результаты SOCOLv4 позволяют предположить, что эволюция стратосферного озона на протяжении XXI века в значительной степени определяется не только снижением концентрации галогенов, но и будущим воздействием парниковых газов. Кроме того, изменения озонового столба в тропосфере, которые в основном связаны с изменениями антропогенных выбросов прекурсоров озона, также оказывают сильное влияние на его общее содержание в всём столбе атмосферы. Таким образом, даже несмотря на то, что проблема антропогенного загрязнения галогенами на сегодняшний день поставлена под контроль, признаки будущих изменений озонового слоя на глобальном и региональном уровнях всё ещё неясны и в значительной степени зависят от разнообразной будущей деятельности человека. Таким образом, результаты этой работы актуальны для разработки будущих стратегий социально-экономического развития.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4801/2023/

Последствия глобального потепления сильнее проявляются в Арктике, вызывая быстрое повышение температуры и продолжающуюся значительную потерю морского льда, которая сама по себе подвержена большой межгодовой изменчивости. Авторы исследуют изменения среднесезонных температуры и осадков, их изменчивость и экстремальные значения, используя результаты большого ансамбля климатических моделей согласно сценарию 8.5 - исторические (S2000) и прогностические на конец века (S2100). Полученные результаты показывают зависящие от региона и сезона в Арктике изменения межгодовой температуры и изменчивости осадков, тесно связанные с потерей морского льда. Показаны удвоение изменчивости осадков над Северным Ледовитым океаном и значительное уменьшение изменчивости температуры в Баренцевом море. Чрезвычайно тёплые сезоны в S2000 оказываются одними из самых холодных или становятся нереальными в S2100. Далее показана ключевая роль крупномасштабных погодных систем в формировании экстремальных сезонных температур и осадков в Арктике, которые сохраняются при потеплении климата.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102349

Путём синтеза сделанных в центральной части Арктики результатов дистанционного зондирования в облачный продукт Cloudnet с привязкой к модели, авторы оценивают, насколько хорошо Единая модель Метеобюро (UM) и Интегрированная система прогнозирования (IFS) Европейского центра среднесрочного прогнозирования погоды (ECMWF) охватывают арктические облака и связанные с ними взаимодействия с поверхностным энергетическим балансом и термодинамической структурой нижней тропосферы. Эта оценка была проведена с использованием 4-недельного периода наблюдений экспедиции «Северный Ледовитый океан 2018», в ходе которой измерялся переход от условий таяния морского льда к условиям замерзания. В конфигурации вложенной модели с ограниченной областью (LAM) в UM были протестированы три разные облачные схемы: две региональные одномоментные (UM_RA2M и UM_RA2T) и одна новая двухмоментная (UM_CASIM-100), а одно глобальное моделирование было проведено с помощью IFS с использованием облачной схемы по умолчанию (ECMWF_IFS).
В обеих моделях были выявлены постоянные недостатки: как UM, так и IFS завышали вероятность появления облаков ниже 3 км. Эта завышенная оценка также соответствовала трём конфигурациям облаков, использованным в UM, при этом среднее значение появления облаков с вероятностью >90% было смоделировано между 0,15 и 1 км во всех моделях. Однако микрофизическая структура облаков в среднем моделировалась достаточно хорошо в каждом подходе, при этом содержание жидкой воды в облаках (LWC) и содержание воды со льдом (IWC) хорошо согласовывались с наблюдениями на большей части вертикального профиля. Ключевое микрофизическое расхождение между модельными оценками и наблюдениями было в LWC между уровнями 1 и 3 км, где большинство расчётов (все, кроме UM_RA2T) завышали наблюдаемое LWC.
Несмотря на разумное воспроизведение физической структуры облаков, обе модели не смогли адекватно отразить эпизоды отсутствия облаков: это постоянство облачного покрова, вероятно, способствует регулярному смещению приповерхностной температуры в каждом расчёте. Обе модели также постоянно демонстрировали смещения температуры и влажности ниже уровня 3 км, причём особенно сильные смещения холода совпадали с избыточными смоделированными слоями облаков. Эти погрешности, вероятно, связаны со слишком сильным радиационным охлаждением верхней части облаков от этих смоделированных облачных слоёв и были одинаковыми для трёх протестированных конфигураций UM, несмотря на различия в их параметризации облаков в подсеточном масштабе. Вызывает тревогу то, что полученные результаты предполагают, что эти смещения в региональной модели были унаследованы от глобальной модели, что приводит к причинно-следственной связи между чрезмерной облачностью на низких высотах и совпадающим смещением в сторону холода. Использование репрезентативных концентраций ядер конденсации облаков в конфигурации UM с двойным моментом при улучшении микрофизической структуры облаков мало способствует смягчению этих предубеждений; поэтому, независимо от того, насколько всеобъемлющей будет физика облаков в используемой вложенной конфигурации LAM, её облачная и термодинамическая структура будут по-прежнему в значительной степени зависеть от метеорологических условий, полученных из основной модели.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4819/2023/

По мере того как арктический морской лёд отступает в сезон таяния, верхняя часть океана нагревается в ответ на атмосферные потоки тепла. В целом облака уменьшают эти потоки летом, но не было зарегистрировано, как радиационное воздействие облаков на потепление океана может измениться по мере сокращения морского льда. По оценкам глобальной климатической модели с переменным содержанием CO₂ время отступления морского льда сильно влияет на амплитуду вызванного облаками летнего охлаждения поверхности океана. При доиндустриальных концентрациях CO₂ летние облака практически не влияют на максимальные годовые температуры поверхности моря (ТПМ). Когда концентрация CO₂ увеличивается, морской лёд отступает раньше, позволяя большему количеству солнечной радиации нагревать океан. Облака могут противодействовать этому летнему потеплению, отражая солнечную радиацию обратно в космос. Следовательно, облака объясняют до 13% большей изменчивости максимальной годовой ТПМ при современных концентрациях CO₂. Максимальные годовые ТПМ в три раза более чувствительны к летним облакам, когда концентрации CO₂ в четыре раза превышают доиндустриальные уровни.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102850

Последствия неопределённостей прогнозов погоды не были количественно оценены в существующих системах прогнозирования качества воздуха. Чтобы решить эту проблему, авторы разработали эффективную систему прогнозирования двумерной свёрточной нейронной сети и ансамбля содержания приземного озона (2DCNN-SOEF), используя двумерные свёрточные нейронные сети и ансамблевые прогнозы погоды, и применили эту систему к 216-часовым прогнозам содержания озона в Шэньчжэне, Китай. 2DCNN-SOEF продемонстрировала производительность, сравнимую с текущими действующими системами прогнозирования, и соответствовала требованиям точности прогноза уровня качества воздуха, требуемым китайскими властями, с заблаговременностью до 144 часов. Неопределённости в прогнозах погоды составляют 38–54% ошибок прогнозов по озону за 24 часа и более. 2DCNN-SOEF позволила использовать показатель «вероятность превышения уровня концентрации озона», который лучше отражал риски загрязнения воздуха с учётом диапазона возможных погодных последствий. Эта структура ансамблевого прогнозирования может быть расширена для оперативного прогнозирования других зависящих от метеорологии экологических рисков во всём мире, что делает её ценным инструментом для управления окружающей средой.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102611