Интенсификация сельского хозяйства после «Зелёной революции»* привела к значительному росту урожайности, но также увеличила антропогенные выбросы парниковых газов. Здесь, предоставляя глобальную комплексную количественную оценку «от колыбели до ворот», от семени до урожая, авторы показывают, что потенциал глобального потепления (ПГП) традиционного сельского хозяйства зерновых культур увеличился в восемь раз с 1961 по 2020 гг., тогда как индекс устойчивости снизился в три раза. Обработка почвы, синтетические удобрения и орошение в совокупности составили 90% увеличенного ПГП, связанного с десятикратным увеличением удобрения и использования грунтовых вод и более чем удвоением механизированных и орошаемых площадей. Выделены регионы с высоким ПГП и низким индексом устойчивости, такие как Южная Азия, и прогнозируется дальнейшее трёхкратное увеличение ПГП сельского хозяйства к 2100 году по сравнению с 2020 годом (3,3 ± 0,73 ПгCO_2e), вызванное снижением эффективности использования ресурсов. Зелёная энергетика и климатически оптимизированные методы ведения сельского хозяйства могут снизить прогнозируемый ПГП в 2100 году до 2,3 ПгCO_2-экв. и увеличить индекс устойчивости в четыре раза. *«Зелёная революция» — комплекс изменений в сельском хозяйстве развивающихся стран, имевший место в 1940–1970-х гг.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02170-4

Ингибирование* дыхания листьев светом является важным, но часто упускаемым из виду компонентом при оценке дыхания экосистемы. Однако текущие оценки ингибирования дыхания экосистемы светом смещены из-за игнорирования влияния факторов влажности. Авторы разработали новый метод машинного обучения с физическими ограничениями для количественной оценки степени ингибирования светом (Reli), обусловленного множеством факторов в глобальных экосистемах. Полученные результаты выявили значительные сезонные колебания скорости ингибирования светом, соответствующие росту растительности. Температура в основном влияла на колебания Reli, а связь между температурой и Reli регулировалась дефицитом давления пара, а не содержанием влаги в почве. Переоценка дыхания глобальной экосистемы показала, что текущие модели земной системы переоценивают дыхание экосистемы в засушливых регионах средних и высоких широт, при этом глобальная средняя сила ингибирования светом составляет 0,51 (±0,16). Полученные в ходе этого исследования знания дают точное понимание ингибирования светом, обусловленного сочетанием температуры и влажности при моделировании углеродного цикла. 

*Ингибирование — полное или частичное подавление, торможение процесса

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL112146

Процессы на суше влияют на состояние атмосферы, контролируя потоки энергии, воды и углерода с суши в атмосферу. Предыдущие исследования показали, что неопределённость используемых параметров приводит к неопределённости потоков на поверхности суши. Однако влияние неопределённости процессов на суше на климатическую систему остаётся недостаточно изученным. Авторы количественно оценивают, как предположения о процессах на суше влияют на климат, используя ансамбль возмущённых параметров для 18 параметров суши в модели Community Earth System Model версии 2 в доиндустриальных условиях. Обнаружено, что диапазон параметров суши, основанный на наблюдениях, генерирует биогеофизические обратные связи, существенно влияющие на среднее состояние климата, в основном за счёт изменения эвапотранспирации. Глобальная средняя температура поверхности суши колеблется на 2,2°C по рассмотренному ансамблю (σ = 0,5°C), а изменения осадков были значительными и пространственно неоднородными. Этот анализ показывает, что влияние неопределённости параметров суши на потоки на поверхности распространяется на всю земную систему и даёт представление о том, где и как она влияет на климат.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL108372

Глобальное изменение климата влияет на амплитуду сезонного цикла атмосферного CO₂ (АСЦ), причём наиболее сильное её увеличение происходит в северных высоких широтах (>45° с.ш.). В этом обзоре изучаются изменения и основные механизмы, влияющие на АСЦ северных высоких широт, уделено особое внимание арктическим и бореальным наземным экосистемам. Широтные градиенты АСЦ в значительной степени определяются сезонностью температуры и первичной продукции, а также их влиянием на динамику углерода в экосистеме. В северных высоких широтах АСЦ увеличилась на 50% с 1960-х годов, в основном из-за усиления сезонности суммарного обмена углекислого газа в наземных экосистемах северных высоких широт. Температура сильнее всего влияет на эту тенденцию из-за воздействия потепления на продолжительность вегетационного периода и продуктивность растений; эффекты удобрения CO₂ играют второстепенную роль. Евразийские бореальные экосистемы оказывают наиболее сильное влияние на АСЦ, а весна и лето являются наиболее влиятельными сезонами. Усиленное дыхание экосистемы в невегетационный период демонстрирует наибольшую неопределённость в реакции АСЦ на глобальные и ландшафтные факторы. Наблюдаемые изменения в сезонной амплитуде, как ожидается, продолжатся. Основные приоритеты включают больший охват потоков углерода и расширение сетей наблюдения за экосистемами, особенно в экосистемах тундры, и включение таких факторов, как растительный покров и многолетняя мерзлота, в модели для лучшего описания сезонной динамики суммарного обмена CO₂ в северных высоких широтах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-024-00600-7

Отслеживание энергетического баланса земной системы является ключевым методом изучения вклада человеческой деятельности в изменение климата. Однако точная оценка энергетического баланса на поверхности Земли долгое время была проблемой, в первую очередь из-за неопределённостей, затмевающих вызванные изменения потока энергии, и отсутствия точных данных наблюдений на поверхности. Авторы использовали метод байесовского модельного усреднения, объединив его с последними разработками в данных наблюдений за солнечным излучением на поверхности, для уточнения ансамбля выходных модельных данных CMIP6. Это привело к улучшенной оценке изменений энергетического дисбаланса земной системы на поверхности с конца XIX века. Полученные результаты показывают, что выходные модельные данные CMIP6, ограниченные этими данными наблюдений, отражают изменения энергетического дисбаланса, согласующиеся с наблюдениями за содержанием тепла в океане, предлагая более узкий диапазон неопределённости на уровне достоверности 95%, чем предыдущие оценки. Наблюдая за рядом энергетического дисбаланса земной системы на поверхности, в котором доминируют изменения, вызванные внешним воздействием, авторы отмечают относительную стабильность (0,22 Вт·м⁻²⁾ за последние полвека, но с усилением (достижением 0,80 Вт·м⁻²) в середине и конце 1990-х годов. Это указывает на усиление неблагоприятных последствий глобального потепления и изменения климата, что является ещё одним независимым подтверждением того, что показали недавние исследования.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01802-z

Наблюдаемые температуры морской поверхности в Северной Атлантике модулируются повторяющимся чередованием аномально тёплых и холодных междекадных фаз, известных как Атлантическая многодесятилетняя изменчивость. Авторы использовали наблюдения и мультимодельный ансамбль климатических расчётов, чтобы продемонстрировать продолжающееся ускорение потепления поверхности Северной Атлантики, что подразумевает меньший, чем считалось ранее, вклад Атлантической многодесятилетней изменчивости в аномалии температуры морской поверхности Северной Атлантики в XXI веке. Будущие прогнозы Атлантической многодесятилетней изменчивости из реалистичных климатических расчётов обладают значительной погрешностью, однако релаксация до нейтральной фазы к середине XXI века представляется наиболее вероятной её эволюцией. В расчётах смягчающие эффекты менее вероятной предстоящей холодной фазы Атлантической многодесятилетней изменчивости подавляются быстрым потеплением поверхности Северной Атлантики, которое, как надёжно прогнозируется, сохранится в предстоящие десятилетия независимо от сценариев выбросов. Поэтому ожидается, что устойчивое потепление поверхности Северной Атлантики продолжится в ближайшем будущем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01804-x

Численные модели на основе дистанционного зондирования используют спутниковые измерения поглощения света растительностью для оценки глобальных закономерностей и тенденций в валовой первичной продукции — основе наземного углеродного цикла. В этой перспективе обсуждаются проблемы оценки валовой первичной продукции с использованием таких моделей и изучаются способы повышения их надёжности. Современные модели существенно различаются по своей структуре и дают разные результаты, особенно в отношении временных тенденций в валовой первичной продукции. Многие модели используют принцип эффективности использования света, связывающего поглощение света с фотосинтезом и производством биомассы растений, для оценки валовой первичной продукции. Однако эти модели различаются по своим предположениям об управлении эффективностью использования света и, как правило, зависят от многих обладающих большой погрешностью параметров. Принципы экоэволюционной оптимальности могут значительно снизить требования к параметрам, повышая точность и согласованность оценок валовой первичной продукции и интерпретаций их взаимосвязей с экологическими факторами. Интеграция данных с разных спутников и датчиков, а также использование вспомогательных оптических каналов могут улучшить пространственно- временное разрешение и модельное обнаружение физиологии растительности, включая стресс от засухи. Расширение и гармонизация сети башен с вихревыми ковариационными потоками будет поддерживать систематическую оценку моделей валовой первичной продукции. Повышение надёжности оценок производства валовой первичной продукции и биомассы позволит лучше охарактеризовать временные вариации и улучшить понимание реакции наземного углеродного цикла на изменение окружающей среды.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-024-00601-6

В регионе Юго-Восточной Сибири в последнее время весной наблюдаются всё более обширные лесные пожары, угрожающие его большой способности связывать углерод в обширных лесах и торфяниках. Однако основные механизмы, способствующие увеличению пожаров, и их потенциальные реакции на будущее изменение климата остаются неясными. Используя данные реанализа и выходные данные климатической модели вместе с моделью глубокого обучения, авторы изучают связь между аномалиями температуры морской поверхности в положительной фазе североатлантического триполя и усилением лесных пожаров в Юго-Восточной Сибири и прогнозируют будущую тенденцию интенсивности лесных пожаров в условиях изменения климата. Обнаружено, что апрельская положительная фаза североатлантического триполя усиливает сибирский антициклон, вызывая повышение температуры и таяние снега за счёт усиленного адвективного переноса тёплого воздуха в регион Юго-Восточной Сибири. Последний процесс усиливает подверженность местных торфяников с высокой плотностью благоприятным условиям для возгорания и приводит к более интенсивным лесным пожарам. Также продемонстрировано, что прогнозируемые вариации североатлантического триполя могут приводить к междесятилетним изменениям в будущих апрельских лесных пожарах Юго-Восточной Сибири. С будущим сдвигом фаз режимов североатлантического триполя в условиях глобального потепления регионально усреднённая площадь пожаров в Юго-Восточной Сибири может увеличиться на 47–62% при различных сценариях потепления с 1982–2014 по 2015–2100 гг. Выводы авторов показывают обусловленную климатом эскалацию будущих лесных пожаров в Юго-Восточной Сибири в контексте глобального потепления и призывают к активным и срочным стратегиям управления пожарами для снижения их риска.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00815-x

Наблюдаемое увеличение средней глобальной температуры поверхности в период 1998 - 2012 гг. было медленнее, чем в период 1951 - 2012 гг. Однако относительный вклад всех соответствующих факторов, включая климатические, не был всесторонне проанализирован. Используя модель климата с пониженной сложностью и статистическую модель с ограничениями по наблюдениям, авторы обнаружили, что охлаждение Ла-Нинья и нисходящий солнечный цикл внесли примерно 50% и 26% общего замедления потепления в 1998–2012 гг. по сравнению с 1951–2012 гг. Кроме того, сокращение содержания озоноразрушающих веществ и метана составило примерно четверть общего замедления потепления, что можно объяснить изменениями их концентраций в атмосфере. Авторы определили, что парниковые газы, без учёта CO₂, сыграли важную роль в замедлении глобального потепления в 1998–2012 гг.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01723-x

Увеличение антропогенных выбросов CO₂ в атмосферу частично поглощается Мировым океаном посредством обмена CO₂ между воздухом и морем и его последующего перемещения на глубину, обычно называемого глобальным стоком углерода в океане. Количественная оценка этого стока углерода в океане является ключевым компонентом для «закрытия» глобального бюджета углерода, используемого для информирования и руководства политическими решениями. Эти оценки обычно сопровождаются бюджетом неопределённости, созданным путём выбора того, что воспринимается как критические компоненты неопределённости на основе выборочного экспериментирования. Однако растёт понимание того, что эти бюджеты неполны и могут быть недооценены, что ограничивает их силу как ограничения в глобальных бюджетах. Авторы представляют методологию количественной оценки пространственно и со временем изменяющихся неопределённостей в расчётах потока CO₂ «воздух-море» для оценок на основе продукта fCO₂, которая позволяет провести исчерпывающую оценку всех известных источников неопределённостей, включая масштабы декорреляции между сеточными измерениями, а подход следует стандартным методологиям распространения неопределённости. Полученные стандартные неопределённости выше, чем в ранее предложенных бюджетах, но вклады компонентов в значительной степени согласуются с предыдущей работой. Неопределённости, представленные в этом исследовании, определяют, как значимость и важность ключевых компонентов изменяются в пространстве и времени. Для образцового метода (метод UExP- FNN-U) работа определяет, что в настоящее время годовой сток углерода в океане можно оценить с точностью ±0,70 Пг С год⁻¹ (неопределённость 1σ). Поскольку этот метод был построен на устоявшихся распространении неопределённости и подходах, представляется, что он применим ко всем оценкам продукта fCO₂ стока углерода в океане.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008188