Этот обзор направлен на улучшение понимания важнейших концепций уязвимости, адаптации и устойчивости в контексте глобальных экологических проблем, с особым акцентом на изменении климата. Изменение климата характеризуется повышением глобальной температуры и увеличением числа экстремальных погодных явлений, поэтому понимание и рассмотрение этих концепций имеют решающее значение для эффективных стратегий адаптации. Несмотря на широкое признание взаимосвязи уязвимости, адаптации и устойчивости, остаётся пробел во всестороннем понимании того, как эти концепции взаимосвязаны. Обобщая существующую литературу, авторы в этом обзоре подробно рассматривают их определения и взаимосвязь между уязвимостью, адаптацией, устойчивостью и стихийными бедствиями, связанными с климатом. Кроме того, в нём исследуется влияние изменения климата на будущие усилия по снижению риска бедствий путём анализа связи между адаптацией к изменению климата и снижением риска бедствий. Ключевые выводы подчёркивают необходимость включения социальных, институциональных, экономических и экологических факторов в планирование адаптации и призывают к инновационным подходам для повышения адаптационного потенциала и устойчивости. Этот обзор не только расширяет дискуссию в области исследований, политики и практики в этой жизненно важной области, но также предлагает стратегические идеи для развития более устойчивых и адаптивных обществ среди проблем, связанных с изменением климата.

 

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/4/474

 

Быстрое потепление в высоких широтах, особенно в Сибири, привело в последние годы к крупным лесным пожарам, вызывающим обширные шлейфы дыма. В результате этих пожаров происходит существенное ухудшение качества воздуха в регионе летом, при этом концентрация мелких твёрдых частиц (PM_2,5) летом в некоторых частях Сибири увеличилась в четыре раза в течение 1998–2020 гг. Воздействие PM_2,5 связано с повышенным риском смертности от сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, а срок жизни PM_2,5 в атмосфере таков, что его можно эффективно транспортировать между регионами и странами. Авторы использовали модель системы Земли для количественной оценки доли PM_2,5, относимой на счёт лесных пожаров в высоких широтах, происходящих в государствах-членах Арктического совета, и оценили соответствующее воздействие на здоровье на местном уровне и в соседних странах. В течение 2001–2020 гг. авторы в среднем ежегодно приписывают ~21 000 дополнительных смертей таким лесным пожарам, из которых ~8000 происходят в странах, не входящих в Арктический совет. Этот анализ показывает, что воздействие лесных пожаров в Арктике на здоровье населения снизилось в 2001–2020 гг., несмотря на увеличение выбросов PM_2,5, образующихся в результате лесных пожаров. Это, по мнению авторов, связано со сдвигом к северу средней широты сибирских лесных пожаров, что снижает их воздействие на более плотно населённые регионы.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01361-3

 

Было показано, что Южный океан, хотя и относительно недостаточно изучен из-за его суровой окружающей среды и географической изоляции, вносит существенный вклад в процессы, управляющие глобальным углеродным циклом. Например, фотосинтез фитопланктона преобразует углекислый газ в новые частицы и растворённый органический углерод. Масштабы этих преобразований зависят от уникальных океанографических и биогеохимических свойств Южного океана. В этом обзоре авторы синтезируют наблюдения за биологически опосредованными потоками углерода, полученные на основе расширенной сети наблюдений, предоставляемой дистанционным зондированием и автономными платформами. Эти наблюдения выявляют закономерности в величине суммарной первичной продукции, включая подлёдное цветение и подводные максимумы хлорофилла. Также можно рассчитать годовые оценки планктонного вклада в углеродный цикл Южного океана в масштабах бассейна, указывающие на то, что экспорт биогенных частиц и растворённого органического углерода на глубину составляет 20–30% (около 3 Гт/год) глобального экспортного потока. Этот поток частично компенсирует выделение углекислого газа вследствие апвеллинга, в результате чего Южный океан поглощает 0,4–0,7 Гт С/год. Этот экспортный поток удивительно велик, учитывая, что фитопланктон ограничен по железу и имеет низкую продуктивность более чем в 80% Южного океана. Решение таких загадок потребует развития четырёхмерных региональных наблюдений и использования методов ассимиляции данных и машинного обучения для интеграции наборов данных.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-024-00531-3

 

Серия тестовых примеров, призванных подтвердить точность моделей океана, может помочь улучшить наше понимание крупномасштабных климатических процессов.

Модель прогнозирования в масштабах океана (MPAS-Ocean) выявляет океанские течения и водовороты.

Модели глобального климата, такие как энергетическая экзамасштабная модель системы Земли, разработанная Министерством энергетики США, основаны на многих основных уравнениях, которые имитируют естественные процессы на Земле. К ним относятся круговорот воды, поглощение углекислого газа сушей и водой, а также скорость таяния льда. Проверка и подтверждение этих уравнений имеют решающее значение для повышения доверия к климатическим моделям. Хотя некоторое расхождение между предсказаниями модели и фактическими наблюдениями неизбежно, цель состоит в том, чтобы конкретные конфигурации модели сходились к правильному решению со скоростью, ожидаемой учёными. 

Непрерывные математические модели должны пройти процесс, называемый дискретизацией, преобразующий их в формы, которые могут быть численно решены компьютерами. Тестовые примеры могут помочь в общей проверке модели путём извлечения подмножеств дискретизированных уравнений и проверки каждого члена. Измерение скорости, с которой численные решения этих тестовых случаев сходятся к точным решениям (то есть ошибки приближаются к нулю), является золотым стандартным методом проверки модели. Скорость сходимости, соответствующая теоретическим ожиданиям, является лучшей гарантией того, что дискретизированные уравнения закодированы правильно. 

Для повышения эффективности вычислений модели океана обычно разделяют свои основные уравнения на трёхмерную бароклинную составляющую, которая описывает медленные внутренние гравитационные волны и океанские течения, и двумерную баротропную составляющую, которая моделирует быстрые поверхностные гравитационные волны. Баротропная составляющая принимает форму уравнений мелкой воды. Бишну и др. (Bishnu et al.) представили коллекцию тестовых примеров, посвящённых этим уравнениям. 

Для разработки тестовых примеров исследователи воспользовались своим опытом создания модели прогнозирования в масштабах океана (MPAS-Ocean), которая используется для моделирования активности океана и изучения того, как на неё влияет антропогенное изменение климата. Авторы отмечают, что их тестовые примеры предназначены для проверки точности модели (чтобы убедиться, что уравнения дискретизированной модели реализованы правильно), а не для проверки результатов (чтобы убедиться, что предсказания модели соответствуют реальным наблюдениям). 

Исследователи рассмотрели теоретические основы уравнений мелкой воды наряду с методами дискретизации, предложили обзор тестовых примеров для обеспечения воспроизводимости и продемонстрировали, что скорость сходимости соответствует ожидаемым прогнозам. 

Эти тестовые примеры позволят другим исследователям оценить компоненты своих моделей без необходимости использования чрезмерных вычислительных мощностей, пишут авторы. Кроме того, тестовые примеры могут быть полезны для решения более широких задач гидродинамики и служить учебными пособиями для изучения и разработки моделей океана. (Journal of Advances in Modeling Earth Systems, https://doi.org/10.1029/2022MS003545, 2024)

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/verifying-the-mathematics-behind-ocean-modeling

Распределённая гидрологическая модель WRF-Hydro может работать в полностью связанном режиме с атмосферной моделью WRF. При их сочетании WRF-Hydro расширяет возможности моделирования наземных гидрологических процессов за счёт рассмотрения боковых поверхностных и подземных потоков воды. Цели этого исследования: (а) изучить влияние WRF-Hydro на поверхностную энергию и водный баланс в полностью связанных расчётах WRF/WRF-Hydro и (б) изучить влияние пяти физических параметризаций WRF на гидропоток в WRF-Hydro. Район исследования — средиземноморский остров Кипр и 31 горный водораздел. В течение одного модельного года средняя по домену влажность почвы была на 20% выше в объединённой модели WRF/WRF-Hydro по сравнению с автономной моделью WRF. Более высокая влажность почвы может объяснить увеличение скрытого тепла (36%) и эвапотранспирации (33%). Увеличение этих потоков было меньше при изменении параметризации модели транспирации для представления ночной транспирации и использовании данных дистанционного зондирования индекса площади листьев. Смоделированные осадки в совместной модели увеличились до 3% по сравнению с WRF. Двухлетнее моделирование WRF-Hydro дало медианную эффективность Нэша-Сатклиффа для суточного стока 31 водораздела, равную 0,5 для наблюдаемого воздействия осадков и от -1,9 до 0,2 для воздействия пяти параметризаций WRF. Это исследование показало, что расширение автономной модели WRF с процессами бокового потока воды в совместном режиме с WRF-Hydro изменяет земной энергетический и водный баланс. Улучшенное представление наземных процессов следует рассмотреть для будущих исследований гидрологического цикла с помощью WRF.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040335

 

В условиях глобального потепления наступающие одновременно засухи и волны тепла (compound drought and heatwave, CDH) становятся всё более частыми и серьёзными, оказывая негативное воздействие на сельское хозяйство, экологию и общество. Авторы количественно оценили изменения событий CDH различной величины (серьёзности) по всему Китаю при порогах глобального потепления 1,5°C, 2 °C и 3°C на основе 12 модельных расчётов в рамках проекта CMIP6. Результаты показали, что лёгкие, умеренные, тяжёлые и экстремальные явления CDH могут значительно усилиться при переходе глобального потепления с 1,5°C до 3,0°C. Частоты и масштабы событий CDH в период потепления на 3°C на 323,7% и 130,2% выше, чем в период потепления на 1,5°C. Территория, затронутая явлениями CDH, расширилась: её прирост в период потепления на 3°C почти в три раза больше, чем в период потепления на 1,5°C. Более того, первое событие CDH начнётся раньше в году, а последнее состоится позже. Такая закономерность более раннего или позднего начала наиболее заметна при повышении температуры, особенно в северо-западных частях Китая, где первое или последнее событие CDH произойдёт на два месяца раньше или позже в период потепления на 3°C по сравнению с историческим периодом. Результаты подчёркивают возможные последствия глобального потепления на разных уровнях для событий CDH в Китае и безотлагательность принятия эффективных мер для смягчения последствий.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07215-0

 

Известно, что температура приземного воздуха в городах часто выше, чем в сельской местности, и это явление теперь называется эффектом городского острова тепла. Однако вопрос о том, являются ли повышенные температуры в городах более устойчивыми, чем температуры в сельской местности, в соизмеримые с волнами тепла сроки, не был изучен, несмотря на его важность для здоровья человека. Сочетая расчёты с помощью глобальной климатической модели с теорией баланса поверхностной энергии, авторы показали, что в городах, где преобладают непроницаемые материалы с большой тепловой инерцией, городские приземные температуры значительно более устойчивы, чем их сельские аналоги. Дальнейшее использование этих материалов приведёт к ещё большей устойчивости городских температур, особенно в расположенных в тропиках городах. Эти результаты помогают определить стратегии смягчения последствий, которые могут одновременно улучшить масштабы и устойчивость городских температур.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj7398

 

10 апреля 2024 г. состоялась встреча Председателя Правительства Российской Федерации Михаила Мишустина с президентом Российской академии наук Геннадием Красниковым
Обсуждались, в частности, результаты работы Академии в 2023 году, вопросы научно-методического руководства деятельностью институтов РАН, а также развитие российской науки в контексте достижения национальных целей развития.

Из стенограммы:

М.Мишустин: Уважаемый Геннадий Яковлевич!

Прежде всего хочу ещё раз поздравить Российскую академию наук с 300-летним юбилеем. Проделана огромная работа за эти столетия – нашими учёными, лучшими умами России, создан прочный задел для наших технологических школ, научных школ, которые дают свои результаты и помогают стране развиваться.

Когда Президент встречался с членами РАН, он сказал, что Академия наук должна стать штабом развития отечественной науки.

Перед нашей страной стоят задачи укрепления технологического, экономического суверенитета, развития практически по всем отраслям, которые невозможно решить без участия наших учёных.

На предыдущей встрече мы с Вами подробно говорили о роли Российской академии наук. Сейчас хотел бы услышать, как Вы оцениваете результаты 2023 года.

Г.Красников: Хотел бы отметить, Михаил Владимирович, что, конечно, на общем собрании в мае мы будем подводить итоги работы. И будем определять лучшие результаты, которые направим в Правительство. Их достаточно много. По 5 работ от 17 наших отделений.

Сегодня хотел бы остановиться на научно-организационных работах: что нам удалось сделать, куда мы продвинулись.

Конечно, главная задача – это научно-методическое руководство.

Какие, мы считаем, важные работы?

Во‑первых, было постановление Правительства в марте прошлого года, по которому Курчатовский институт перешёл к нам под научно-методическое руководство. Это очень важно.

Сейчас у нас находится на рассмотрении заявка НИЦ «Жуковский», который хочет также перейти под наше научно-методическое руководство.

Очень важно, что мы договорились с Минобрнауки отменить категорийность по институтам, которые находятся под научно-методическим руководством Академии наук.

Ещё очень важный вопрос для нас. Мы запустили большие программы, они называются «крупные научные проекты», с 2024 по 2026 год. По 100 млн на каждую работу в год. Там формируются новые цепочки – университетов, научно-исследовательских работ институтов и высокотехнологичных компаний.

Мы много продвинулись по экспертной деятельности – в полтора раза экспертизу увеличили.

Ещё мы провели очень большую работу по нашим научным советам. У нас их сегодня 45 при президиуме, 105 – при отделениях. И они очень важны, потому что там работают не только члены нашей академии, но и представлен фактически весь ландшафт научный. Это и представители вузовской науки отраслевой, высокотехнологичных компаний. И там мы большие задачи решаем.

Очень важная задача, которая перед нами сейчас поставлена, – Вы тоже отметили – это востребованность научных результатов. Если раньше был KPI – публикационная активность, то мы сейчас ввели востребованность научных результатов. То есть мы формируем базы данных с ведомствами, с высокотехнологичными компаниями, определяем госзадание.

По международной деятельности. Сегодня у нас более 400 иностранных членов из 55 стран. Мы входим в 42 научные международные организации. И с 21 зарубежной академией наук мы ведём большие работы. Хотел бы отметить также, что у нас есть практика, когда к нам на общее собрание академии приезжают иностранцы, делают доклады.

Очень важный вопрос – это шестая подпрограмма. Мы её за 20 лет в первый раз запустили.

М.Мишустин: Оборонная?

Г.Красников: Оборонная, да. С 2023 года она работает. Считаем, это очень важно для страны.

Мы создали Санкт-Петербургское отделение, Вы знаете. Вышло распоряжение Правительства, и у нас появилось новое региональное отделение.

Мы начали работать с новыми территориями. Создали ассоциацию южных регионов, куда включили не только Крым, но и все наши новые территории – Донецк, Луганск, Запорожье, Херсон. Важно, что здесь уже есть опыт взаимодействия, то есть Крым делится своим опытом работы, когда он входил в состав Российской Федерации.

Научные кадры. У нас есть школы РАН. Мы начали сейчас активно развивать агроклассы, потому что в сельхознауках была большая потеря научных кадров.

Издательство «Наука» реанимируем. Вышло постановление, согласно которому оно становится единственным поставщиком услуг, для того чтобы мы без конкурсов сделали ставку на издательство «Наука». Это очень важно, потому что у нас 170 журналов, и это неотъемлемая часть научной деятельности.

И 300 лет, празднование. Дата эта, конечно, не только наша. 42-я ассамблея ЮНЕСКО включила эту дату международный календарь событий.

М.Мишустин: Очень важно, чтобы все фундаментальные исследования, прикладные разработки соответствовали духу времени, чтобы они были связаны с задачами, которые сегодня перед нами стоят, с национальными целями развития, с технологическим, экономическим, финансовым суверенитетом.

Всё это совокупно должно быть востребовано крупными предприятиями. Именно так можно возродить и развивать лучшие традиции, на сегодняшнем непростом рынке инноваций, технологий.

Именно это заложит дальнейшую технологическую независимость в решении задач по критическим областям. Это подчеркнул недавно Президент на Совете по науке и образованию.

И вы как раз тогда говорили о стратегии научно-технического развития страны с учётом актуальных вызовов.

Как в целом будет в будущем выстроен ландшафт российской науки? Как организуете планирование, в том числе научно-исследовательских и конструкторских работ? Мы пытаемся сейчас, исходя из бюджетных возможностей, инвестировать всё больше и больше в НИОКР, научно-исследовательские и конструкторские работы. Практически по всем отраслям экономики. И конечно, нужна отдача в виде качественных решений.

Хотел бы, чтобы Вы об этом сказали.

Г.Красников: Михаил Владимирович, это сегодня важная задача для нас. Я приготовил ещё одну презентацию – по научно-методическому руководству нашими институтами и как мы планируем определять правильно тематику. Потому что времена изменились, и, я уже говорил, если раньше оценивалась публикационная активность KPI, то, конечно, сегодня мы пытаемся добиться востребованности всех наших научных работ, для того чтобы они подхватывались нашей высокотехнологичной промышленностью.

Я здесь представил, как раньше было: Минобрнауки определяло лимиты, мы формировали форсайты, так называемые направления, в которых надо вести исследования. Институты на основе этих форсайтов и своих лимитов формировали задания себе. Эти задания приходили к нам экспертизу, и потом отчёт. Но когда мы проанализировали в целом, то увидели: сформировано 6 тыс. заданий, из них 2,2 тыс. – важные и 3,8 тыс. – тоже важные, но не первый приоритет.

В результате получается такая картина, что у нас институты выбирали из важнейших только половину, а из не самых важных, скажем, первой категории – всего одну треть. И получается, что всего выбирали одну треть, а две трети не были в центре внимания.

Когда мы дальше проанализировали, увидели, что на какую‑то одну тему, на одно направление – приходится 52 института, 49 институтов… Такая система, свойственная тому времени, была ещё три года назад. Тогда, может, она и подходила – больше статей, темы актуальные, – но мы не закрывали всё направление деятельности. Во‑первых, это плохо, потому что есть случайности, благодаря которым порой великие достижения делаются. Мы тогда по двум третям даже не могли специальность найти. Во‑вторых, названия институтов не стали соответствовать тематике.

Поэтому наше предложение следующее. Мы, там, где, к примеру, по 50 тем, по 50, 30 институтов, делаем рейтинг, выбираем пять лучших, а остальным, которые не входят в пятёрку-шестёрку лучших, рекомендуем заняться другой тематикой. Таким образом наше тематическое отделение будет предлагать им более глубокое планирование, чтобы они были востребованы, соответствовали тематикам и названию института, и чтобы они в дальнейшем подхватывались другими.

Считаем, что это позволит более эффективно использовать бюджетные деньги, которые выделяются на науку.

М.Мишустин: Вы обозначили широкий круг вопросов, по которым, конечно, необходимо вместе двигаться. И здесь мы, Правительство, федеральные органы исполнительной власти, учреждения, которые занимаются наукой, должны сообща, рука об руку, под руководством нашего Президента думать о том, как выстроить этот процесс наиболее эффективно.

Очень важно, чтобы инвестиции в научно-исследовательские и конструкторские работы увеличивались. Чтобы мы приоритизировали те научные направления, которые дадут максимальный эффект как для технологического развития, суверенитета нашего, так и для повышения доходов во все уровни бюджета. И чтобы они строились на конкурентных решениях, для того чтобы мы могли в мире конкурировать по целому ряду отраслей науки и техники.

Хотел бы пожелать Вам, в Вашем лице всему составу Академии наук, нашим учёным, аспирантам, студентам – это тоже молодые учёные – удачи. И с праздником ещё раз, с юбилеем академии.

 

Ссылка: http://government.ru/news/51295/

 

Доказано, что сочетание засушливых и жарких экстремальных условий является наиболее разрушительным климатическим стрессором для пшеницы, что имеет серьёзные последствия для продовольственной безопасности, поэтому крайне важно систематически выявлять их изменения в условиях неослабевающего глобального потепления. В этом исследовании авторы всесторонне изучают глобальные изменения в числе сложных засушливых и жарких дней (compound dry and hot days, CDHD) в динамические вегетационные сезоны пшеницы в течение 2015–2100 гг. в рамках четырёх социально-экономических сценариев (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 и SSP5-8.5) на основе последних моделей Проекта CMIP6 с пространственной детализацией (даунскейлингом). Полученные результаты демонстрируют заметное увеличение частоты и суровости CDHD во всём мире при всех SSP, такое увеличение более резкое в Южной Азии в период вегетации озимой пшеницы и в южной Канаде, Северной Америке, Украине, Турции и северном Казахстане в весенний период выращивания яровой пшеницы. Индия и Америка, входящие в десятку крупнейших производителей пшеницы, пострадают от гораздо более пагубного CDHD в вегетационный период пшеницы. Принятие сценария с низким воздействием позволит снизить риски CDHD на 93,3% площадей под пшеницей. Положительная зависимость между засухами и жарой в период вегетации пшеницы обнаружена более чем на 74,2% площадей под пшеницей, что будет эффективно способствовать частоте и суровости CDHD. Глобальное потепление будет доминировать в увеличении CDHD напрямую за счёт увеличения числа жарких дней и косвенно за счёт увеличения потенциальной эвапотранспирации, тем самым усугубляя засухи. Это исследование помогает оптимизировать стратегии адаптации для смягчения рисков CDHD для производства пшеницы, а также предоставляет новые идеи и парадигму анализа для изучения будущих изменений в сложных экстремальных явлениях, возникающих в течение динамичных вегетационных сезонов сельскохозяйственных культур.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03718-1

 

Наблюдаемое разделение переноса тепла в направлении полюса между атмосферным и океаническим переносом тепла (АПТ и ОПТ) сравнивается с таковым в климатических моделях. Среднее значение модельного ансамбля OПТ в направлении к полюсу имеет низкое смещение в обоих полушариях, с наибольшими отклонениями во внетропических районах южного полушария. В северном полушарии АПТ смещён в сторону полюса, особенно в районе пика АПТ около 40° с.ш. Значительные погрешности сохраняются в трёх поколениях моделей (CMIP3, CMIP5, CMIP6) и нечувствительны к спутниковому излучению и результатам реанализа атмосферы, используемым для получения наблюдательных оценок АПТ и ОПТ. Модельные погрешности в распределении теплопереноса согласуются с погрешностями в пространственной структуре поступления энергии в океан и атмосферу. В частности, большее, чем наблюдалось в моделях, испарение в тропиках добавляет избыточную энергию в атмосферу, что приводит к усилению АПТ в направлении к полюсу за счёт более слабого ОПТ.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106639