Засухи обычно считаются долговременной и медленно развивающейся климатической опасностью. Постоянное отсутствие осадков приводит к высыханию почвы и растительности, что сопровождается снижением уровня воды в реках и озёрах. Засухи могут нарастать и длиться годами на больших территориях, приводя к лавинообразному изменению последствий для людей и окружающей среды. Например, на Африканском Роге шесть дождливых сезонов подряд не идут дожди, что приводит к повсеместному отсутствию продовольственной безопасности и массовой миграции. И наоборот, засуха может возникнуть быстро, меняя условия с «нормальных» на проблематично засушливые в течение нескольких недель. Эти так называемые «внезапные засухи» сродни внезапным наводнениям в том смысле, что они возникают внезапно, без предупреждения. Следовательно, последствия могут быть серьёзными, поскольку остается мало времени, чтобы подготовиться к такой засухе или справиться с ней, пока не стало слишком поздно. Yuan et al. (см. ниже) представили прогноз глобального перехода к более частым внезапным засухам.

Science: Глобальный переход к внезапным засухам в условиях изменения климата

Внезапные засухи происходят часто во всём мире, и их быстрое начало затрудняет мониторинг и прогнозирование. Однако единого мнения о том, стали ли внезапные засухи новой нормой, нет, поскольку число «медленных» засух также может увеличиться. В этом исследовании показано, что темпы усиления засухи ускорились в субсезонных временных масштабах и что произошёл переход к более внезапным засухам в более чем 74% регионов мира, определённых в специальном отчёте Межправительственной группы экспертов по изменению климата об экстремальных явлениях за последние 64 года. Переход связан с усилением аномалий эвапотранспирации и дефицита осадков, вызванных антропогенным изменением климата. Прогнозируется, что в будущем этот переход распространится на большинство земельных участков с более значительным увеличением в сценариях с высоким уровнем выбросов. Эти данные подчёркивают настоятельную необходимость адаптации к быстро наступающей засухе в более тёплом будущем.

Ссылки: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3097

В данном исследовании анализируются турбулентные свойства и термодинамическая структура арктического пограничного слоя атмосферы (АПС) в зимний период и при переходе к весне. Эти процессы влияют на эволюцию и продолжительность жизни облаков, а также на баланс поверхностной радиационной энергии в Арктике. Для измерений авторы использовали инструментальную полезную нагрузку, перевозимую на привязном аэростате, наполненном гелием. Эта система была развёрнута в период с декабря 2019 года по май 2020 года во время годовой экспедиции Многопрофильной дрейфующей обсерватории для изучения арктического климата (MOSAiC). Были получены натурные измерения с высоким разрешением по вертикали профилей турбулентных параметров, достигающих высоты до нескольких сотен метров от поверхности морского льда. Были определены два типичных состояния арктического АПС: безоблачные ситуации с мелководным и стабильным АПС и облачные условия, поддерживающие смешанный АПС. Авторы использовали эти данные для оценки высоты поверхностного слоя смешения. С этой целью был введён метод группового числового критерия Ричардсона. Получив критическое общее число Ричардсона для зимнего времени в высоких широтах, авторы распространили анализ на данные радиозондов. Кроме того, они проверили применимость теории подобия Монина-Обухова для определения высоты поверхностного слоя смешения на основе измеренных поверхностных потоков.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-629/

Дымовые аэрозоли от крупных лесных пожаров являются идеальной поверхностью для гетерогенной реакции хлорных воздушных компонентов, ускоряя их превращение из озонобезопасных форм в реактивные.
С середины ХХ века человечество выбрасывало в атмосферу хлорфторуглероды (ХФУ). К 1980-ым годам ХФУ разрушили озоновый щит планеты, поставив под угрозу безопасность и здоровье людей на Земле. Ограничения и запреты по всему миру начали исправлять ущерб, но новые исследования показали, что всё более сильные лесные пожары могут тормозить этот прогресс.
Жидкие капли, содержащие дым от лесных пожаров, действуют как крошечные реакционные камеры для хлора в стратосфере, производя реактивные формы элемента, разлагающие озон в средних широтах, сообщают исследователи в журнале Nature.
Этот химический механизм «никогда раньше не наблюдался», — сказал соавтор исследования учёный-атмосферщик Кейн Стоун (Kane Stone) из Массачусетского технологического института. «Это совершенно новая химия, которую мы рассматриваем».
Ожидается, что крупные лесные пожары будут происходить чаще по мере того, как планета нагревается, поэтому новое открытие вызвало опасения, что усиливающиеся пожары могут затормозить восстановление стратосферного озонового слоя, защищающего поверхность Земли и её жителей от вредного ультрафиолетового излучения.

Запрещённые химические вещества

ХФУ, когда-то широко использовавшиеся в аэрозольных распылителях и хладагентах, представляют собой простые химические вещества, содержащие углерод, хлор и фтор. Когда эти химические вещества поднимаются в стратосферу, ультрафиолетовое излучение разрушает их, высвобождая хлор. Попадая в атмосферу, один атом хлора может разрушить более 100 000 молекул озона.
Атомы хлора перестают разрушать озон, как только они попадают в молекулу соляной кислоты или нитрита хлора. Эти два химических вещества обычно не реагируют с озоном. Но аэрозольные частицы облегчают химические реакции, которые превращают эти безопасные для озона формы хлора в более реактивные соединения. Они делают это, захватывая соляную кислоту и нитрат хлора из воздуха и помещая их рядом с другими химическими веществами, что ускоряет реакции. Это преобразование является проблемой в основном в стратосферных облаках над полюсами, которые полны жидких и ледяных аэрозолей, вносящих при столкновении с соляной кислотой и нитратом хлора существенный вклад в разрушение озона. Другие аэрозоли, такие как вулканический пепел, также могут вызывать проблемы.
По словам Стоуна, после катастрофического сезона лесных пожаров 2020 года в Австралии были наблюдения за действительно необычными химическими процессами, происходящими в стратосфере, включая рекордно низкие уровни содержания соляной кислоты и падение концентрации озона над южными средними широтами.
Стоун и его коллеги думали, что необычные наблюдения могут объясняться дымовыми аэрозолями лесных пожаров. В средних широтах обычно слишком тепло, чтобы соляная кислота и нитрат хлора могли попасть в воду или ледяные аэрозоли, поэтому они обычно не реагируют с образованием химических веществ, разрушающих озоновый слой. Но дым лесных пожаров полон аэрозольных жидкостей на основе углерода, таких как спирты и органические кислоты, способные поглощать соляную кислоту легче, чем вода, при более высоких температурах. Обеспечивая реакционную поверхность для химических веществ хлора, дым от лесных пожаров может способствовать разрушению озона.
Чтобы выяснить, способствуют ли эти органические вещества разрушению озонового слоя, учёные раскопали старые лабораторные измерения растворимости соляной кислоты в различных жидкостях на основе углерода, сделанные в основном в 1950-х и 1960-х годах. Они включили эти данные в компьютерное моделирование химического состава атмосферы после австралийских пожаров 2020 года и сравнили результаты с реальными измерениями. Учёт большей растворимости соляной кислоты в органических жидкостях в их моделировании дал «результаты, которые выглядят очень, очень близкими к тому, что мы наблюдали», — сказал Стоун.
Это открытие показало, что дым от австралийских пожаров истощил около 3–5% озонового слоя над южными средними широтами.
Только в течение последних 5-7 лет исследователи начали осознавать, что сильные шлейфы дыма от лесных пожаров вообще могут достигать стратосферы, сказал специалист по лидарам Альберт Ансманн (Albert Ansmann) из Института тропосферных исследований им. Лейбница в Германии, не участвовавший в новом исследовании.
Когда дело дошло до разрушения озонового слоя, «никто на самом деле не думал о лесных пожарах и дыме», — сказал он.

Застопоренное восстановление?

ХФУ постепенно исчезают с тех пор, как Организация Объединенных Наций единогласно приняла решение ограничить их использование после принятия Монреальского протокола в 1987 году. Озоновый слой должен вернуться к своему состоянию до 1980-х годов к середине 2060-х годов в Антарктиде, к 2045 году в Арктике, а к 2040 году где-либо ещё.
Но изменение климата может осложнить это восстановление, говорят Стоун и Ансманн. Ожидается, что во многих пожароопасных регионах, таких как бореальные леса, изменение климата приведёт к увеличению частоты и силы пожаров.
По словам Ансманна, пожары истощают озоновый слой не только в тех регионах, где они происходят, — дым от отдалённых пожаров может нанести ещё больший ущерб на полюсах, чем в средних широтах. Он и его коллеги связали крупные лесные пожары (и их взаимодействие с полярными стратосферными облаками) с истощением озонового слоя над Антарктидой на 10–30%.
Учёные всё ещё изучают, как ведёт себя дым в стратосфере и как он взаимодействует с озоном. По словам Стоуна, в будущем будет важно проверить, как восстановление озонового слоя будет реагировать на усиление лесных пожаров из-за изменения климата. Он добавил, что обновление старых исследований того, насколько хорошо хлорные соединения растворяются в органических жидкостях, также будет важно.
Возможно, неочевидная связь между лесными пожарами и истощением озонового слоя осложняет оценку того, что принесёт будущее, поскольку изменения климата «колеблются в сети множества обратных связей, управляющих миром природы».

Ссылка: https://eos.org/articles/wildfire-smoke-destroys-ozone

При глобальном потеплении поведение экстремальных осадков смещается в сторону нестационарности. Авторы анализируют годовые максимумы суточных осадков по всему миру, используя прогнозы проекта CMIP6 в рамках четырёх общих социально-экономических траекторий (SSP). Прогнозы были скорректированы с помощью полупараметрического квантильного картирования, нового метода, распространённого на экстремальные осадки. Этот анализ исследует 1) изменчивость будущих годовых максимумов суточных осадков в глобальном масштабе и 2) эффективность стационарных и нестационарных моделей при описании будущих годовых максимумов суточных осадков с тенденциями. Результаты показывают, что глобальное потепление потенциально усиливает годовые максимумы суточных осадков. При непараметрическом анализе уровень осадков за 33 года увеличивается до 33,2 мм по сравнению с историческим периодом. Параметрический анализ показывает, что период повторяемости 100-летних исторических событий уменьшится примерно до 50 и 70 лет в Северном и Южном полушариях, соответственно. Согласно сценарию с самым высоким уровнем выбросов, прогнозируемые 100-летние уровни, как ожидается, увеличатся на 7,5%–21% по сравнению с историческими. Использование стационарных моделей для оценки 100-летнего уровня для прогнозов годовых максимумов суточных осадков с трендами приводит к недооценке в среднем на 3,4%. Чтобы объяснить эту недооценку, проводятся обширные эксперименты методом Монте-Карло.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/36/9/JCLI-D-22-0467.1.xml

Использование воды тесно связано с социальными целями, которые являются как локальными, так и глобальными по своему масштабу, такими как устойчивое развитие и экономический рост. Поэтому очень важно, особенно для долгосрочного планирования, понять, как будущее секторальное водопользование может развиваться в глобальном масштабе при точном разрешении. Кроме того, на будущее водопользование могут сильно повлиять глобальные факторы, такие как социально-экономические и климатические изменения, а также создаваемые ими многосекторальные динамические взаимодействия. Авторы создали новый глобальный набор данных по ежемесячному секторальному водозабору и потреблению воды на координатной сетке с разрешением 0,5° за 2010–2100 гг. для 75 различных сценариев. Сценарии согласованы с пятью общими социально-экономическими путями (SSP) и четырьмя сценариями репрезентативных путей концентрации (RCP) для поддержки их использования в исследованиях, оценивающих последствия неопределённых изменений человеческого общества и земной системы на будущую глобальную и региональную динамику. Для получения данных авторы объединили модель анализа глобальных изменений (GCAM) с моделью пространственного масштабирования землепользования (Demeter), глобальной гидрологической структурой (Xanthos) и моделью масштабирования водозабора (Tethys).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02086-2

Вертикальные движения в океане играют центральную роль в таких необходимых для формирования климата Земли процессах, как поглощение CO2, отвод тепла или перенос загрязняющих веществ. В этой работе исследуются трёхмерные конвейерные маршруты, связанные с атлантической меридиональной термохалинной циркуляцией. Полученные результаты показывают геометрию перемешивания структур в верхних и глубоких слоях океана с помощью лагранжевых когерентных структур. Этот инструмент определяет, среди прочего, зоны, связанные с вертикальным переносом, и характеризует его временные масштабы. Авторы фокусируют исследование на двух регионах. Первый — это область Фламандского мыса, зоны взаимодействия основных компонентов атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, где анализ выделяет глубоководную область, в которой воды очень быстро поднимаются к поверхности океана. Второй — море Ирмингера, где проведённый анализ подтверждает существование нисходящей зоны и обнаруживает ранее не зарегистрированную «апвеллинговую» связь между очень глубокими водами и поверхностью океана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102244

Баристатическое повышение уровня моря, вызванное добавлением пресной воды в океан из-за таяния льда, в принципе может быть зарегистрировано по снижению солёности морской воды, но обнаружение этого сигнала затруднено из-за скудного охвата данными и небольших трендов по сравнению с естественной изменчивостью. Авторы разработали метод авторегрессионного машинного обучения для оценки изменений солёности в глобальном океане с 2001 по 2019 гг., снижающий неопределённость тенденций опреснения океана в четыре раза по сравнению с предыдущими оценками. Они обнаружили, что масса океана увеличилась на 13 000 ± 3 000 Гт с 2001 по 2019 гг., что подразумевает баристатическое повышение уровня моря на 2,0 ± 0,5 мм/год. В сочетании с повышением уровня моря на 1,3 ± 0,1 мм/год из-за теплового расширения океана это означает, что глобальный средний уровень моря повысился на 3,4 ± 0,6 мм/год с 2001 по 2019 гг. Эти результаты обеспечивают важную проверку измерений дистанционного зондирования изменений массы океана, глобальных повышения уровня моря и запаса льда.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL101004

Метод ковариационной декомпозиции применяется к месячному глобальному набору данных об осадках для разложения межгодовой изменчивости среднего сезонного временного ряда на непредсказуемую составляющую, связанную с «погодным шумом», и на потенциально предсказуемую составляющую, обусловленную медленно меняющимся граничным воздействием и низкочастотными внутренними динамическими факторами. Затем «потенциальная предсказуемость» определяется как доля общей межгодовой дисперсии, обусловленная последним компонентом. В тропических океанах (30° в.д. – 0° з.д., 30° ю.ш. – 30° с.ш.) есть консенсус в том, что Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК, с 4–8-летними циклами) является доминирующей движущей силой потенциально предсказуемой составляющей, в то время как колебание Мэддена-Джулиана (КМД, с циклами 30–90 дней) - доминирующий фактор непредсказуемого компонента. В этом исследовании консенсус проверяется с использованием индекса SST Nino3-4 и популярного индекса КМД. Подтверждено, что SST Nino3-4 действительно объясняет значительную часть потенциально предсказуемой составляющей, но индексом КМД объясняется лишь ограниченная изменчивость непредсказуемой составляющей. Это поднимает вопрос о том, является ли КМД доминирующим в изменчивости непредсказуемой составляющей осадков, или текущие индексы КМД плохо отражают изменчивость КМД.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/4/695

Антропогенное изменение климата представляет значительную угрозу как природным, так и социальным системам во всём мире. В этом исследовании авторы стремятся определить регионы, наиболее затронутые изменением климата, используя реанализ данных о приповерхностной суточной температуре воздуха за 73 года (1948–2020 гг.) Национальных центров экологического прогнозирования и Национального центра атмосферных исследований (NCEP-NCAR). Разработана новая структура климатической сети для выявления «горячих точек», регионов, демонстрирующих значительное воздействие или характеристики воздействия. В частности, используется степень узла, фундаментальная характеристика сети, чтобы оценить влияние каждого региона и проанализировать его тенденцию во времени с помощью теста Манна-Кендалла. Полученные результаты показывают, что большинство участков суши, испытывающих повышение температуры, более тесно связаны с другими регионами, в то время как океан демонстрирует противоположную тенденцию из-за ослабления океанической циркуляции. В частности, значительно снижается градус Эль-Ниньо в центральной части Тихого океана. Выделены три «горячие точки» в Восточной Азии, Южной Америке и Северной Африке, соответственно, с интенсивным увеличением полей степени сети. Кроме того, обнаружено, что «горячая точка» в Восточной Азии имеет связь с удалёнными регионами, такими как южная часть Тихого океана, Сибирь и Северная Америка, с более сильными связями в последние годы. Это обеспечивает новую перспективу для оценки планетарных последствий антропогенного глобального потепления. Используя новую структуру климатической сети, это исследование выделяет регионы, наиболее уязвимые к последствиям изменения климата, и подчёркивает важность понимания сетевых структур для оценки глобальных последствий антропогенного изменения климата.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/4/692

Леса обладают значительным потенциалом для смягчения последствий антропогенного изменения климата за счёт связывания углерода, а также приносят обществу существенные сопутствующие выгоды. Однако риски изменения климата могут серьёзно подорвать устойчивость лесных запасов углерода. Авторы проводят многометодный синтез потенциальных запасов надземного углерода сопредельных лесов США как на региональном уровне, так и на уровне видов путём объединения исторических данных, будущих прогнозов климата, обширных наборов данных о лесных инвентаризационных участках, машинного обучения / нишевых моделей и ансамблевых оценок механистической модели поверхности Земли. Обнаружены расходящиеся признаки и величины прогнозируемого будущего потенциала надземного хранения углерода в лесах при различных подходах, варьирующихся от среднего общего прироста в 6,7 Пг C до потери 0,9 Пг C в сценарии с умеренными выбросами. Район Великих озёр и северо-восток Соединённых Штатов демонстрировали устойчивые признаки увеличения выбросов углерода в зависимости от подходов и будущих сценариев. Значительные риски потерь углерода были обнаружены в регионах, где в настоящее время реализуются лесные проекты компенсации углерода. Эта многометодная оценка подчёркивает текущую поразительную неопределённость в оценках потенциала хранения углерода в лесах США и обеспечивает важнейшую основу для принятия решений по сохранению, восстановлению лесов, а также природно-климатических решений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01166-7