Усиление потепления, вызванного удвоением выбросов углекислого газа (чувствительность климата), в последних расчётах климатических моделей в первую очередь объясняется большей обратной связью с внетропическими облаками. Считается, что это частично обусловлено большим соотношением переохлажденных облаков жидкой фазы ко всем облакам, называемым соотношением жидкой фазы. Авторы используют метод инструментального моделирования, чтобы показать, что это соотношение увеличилось в последних версиях климатических моделей и скорее переоценено, чем занижено, как считалось ранее. В анализе нескольких моделей большее соотношение соответствует более сильной отрицательной облачной обратной связи, в отличие от исследований, основанных на одной модели. Авторы объясняют этот неожиданный результат обратной связью облаков, включающей переход от переохлаждённых облаков к тёплым по мере потепления климата, что соответствует большему количеству облаков и их оптической глубине и ослабляет обратную связь с внетропическими облаками. Лучшее ограничение этого соотношения в климатических моделях – и, следовательно, эта обратная связь от переохлажденных облаков – влияет на чувствительность климата на величину до 1°C и уменьшает разброс между модельными результатами.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01339-1

Точная структурная информация о лесах, включая высоту и диаметр кроны, имеет решающее значение для количественной оценки объёма деревьев, биомассы и запасов углерода, обеспечивая эффективное управление лесными экосистемами, особенно в ответ на изменение условий окружающей среды. С конца 2018 года миссия НАСА по исследованию динамики глобальной экосистемы (GEDI) отслеживает глобальную структуру полога с помощью спутникового прибора обнаружения света и определения дальности (LiDAR). Хотя GEDI собрала миллиарды снимков LiDAR в почти глобальном диапазоне (от 51,6° с.ш. до >51,6° ю.ш.), их пространственное распределение остаётся рассредоточенным, что создаёт проблемы для достижения полного покрытия лесов. В этом исследовании предлагается и оценивается подход, генерирующий карты высот кроны высокого разрешения путём интеграции данных GEDI с Sentinel-1, Sentinel-2 и топографическими вспомогательными данными с помощью трёх алгоритмов машинного обучения: случайные леса (random forests, RF), повышение градиентного дерева (gradient tree boost, GB) и деревья классификации и регрессии (classification and regression trees, CART). Для достижения этой цели использованы второстепенные цели, включающие следующее: (1) оценить производительность этих трёх алгоритмов, RF, GB и CART, при прогнозировании высоты полога, (2) оценить эффективность полученных карт высот полога, используя их эталонную высоту из моделей высоты полога и (3) сравнить эти карты с двумя другими существующими картами высоты полога. RF и GB оказались наиболее эффективными алгоритмами, достигнув лучших значений среднеквадратической ошибки 13,32% и 16% для широколиственных и хвойных лесов соответственно. Проверка предложенного подхода показала, что 100-й и 98-й процентили, за которыми следует среднее значение 75-го, 90-го, 95-го и 100-го процентилей, являются наиболее точными показателями GEDI для прогнозирования реальной высоты кроны. Сравнение прогнозируемых и эталонных моделей высоты полога продемонстрировало точные прогнозы для хвойных насаждений (R² = 0,45, среднеквадратическая ошибка = 29,16%).

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/7/1281

Согласно прогнозам, в условиях глобального потепления северный регион многолетней мерзлоты превратится из суммарного поглотителя в суммарный источник углерода. Однако оценки современного суммарного баланса парниковых газов и бюджетов региона многолетней мерзлоты остаются весьма неопределёнными. Авторы создали в рамках подхода «снизу вверх» первые комплексные бюджеты CO₂, CH₄ и N₂O в наземном регионе многолетней мерзлоты, используя базы данных с более чем 1000 измерениями потоков in situ и подходом масштабирования потоков экосистем на основе земного покрова на период 2000–2020 гг. По оценкам, регион многолетней мерзлоты выбрасывал в атмосферу среднегодовой поток 12 (-606; 661) Тг CO₂–C/год, 38 (22; 53) Тг CH₄–C/год и 0,67 (0,07; 1,3) Тг N₂O–N/год в атмосферу на протяжении всего периода. Таким образом, этот регион был суммарным источником CH₄ и N₂O, в то время как баланс CO₂ был близким к нейтральному с учётом его больших неопределённостей. В ненарушенных наземных экосистемах сток CO₂ составлял -340 (-836; 156) Тг CO₂–C/год. Вертикальные выбросы от пожаров и внутренних вод в значительной степени компенсируют сток в растительных экосистемах. При включении латеральных потоков для полного баланса парниковых газов регион многолетней мерзлоты был суммарным источником C и N, высвобождая 144 (-506; 826) Тг C/год и 3 (2; 5) Тг N/год. Большие диапазоны неопределённостей в этих оценках указывают на необходимость дальнейшего расширения сетей мониторинга, продолжения усилий по синтезу данных и лучшей интеграции полевых наблюдений, данных дистанционного зондирования и моделей экосистем для ограничения современных суммарных балансов парниковых газов в регионе многолетней мерзлоты и отслеживания их будущих изменений.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GB007953

Энергетический дисбаланс Земли — это суммарный поток излучения в верхних слоях атмосферы. Моделирование климата показывает, что наблюдаемая тенденция положительного дисбаланса в предыдущие два десятилетия не может быть объяснена только с внутренней изменчивостью и вызвана антропогенным воздействием и, как следствие, реакцией климатической системы. Авторы исследуют антропогенный вклад в тенденцию дисбаланса, используя климатические модели, основанные на наблюдаемых температурах поверхности моря. Обнаружено, что эффективное радиационное воздействие, вызванное сокращением антропогенных выбросов аэрозолей, привело к усилению тенденции дисбаланса 2001–2019 гг. на 0,2 ± 0,1 Вт м^-2 за десятилетие. Мультимодельный ансамбль воспроизводит наблюдаемую тенденцию дисбаланса 0,47 ± 0,17 Вт м^-2 за десятилетие, но с занижением на 10-40%. Поскольку большинство будущих сценариев показывают дальнейшее быстрое сокращение выбросов аэрозолей благодаря законодательству о качестве воздуха, такое сокращение выбросов может продолжать усиливать энергетический дисбаланс Земли, помимо выбросов парниковых газов. Следовательно, можно ожидать ускоренного повышения температуры поверхности в этом десятилетии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01324-8

Поскольку метан является вторым по распространённости парниковым газом, сокращение его выбросов потенциально может замедлить темпы глобального потепления. Спутниковое дистанционное зондирование - важный инструмент мониторинга, поэтому авторы рассматривают разработки в области спутникового обнаружения метана. В этой статье представлен обзор различных типов спутников, включая различные параметры приборов, и описаны различные типы алгоритмов спутникового поиска. Кроме того, представлен популярный в настоящее время метод количественного определения точечных источников метана. В существующих исследованиях спутники дистанционного зондирования метана разделены на две основные категории: картографы площадных потоков и устройства формирования изображений с точечными источниками. Составители карт зональных потоков в первую очередь концентрируются на оценке глобальных или крупномасштабных концентраций метана с дальнейшей подклассификацией на активные (например, MERLIN) и пассивные спутники дистанционного зондирования (например, TROPOMI, GOSAT), в зависимости от методологии дистанционного зондирования. Такие спутники в основном основаны на физических моделях и прокси-методе углекислого газа для извлечения метана. Сканеры точечных источников, напротив, могут обнаруживать шлейфы точечных источников метана, используя своё сверхвысокое пространственное разрешение. Подкатегории в этой классификации включают мультиспектральные формирователи изображений (например, Sentinel-2, Landsat-8) и гиперспектральные формирователи изображений (например, PRISMA, GF-5), в зависимости от различий в их спектральном разрешении. Картографы площадных потоков в основном отличаются использованием физических алгоритмов, тогда как в устройствах формирования изображений с точечными источниками преобладают методы, основанные на данных. Кроме того, выбросы метана можно точно определить количественно с помощью интегрированной модели увеличения массы. Наконец, представлен прогноз будущего развития спутников дистанционного зондирования метана с учётом нынешней ситуации. Целью данной статьи является предоставление базовой теоретической поддержки для последующих научных исследований.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/4/449

Чрезмерное содержание пыли угрожает здоровью людей и продовольственной безопасности, а также влияет на региональный и глобальный климат. Это исследование показывает устойчивое и значительное снижение пылевой нагрузки в Западной и Южной Азии за последние десятилетия и связывает долгосрочную тенденцию с изменениями циркуляции, вызванными арктическим усилением из-за антропогенного глобального потепления. Эти результаты повышают осведомленность о потенциальных проблемах, связанных с увеличением пылевой нагрузки в этом регионе на фоне глобальных усилий по достижению углеродной нейтральности, и, таким образом, подчёркивают важность местных наземных мер по борьбе с опустыниванием в сочетании с широкими стратегиями смягчения последствий изменения климата. 

Пылевая нагрузка в Западной и Южной Азии является серьёзной экологической проблемой из-за её негативного воздействия на качество воздуха, продовольственную безопасность, энергоснабжение и здоровье населения, а также на региональную и глобальную погоду и климат. Однако чёткое понимание её недавних изменений и прогнозов на будущее остаётся неясным. На основе нескольких высококачественных продуктов дистанционного зондирования обнаружена тенденция к постоянному снижению пылевой нагрузки в Западной и Южной Азии за последние два десятилетия. В отличие от предыдущих исследований, подчёркивающих роль местных изменений в землепользовании, авторы связывают региональное снижение содержания пыли с постоянной интенсификацией арктического усиления, вызванной антропогенным глобальным потеплением. Арктическое усиление приводит к аномальной атмосферной циркуляции в средних широтах, особенно к углублению жёлоба, простирающегося от Западной Сибири до Северо-Восточной Индии, что препятствует как выбросам пыли, так и их переносу вниз по течению. Расчёты больших ансамблей климатических моделей дополнительно подтверждают доминирующую роль парниковых газов в модуляции пылевой нагрузки над Западной и Южной Азией. Будущие прогнозы по различным сценариям выбросов предполагают потенциальные негативные последствия углеродной нейтральности, приводящие к увеличению пылевой нагрузки в регионе, и, таким образом, подчёркивают важность более решительных мер по борьбе с опустыниванием, таких как лесовосстановление и управление ирригацией.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2317444121

Волны тепла — это последовательные жаркие дни, оказывающие разрушительное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Эти события могут развиваться как в пространстве, так и во времени, характеризуя пространственно-временную непрерывную схему распространения, которая ещё не до конца понята. Авторы отслеживают смежные в пространстве и времени волны тепла как в наборах данных реанализа, так и в модельных расчётах, а также изучают закономерности их движения (т.е. расстояние, скорость и направление перемещения) на разных континентах и в разные периоды. В период с 1979 по 2020 гг. были выявлены существенные изменения в смежных волнах тепла, характеризующиеся большей продолжительностью, большим пространственным охватом и более медленным распространением. Эти изменения усилились с 1997 года, вероятно, они обусловлены ослаблением вихревой кинетической энергии, зонального ветра и антропогенным воздействием. Результаты показывают, что более продолжительные и медленно движущиеся смежные волны тепла окажут более разрушительное воздействие на здоровье человека и окружающую среду в будущем, если выбросы парниковых газов продолжат расти и не будут немедленно приняты эффективные меры. Эти результаты имеют важное значение для адаптации и смягчения последствий экстремальных волн тепла, связанных с глобальным воздействием.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl1598

Во всём мире прибрежные сообщества сталкиваются с опасностью наводнений, которая, по прогнозам, усугубится из-за изменения климата и повышения уровня моря. 100-летняя пойма или рекордное наводнение обычно используются для определения зон риска в целях планирования. В отдалённых населённых пунктах часто нет измеренных значений высоты паводка, и им требуются инновационные подходы для её оценки. В этом исследовании используются основанные на наблюдениях методы для оценки рекордной высоты паводка в общинах Аляски и сравниваются результаты с моделями высот, расположением инфраструктуры и прогнозами повышения уровня моря. В 46 проанализированных сообществах 22% сооружений расположены в пределах рекордной поймы. С учётом прогнозов повышения уровня моря эта оценка увеличивается до 30–37% построек к 2100 году, если постройки останутся в том же месте. Наибольшая подверженность наводнениям наблюдается на западе Аляски. Прогнозы повышения уровня моря предполагают, что к 2100 году на севере Аляски будут наблюдаться такие же уровни воздействия наводнений, которые в настоящее время наблюдаются на западе Аляски. Эту оценку рекордной высоты, категории и истории наводнения можно включить в документы по планированию рисков, предоставляя больше контекста для подверженности прибрежным наводнениям, чем это существовало ранее для Аляски. Этот базовый метод воздействия наводнений можно перенести на другие районы с аналогичными проблемами картографирования. Определение существующих и прогнозируемых опасных зон имеет важное значение для предотвращения непреднамеренного развития пойм и повышения долгосрочной безопасности.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-58270-w

Арктика примечательна как регион, где ожидается наибольший темп увеличения количества осадков, связанный с глобальным потеплением. Количество осадков в Арктике, воспроизведённое с помощью моделей Проекта CMIP6, продемонстрировало сильную тенденцию к увеличению с 1980-х годов. Авторы обнаружили, что вынуждающим фактором этой тенденции является сочетание продолжающегося усиления воздействия парниковых газов и выравнивания аэрозольного воздействия, преобладавшего в более ранние периоды. С энергетической точки зрения обнаружено, что усиление радиационного охлаждения атмосферы и уменьшение переноса явного тепла из более низких широт в равной степени способствовали недавнему увеличению количества осадков в Арктике. Комбинация этих двух энергетических факторов предполагает удвоение арктического коэффициента усиления осадков по сравнению с коэффициентом усиления температуры. Будущие осадки в Арктике будут меняться пропорционально изменению температуры, а фракционные вклады энергетических факторов останутся стабильными в различных сценариях.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL107467

Ледниковый щит Западной Антарктики быстро растаял около 8000 лет назад. Может ли это событие предсказать будущее?
Ледяные щиты, покрывающие Антарктиду, содержат запасы воды, способные поднять уровень моря на 57 метров — достаточно, чтобы вызвать наводнения в низменных прибрежных поселениях по всему миру.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, показало, что Западно-Антарктический ледниковый щит пережил период быстрого таяния около 8000 лет назад, и поставило под сомнение, может ли такой поворот событий в прошлом повториться в будущем.
Таяние Западно-Антарктического ледникового щита поднимет уровень моря примерно на 5 метров, сказал Эрик Вольф (Eric Wolff), климатолог из Кембриджского университета и соавтор исследования. По его словам, щит расположен на скале, которая находится ниже уровня моря, что делает его особенно уязвимым при потеплении океана. По мере повышения уровня моря вода может просачиваться под ледяной покров и разрушать его, заставляя отступать. Новое исследование показало, что это, вероятно, случалось раньше.

Добираемся до сути

Чтобы изучить ледниковые условия, исследователи бурят лёд и извлекают цилиндрические ледяные керны. Слои ледникового льда, выявленные кернами, образуются по мере уплотнения снега. Когда выпадает снег, воздушные карманы захватываются последующими порывами ветра, сохраняя атмосферу того времени, когда они были погребены, в почти первозданном состоянии.
Используя ледяные керны, «мы можем буквально анализировать атмосферу прошлого», — сказала Изобель Роуэлл (Isobel Rowell), научный сотрудник Британской антарктической службы и соавтор исследования.
В 2019 году учёные и инженеры потратили 45 дней на бурение 651 ледяного керна на ледяном подъёме Скайтрейн (Skytrain), большой насыпи льда на краю шельфового ледника Ронне, участка Западно-Антарктического ледникового щита, плавающего в море Уэдделла. Сам Скайтрейн расположен на каменном куполе, возвышающемся над остальным морским дном. Его лёд «никогда не был перекрыт льдом откуда-то ещё», сказал Вольф, поэтому собранные керны могут раскрыть подробную климатическую историю этого холмистого места.

Давление, Изотопы, Натрий

Исследователи хотели измерить, как высота Скайтрейна менялась с течением времени. Они сделали это, оценив давление, изотопы и натрий, заключённый в пузырьках в разных слоях льда.
По словам Вольфа, давление воздуха в пузырьках, запертых в кернах, является хорошим показателем как температуры, так и высоты над уровнем моря. «Более низкое давление часто может указывать на более низкие температуры и большую высоту — просто подумайте о более разреженном воздухе на ледяных вершинах гор», — сказал он.
Учёные также измерили изотопы воды в качестве индикаторов прошлых температур. Изотопы указывают температуру на момент выпадения снега, а во льду, датируемом 8000 лет назад, исследователи обнаружили аномалию. «Произошло то, что выглядело почти как «разрыв» изотопов воды — температура быстро выросла на несколько градусов за пару сотен лет», — сказал Вольф.
В то время не было значительного повышения температуры в других частях Антарктиды, поэтому исследователи пришли к выводу, что скачки изотопов и температуры в Скайтрейне были связаны с потерей высоты над уровнем моря.
Наконец, исследователи отметили содержание натрия в ледяных кернах. Натрий может поступать либо из открытого океана, либо с поверхности морского льда, оба из которых солёные. Изменение содержания натрия «как эффект первого порядка говорит нам о том, что океан приблизился к нам. В данном случае более высокая концентрация натрия свидетельствует о том, что край шельфового ледника отступил, и Скайтрейн оказался ближе к морю», — сказал Вольф.
Используя данные о давлении, изотопах и натрии, исследователи предположили, что к концу последнего ледникового периода более тёплая океанская вода, должно быть, текла под Западно-Антарктическим ледниковым щитом. Часть ледникового щита оторвалась от скалы внизу и всплыла на поверхность, образуя то, что сейчас является шельфовым ледником Ронне.
Район, где расположен Скайтрейн, больше не был ограничен заземлившим льдом, что привело к сокращению льда. Всего за 200 лет лёд на Скайтрейне истончился на 450 метров — примерно на высоту Эмпайр-стейт-билдинга. «Как только вы освободите лёд от грунта, он действительно очень быстро отступит», — сказал Вольф. 

Учимся у льда

Модели ледникового покрова предсказывают, что ледниковый щит Западной Антарктики может растаять в ближайшие несколько столетий, но всё ещё существует неопределённость относительно того, когда, где и как быстро произойдет таяние. Ледяные керны, подобные тем, которые были получены в новом исследовании, могут помочь сделать прогнозы модели более точными, давая представление о том, как вёл себя ледяной покров в предыдущие периоды потепления.
«Новая работа предоставляет действительно убедительные доказательства прошлых изменений в важной части ледникового покрова, включая процессы, которые, вероятно, будут важны в будущем», — сказал Ричард Элли (Richard Alley), геолог из Университета штата Пенсильвания.
«Мы уже давно знаем, что антарктические льды продвигались во время ледникового периода, часто почти до края континентального шельфа, и что по мере окончания ледникового периода потепление океана и повышение уровня моря вынудили его значительно отступить. Это [исследование] представляет собой прекрасную цель для тестирования и улучшения моделей».
По словам Роуэлл, понимание параметров того, как таял лёд в Антарктиде в прошлом, может помочь дать некоторый контекст тому, что может произойти в будущем — и что это может означать для повышения уровня моря. «Этот лёд должен куда-то деваться. Он уходит в океан, тает, и это вызывает повышение уровня моря. Мы не говорим, что произойдёт то же самое, но это помогает нам понять механизмы того, как всё изменилось в прошлом».

Ссылка: https://eos.org/articles/drilling-into-antarcticas-past