Засушливые земли оказывают сильное влияние на глобальную межгодовую изменчивость круговорота углерода и воды из-за их существенной неоднородности в пространстве и времени. Эта изменчивость экосистемных потоков затрудняет понимание их основных движущих сил. Авторы количественно оценивают чувствительность валовой первичной продуктивности засушливых земель и эвапотранспирации к различным гидрометеорологическим факторам путём синтеза данных вихревой ковариации, продуктов дистанционного зондирования и результатов моделей земной поверхности на западе Соединённых Штатов. Обнаружено, что валовая первичная продуктивность и суммарное испарение, полученные на основе вихревой ковариации, наиболее чувствительны к колебаниям влажности почвы, с меньшей чувствительностью к дефициту давления пара и практически без чувствительности к температуре воздуха или освещению. Также обнаружено, что данные дистанционного зондирования точно отражают чувствительность вихревых ковариационных потоков к влажности почвы, но в значительной степени преувеличивают чувствительность к атмосферным факторам. Напротив, модели земной поверхности недооценивают чувствительность валовой первичной продуктивности к колебаниям влажности почвы примерно на 45%. На фоне дебатов о роли увеличения дефицита давления пара в меняющемся климате авторы приходят к выводу, что влага почвы является основной движущей силой потоков углерода и воды в засушливых районах США. Таким образом, крайне важно как улучшить модельное представление ограничения почвенной воды, так и более реалистично представить, как атмосферные факторы влияют на растительность засушливых земель в продуктах потоков, полученных с помощью дистанционного зондирования.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01351-8

Арктическое потепление усиливает деградацию вечномёрзлых почв, но о пойменных почвах в регионе многолетней мерзлоты мало что известно. В этом исследовании количественно оцениваются запасы почвенного органического углерода (ПОУ) и почвенного азота, а также потенциальное производство CH₄ и CO₂ из семи кернов в активных поймах дельты реки Лена, Россия. Почвы были песчаными, но очень неоднородными и содержали глубокие, богатые органическими веществами отложения с >60% ПОУ, хранящимися на глубине ниже 30 см. Средние запасы ПОУ в верхнем однометровом слое составили 12,9 ± 6,0 кг С/м². Анализ размера зёрен и радиоуглеродный возраст указали на очень динамичную среду с переработкой отложений. Потенциальное производство CH₄ и CO₂ из активных пойм рек оценивалось с помощью однолетней инкубации при температуре 20°C в аэробных и анаэробных условиях. Совокупное производство аэробного CO₂ минерализовало в среднем 4,6 ± 2,8% исходного ПОУ. Среднее совокупное соотношение продукции аэробного и анаэробного углерода составляло 2,3 ± 0,9. Анаэробное производство CH₄ составляло 50 ± 9% анаэробной минерализации углерода; показатели были сопоставимы или превышали таковые для органических почв многолетней мерзлоты. Потенциальное производство углерода в результате инкубации коррелировало с общим содержанием органического углерода и сильно варьировалось в зависимости от пространства (среди кернов) и глубины (активный слой по сравнению с многолетней мерзлотой). Это исследование предоставляет ценную информацию о динамике углеродного цикла в активных поймах дельты реки Лена и подчёркивает ключевую пространственную изменчивость, как между участками, так и с глубиной, а также необходимость включения этих динамических условий многолетней мерзлоты в будущие оценки обратной связи между климатом и многолетней мерзлотой.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007590

Изменение климата усиливает пожарный режим по всей Сибири, что может изменить траектории сгорания углерода и его повторного накопления после пожара. В сибирских лиственничных лесах (виды Larix) существует мало полевых оценок серьёзности пожаров (например, сгорания углерода и смертности деревьев), что ограничивает возможности прогнозировать, как усиление режима пожаров повлияет на региональные и глобальные климатические обратные связи. Здесь представлены полевые оценки гибели деревьев от пожаров и потерь углерода в лиственничных лесах Восточной Сибири. Результаты показывают, что пожары в этом регионе приводят к высокой смертности деревьев (в среднем 83% и 76% в арктических и субарктических районах соответственно). Как в абсолютном, так и в относительном выражении надземные потери углерода после пожара в сибирских лиственничных лесах выше, чем в Северной Америке, но подземные потери углерода значительно ниже. Это предполагает фундаментальные различия в поведении лесных пожаров и динамике углерода между доминирующими типами растительности в бореальном биоме.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105216

Наблюдаемые тенденции влажности в засушливых регионах противоречат результатам климатических моделей. Ожидается, что содержание водяного пара в атмосфере увеличится с потеплением, поскольку более тёплая атмосфера может удерживать больше влаги. Однако за последние четыре десятилетия количество приповерхностного водяного пара в засушливых и полузасушливых регионах не увеличилось. Это противоречит всем расчётам климатических моделей, в которых он растёт со скоростью, близкой к теоретическим ожиданиям, даже в засушливых регионах. Это может указывать на серьёзное искажение в моделях процессов, связанных с гидроклиматом; модели увеличивают количество водяного пара, чтобы удовлетворить возросшие потребности атмосферы, хотя на самом деле этого не произошло. Учитывая тесную связь между водяным паром и лесными пожарами, функционированием экосистем и экстремальными температурами, этот вопрос необходимо решить, чтобы обеспечить более надёжные прогнозы климата для засушливых и полузасушливых регионов мира.

Засушливые и полузасушливые регионы мира особенно уязвимы к изменению гидроклимата, вызванному парниковыми газами. Климатические модели являются основным инструментом для прогнозирования будущего гидроклимата, к которому общество в этих регионах должно адаптироваться, но здесь представлено тревожное несоответствие между наблюдаемыми и основанными на моделях историческими тенденциями гидроклимата. В засушливых/полузасушливых регионах мира преобладающим сигналом во всех модельных расчётах является увеличение содержания водяного пара в атмосфере в среднем за последние четыре десятилетия в сочетании с увеличением способности более тёплой атмосферы удерживать водяной пар. В наблюдениях такого увеличения содержания водяного пара в атмосфере не произошло, что позволяет предположить, что доступность влаги для удовлетворения возросшего спроса в атмосфере в действительности ниже, чем в представлено в моделях для засушливых/полузасушливых регионов. Это несоответствие наиболее заметно в засушливых/полузасушливых регионах круглый год, но оно также заметно в более влажных регионах в самые засушливые месяцы года. Это указывает на значительный пробел в нашем понимании и возможностях моделирования, который может иметь серьёзные последствия для будущих прогнозов гидроклимата, включая пожароопасность.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302480120

Быстрое потепление экосистем высоких широт увеличивает микробную активность и ускоряет разложение многолетней мерзлоты. Такое распространение микробной энергии может реструктурировать пищевые сети в высоких широтах и изменить круговорот углерода между надземными и подземными средами обитания. Авторы использовали анализ стабильных изотопов (δ¹³C) аминокислот, чтобы проследить поток углерода через пищевые сети, подверженные потеплению, и количественно оценить изменения в ассимиляции микробного углерода потребителями арктической тундры и бореальных лесов. С 1990 по 2021 гг. мелкие млекопитающие в бореальных лесах продемонстрировали значительное сокращение использования растительных «зелёных» пищевых сетей и увеличение использования микробно-опосредованных «коричневых» пищевых сетей, что перемежалось более чем 30-процентным увеличением грибковой ассимиляции углерода. Аналогичным образом, грибковая ассимиляция углерода увеличилась на 27% у пауков-волков в условиях экспериментального потепления в арктической тундре. Эти результаты показывают климатически обусловленное «потемнение» пищевых сетей в высоких широтах и указывают на недостаточно изученный путь, с помощью которого животные могут влиять на круговорот углерода в условиях потепления климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01893-0

Исследование изменчивости глубоководной температуры имеет важное значение для понимания глубоководной изменчивости и её значительного воздействия на климат. Первая мода в Атлантике называется глубокоатлантической мультидесятилетней изменчивостью (Deep Atlantic Multidecadal Variability, DAMV), характеризующейся дипольной структурой «север-юг» в средневысоких широтах с квазипериодом 20–50 лет. DAMV и атлантическая мультидесятилетняя изменчивость, несмотря на статистическое расхождение, могут представлять собой разные реакции на перенос тепла в океане, вызываемый Атлантической меридиональной термохалинной циркуляцией (АМТЦ) на разных глубинах по отдельности. Установлена связь между DAMV и АМТЦ, что указывает на то, что АМТЦ, вероятно, будет переносить поверхностное тепло вниз за счёт глубокой конвекции и способствовать созданию такой дипольной картины в глубокой Атлантике. Более того, меридиональный перенос тепла в океане доказывает, что АМТЦ может объяснить изменение DAMV как динамический фактор. Эти результаты подтверждают важность глубоководных исследований атлантической климатической системы.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106367

В этой статье представлены обзор и демонстрация новых поплавковых методов количественной оценки валовой первичной продукции (gross primary production, GPP) и чистой продукции сообществ (net community production, NCP) с использованием данных буёв Biogeochemical-Argo (BGC-Argo). В недавних публикациях описаны методы оценки GPP, основанные на обнаружении суточных колебаний концентрации кислорода или твёрдых частиц органического углерода в верхних слоях океана с использованием одиночных профилографов или комбинации буёв BGC-Argo. Методы оценки NCP основаны на расчётах бюджета для разделения наблюдаемых изменений индикаторов на физические или биологические процессы, происходящие в течение времени, превышающего 1 день. В настоящее время многолетние временные ряды NCP возможны с разрешением, близким к еженедельному, с использованием последовательного или одновременного поплавкового развёртывания в локальных масштабах. Результаты, однако, чувствительны к выбору индикатора, используемого в бюджетных расчётах, и к неопределённостям в параметризации бюджета, применяемой в различных подходах оценки NCP. Десятилетние расчёты GPP для всего бассейна в настоящее время возможны с использованием данных, собранных со всего массива BGC-Argo, но более точное пространственное и временное разрешение требует большего количества развёртываний буёв для построения кривых суточных трассеров. Прогнозируемого глобального массива BGC-Argo из 1000 поплавков должно быть достаточно для получения годовых оценок GPP с разрешением по широте 10°, если буи имеют профиль с нецелыми интервалами (например, 5,2 или 10,2 дней). Устранение текущих ограничений поплавковых методов должно обеспечить расширенный пространственный и временной охват морских измерений GPP и NCP, способствуя определению в глобальном масштабе потенциала экспорта углерода, обучению спутниковых алгоритмов первичного производства и оценке биогеохимических численных моделей. Целью данной работы является содействие более широкому использованию поплавковых методов оценки GPP и NCP как отдельных или комбинированных инструментов океанографическим сообществом и содействие их дальнейшему развитию.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/13/2024/

Данные наблюдений и результаты экспериментов с климатическими моделями предполагают замедление Атлантической меридиональной термохалинной циркуляции (АМТЦ) с середины 1990-х годов. Считается, что увеличение выбросов парниковых газов и снижение количества антропогенных аэрозолей над Северной Америкой и Европой способствуют замедлению АМТЦ. Содержание азиатских антропогенных аэрозолей продолжает расти, но связанное с этим влияние остается неясным. Используя совокупность климатических моделей, авторы показывают, что радиационное охлаждение, возникающее в результате увеличения количества азиатских антропогенных аэрозолей, приводит к сокращению АМТЦ. Усиление антропогенных аэрозолей над Азией порождает окологлобальные стационарные волны Россби в северных средних широтах, смещающие западное струйное течение на юг и ослабляющие субполярные западные ветра Северной Атлантики. Следовательно, уменьшение переноса холодного воздуха из Северной Америки препятствует трансформации водных масс в Лабрадорском море и тем самым способствует замедлению АМТЦ. Связь между увеличением содержания азиатских антропогенных аэрозолей и замедлением АМТЦ подтверждается разными моделями с разными конфигурациями. Таким образом, сокращение выбросов азиатских антропогенных аэрозолей не только снизит загрязнение местного воздуха, но и поможет стабилизировать АМТЦ.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-44597-x

Целью работы является разработка региональной аэрозольной модели Среднего Урала (модель MUrA) на основе совместного анализа долговременных наземных фотометрических измерений Aerosol Robotic NETwork (AERONET) и результатов лидарных измерений CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation), опирающийся на информацию о воздушных траекториях на разных высотах, рассчитанную с использованием программного пакета HYSPLIT (гибридная лагранжева интегрированная модель траектории одной частицы). Модель MUrA содержит параметры нормированных объёмных распределений по размерам (Normalized Volume Size Distributions, NVSD), характеризующие подтипы тропосферных аэрозолей, обнаруженные спутником CALIPSO. При сравнении оценок модели MUrA с глобальной моделью аэрозолей CALIPSO (CAMel) авторы обнаружили значительные различия в NVSD для повышенного задымления и типов чистых континентальных аэрозолей. NVSD для типов пыли и загрязнённых континентальных/дымовых аэрозолей в глобальной и региональной моделях различаются гораздо меньше. Суммарные объёмы аэрозольных частиц в столбе атмосферы, восстановленные по спутниковым измерениям коэффициента затухания на длине волны 532 нм на основе региональной модели MUrA и глобальной CAMel, сравниваются с данными инверсии AERONET. Средняя ошибка смещения для региональной модели составляет 0,016 мкм³/мкм², а для глобальной модели — 0,043 мкм³/мкм².

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/1/48

Вариации в распределении солнечной радиации, обусловленные ~10⁵-летним циклом Миланковича, связанные с изменением эксцентриситета Земли, не могут объяснить резкое падение температуры на 6°C ÷ 10°C, знаменующее переход от межледниковья к ледниковому периоду, зарегистрированный за последние ~5,5×10⁶ лет в ходе изменения температуры. Более конкретно, пренебрегая другими эффектами, к этому циклу можно отнести только изменение температуры на 0,2°C ÷ 0,3°C и, следовательно, для объяснения зарегистрированного эффекта следует учитывать эффекты положительной обратной связи. В настоящей работе выполнен сравнительный вейвлет-Фурье-анализ восстановленной температуры из архива данных станции «Восток», для которого учтены различные шаги дискретизации. Затем рассматривается и обсуждается исследование эффектов экспоненциальной обратной связи в модели параметрического резонанса климата. Полученные данные свидетельствуют об экспоненциальном усилении изменений температуры от межледниковья к ледниковому периоду, что подтверждает гипотезу о том, что энергизация системы связана с периодическими изменениями внутренних параметров Солнечной системы. Более подробно показано, что, следуя параметрической резонансной модели климата, даже небольшие колебания увеличиваются со временем пропорционально самой энергии системы, т.е. экспоненциально, и, следовательно, серия связанных резонансов способна возбудить климатическую систему.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-50350-7