Ключевой проблемой, связанной с загрязнением воздуха твёрдыми частицами, является разработка системы раннего предупреждения, которая может прогнозировать локальные уровни PM_2,5 и эпизоды чрезмерной концентрации PM_2,5 с использованием вертикальных метеорологических факторов. Алгоритмы машинного обучения, особенно с задачами распознавания, демонстрируют большой потенциал для этой цели. Цель данного исследования состояла в том, чтобы сравнить производительность множественной линейной регрессии и многослойного персептрона (математической или компьютерной модели восприятия информации) в прогнозировании уровней PM_2,5. Программное обеспечение было обучено прогнозировать уровни PM_2,5 на срок до семи дней с использованием данных долгосрочных измерений вертикальных метеорологических факторов, проведённых на пяти высотах над уровнем земли — 10, 30, 50, 75 и 110 м, и концентрации PM_2,5, измеренной на высоте 30 м над уровнем моря. Используемые данные были собраны в период с 2015 по 2020 гг. на станции наблюдения за микроклиматом и загрязнителями воздуха в Университете Касетсарт, Бангкок, Таиланд. Результаты показали, что коэффициенты корреляции PM_2,5, прогнозируемые и наблюдаемые с использованием множественной линейной регрессии и многослойного персептрона, находились в диапазоне 0,69–0,86 и 0,64–0,82, соответственно, на один–три дня вперёд. Обе модели продемонстрировали удовлетворительное совпадение с измеренными данными, а множественная линейная регрессия показала лучшие результаты, чем многослойный персептрон, при прогнозировании PM_2,5. В заключение, это исследование демонстрирует, что предлагаемый подход может использоваться в качестве компонента системы раннего предупреждения в городах, способствуя устойчивому управлению качеством воздуха в городских районах.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/3/589

За последние десятилетия темпы глобального повышения среднего уровня моря увеличились, хотя величина — десятки сантиметров — остаётся небольшой с геологической точки зрения. Столь скромное повышение уровня моря представляет собой проблему при попытке оценить его глобальное воздействие на климат, поскольку сигнал слабый. Однако в предыдущие более тёплые геологические периоды уровень моря поднимался на десятки метров выше современного уровня. Эти палеоклиматические периоды дают уникальную возможность исследовать влияние повышения уровня моря на климат. Используя моделирование климата последнего межледникового периода и ряд современных экспериментов с чувствительностью уровня моря, авторы подчёркивают важность глобального повышения среднего уровня моря в модуляции глобального климата. Понижение высоты суши и углубление океанической батиметрии вследствие пространственно равномерного повышения уровня моря реорганизуют атмосферную и океаническую циркуляцию. Моделирование последнего межледниковья показало, что рассмотрение этого аспекта - глобального среднего повышения уровня моря - в отрыве от изменений, связанных с переходами суша-море или поступлением пресной воды, уменьшает долговременное несоответствие модельных результатов и данных в южном полушарии. Кроме того, современные эксперименты по чувствительности показывают, что небольшое повышение глобального среднего уровня моря вызывает существенные корректировки глобального климата, особенно в средних и высоких широтах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01153-y

Хотя парниковые газы поглощают в основном длинноволновое излучение, они также поглощают коротковолновое излучение. Недавние исследования подчеркнули важность коротковолнового поглощения метана, усиливающего его радиационное воздействие с поправкой на стратосферу на ~15%. Однако соответствующие воздействия на климат оценивались лишь косвенно и, таким образом, по большей части не поддаются количественной оценке. Авторы представляют систематический анализ с использованием одной модели и отдельных расчётов с учётом и без учёта поглощения метаном коротковолнового излучения. Обнаружено, что коротковолновое поглощение метана противодействует примерно 30% поверхностного потепления, связанного с его длинноволновым радиационным эффектом. Ещё большее влияние оказывает воздействие на осадки, поскольку коротковолновое поглощение метана компенсирует ~60% увеличения количества осадков по сравнению с его длинноволновым радиационным воздействием. Вызванное метаном коротковолновое охлаждение в основном связано с быстрой адаптацией облаков, включая увеличение облачности нижнего яруса, усиливающей отражение приходящей коротковолновой радиации, и уменьшение облачности верхнего яруса, усиливающей уходящее длинноволновое излучение. Реакции облаков, в свою очередь, связаны с профилем солнечного нагрева атмосферы и соответствующими изменениями температуры и относительной влажности. Несмотря на эти выводы, метан остаётся мощным фактором глобального потепления, и усилия по сокращению выбросов метана имеют жизненно важное значение для удержания глобального потепления значительно ниже 2°C сверх доиндустриальных значений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01144-z

Точный регулярно обновляемый набор данных о температуре приземного воздуха (ТПВ) в Арктике, имеющий более полный пространственный и временной охват и основанный на инструментальных наблюдениях, важен для своевременного мониторинга и улучшения понимания быстрых изменений в арктическом климате. В этом исследовании новый ежемесячный набор данных арктических ТПВ с координатной сеткой, датированный 1979 годом, был реконструирован с помощью метода глубокого обучения путём объединения температур приземного воздуха из нескольких источников данных. Исходные данные включают в себя наблюдения с наземных станций GHCN (Глобальная историческая климатологическая сеть), над океанами ICOADS (Международный комплексный набор океано/атмосферных данных), российской дрейфующей ледовой станции «Северный полюс» и буёв IABP (Международная арктическая программа буёв). Последние два имеют решающее значение для улучшения представления температур, наблюдаемых на месте (in-situ) в Арктике. Недавно реконструированный набор данных включает ежемесячные арктические ТПВ, начиная с 1979 г., и ежедневные арктические ТПВ, начиная с 2011 г. Этот набор данных представляет собой новое усовершенствование в разработке наборов данных наблюдений за температурой и может использоваться для различных приложений. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02059-5  

Оценки глобальной влажности почвы, полученные в ходе текущих спутниковых миссий, страдают от присущих им прерывистых наблюдений и низкого пространственного разрешения, ограничивающих применение, особенно в мелком пространственном масштабе. В этом исследовании был разработан набор ежедневных данных о глобальной беззазорной поверхностной влажности почвы с разрешением в 1 км в период с 2000 по 2020 гг. Это достигается на основе комбинированного продукта поверхностной влажности почвы Европейского космического агентства - Инициативы по изменению климата (ESA-CCI) при разрешении 0,25°. Сперва был разработан оперативный метод заполнения пробелов для восполнения недостающих данных в продукте поверхностной влажности почвы ESA-CCI с использованием поверхностной влажности почвы набора данных реанализа ERA5. Затем был принят алгоритм Random Forest для дезагрегирования поверхностной влажности почвы с грубым разрешением до 1 км с помощью наблюдений на месте (in-situ) Международной сети по влажности почвы и других наборов данных оптического дистанционного зондирования. При перекрёстной проверке сгенерированный 1-километровый продукт поверхностной влажности почвы имел хорошую точность с высоким коэффициентом корреляции (0,89) и низкой несмещённой среднеквадратической ошибкой (0,045 м³/м³). В настоящее время это единственный долгосрочный глобальный беззазорный набор данных о влажности почвы с разрешением 1 км.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-01991-w

Система данных об углероде и закислении океана (OCADS) представляет собой систему управления данными в Национальных центрах экологической информации (NCEI) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Она управляет широким спектром данных об углероде и закислении океана, включая химические, физические и биологические наблюдения, собранные с исследовательских судов, кораблей, попутно выполняющих наблюдения, и неуправляемых платформ, а также результаты лабораторных экспериментов и результаты моделирования. Кроме того, OCADS служит в качестве хранилища связанных биогеохимических основных переменных океана (EOV) Глобальной системы наблюдения за океаном (GOOS), например, кислорода, питательных веществ, переходных индикаторов и стабильных изотопов. OCADS стремится стать одним из ведущих мировых поставщиков данных, информации, продуктов и услуг об углероде и закислении океана. Чтобы предоставить наилучшие услуги по управлению данными сообществу, занимающемуся исследованиями углерода и закисления океана, OCADS уделяет первоочередное внимание внедрению ориентированного на клиента подхода и сбору знаний и опыта исследовательского сообщества для улучшения своих методов управления данными. OCADS стремится сделать все данные об углероде и закислении океана доступными через единый портал и приветствует материалы со всего мира: https://www.ncei.noaa.gov/products/ocean-carbon-acidification-data-system/.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02042-0

Существует острая необходимость в быстром и массовом расширении «негативных» углеродных стратегий, таких как улавливание и хранение углерода. В то же время крупномасштабное улавливание и хранение углерода может обеспечить наращивание крупномасштабного производства водорода, ключевого компонента обезуглероженных энергетических систем. Авторы утверждают, что самая безопасная и наиболее практичная стратегия резкого увеличения запасов CO₂ в недрах состоит в том, чтобы сосредоточиться на регионах, где есть несколько частично истощённых нефтяных и газовых резервуаров. Многие из этих коллекторов обладают достаточной вместимостью, хорошо изучены в геологическом и гидродинамическом отношении и менее подвержены сейсмичности, вызванной закачкой, чем соляные водоносные горизонты. После организации хранилища CO₂ его можно использовать для хранения CO₂ из нескольких источников. Интеграция улавливания и хранения углерода с производством водорода представляется экономически жизнеспособной стратегией резкого сокращения выбросов парниковых газов в течение следующего десятилетия, особенно в нефте- и газодобывающих странах, где имеются многочисленные истощённые резервуары, потенциально пригодные для крупномасштабного хранения углерода.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202397120

Физико-химический обмен газов между атмосферой и обширными недрами океана происходит в небольшом числе мест в высоких широтах в зимние месяцы, часто в экстремальных погодных условиях. В результате существует мало прямых наблюдений. Растворённые инертные газы и их изотопы, химически и биологически нереакционноспособные, являются полезными инструментами для количественной оценки газообмена между воздухом и морем. Здесь представлены высокоточные данные о растворённых инертных газах из глубин Северной Атлантики для оценки газообмена с использованием модели циркуляции океана. Полученные результаты предполагают большую роль газообмена, опосредованного пузырьками, и использованная авторами модель позволяет изолировать биологические источники азота от физических источников в глубинном океане, что имеет отношение к циклу азота в морской среде и его роли в хранении углерода в океане.

Газообмен между атмосферой и недрами океана оказывает существенное влияние на глобальный климат и биогеохимию. Однако наше понимание соответствующих физических процессов по-прежнему ограничено недостатком прямых наблюдений. Растворённые инертные газы в глубинах океана являются мощными индикаторами физического взаимодействия воздуха и моря из-за их химической и биологической инертности, однако соотношение их изотопов остаётся недостаточно изученным. Авторы представляют высокоточные соотношения изотопов и элементов инертных газов из глубин Северной Атлантики (~32° с.ш., 64° з.д.) для оценки параметров газообмена с использованием модели циркуляции океана. Беспрецедентная точность этих данных свидетельствует о недонасыщенности глубоких слоёв океана тяжёлыми инертными газами и изотопами в результате переноса газа из воздуха в море при охлаждении, связанного с глубокой конвекцией в высоких северных широтах. Эти данные также указывают на недооценённую и большую роль газообмена, опосредованного пузырьками, в глобальном переносе малорастворимых газов, включая O₂, N₂ и SF₆. Использование инертных газов для проверки физического представления газообмена между воздухом и морем в модели также даёт уникальную возможность отличить физические сигналы от биогеохимических. В качестве тематического исследования сравниваются измерения растворённого N₂/Ar в глубинах Северной Атлантики с прогнозами чисто физической модели, обнаружен избыток N₂ в результате денитрификации бентоса в более старых глубоководных районах (ниже 2,9 км). Эти данные показывают, что скорость удаления фиксированного азота в глубинах северо-восточной Атлантики по крайней мере в три раза выше, чем глобальная средняя глубинного океана, что предполагает тесную связь с экспортом органического углерода и повышает потенциальные будущие последствия для морского азотного цикла.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217946120

Поверхностная влажность почвы (ПВП) является важной переменной в мониторинге засух, прогнозировании наводнений, прогнозировании погоды и т.д. и играет решающую роль в водном и теплообмене между землей и атмосферой. Продукты ПВП из наблюдений в L-диапазоне, такие как Миссия Soil Moisture Active Passive (SMAP), оказались оптимальными глобальными оценками. Хотя X-диапазон имеет более низкую чувствительность к влажности почвы, чем L-диапазон, китайские спутники серии FengYun-3 (FY-3A/B/C/D) с 2008 года предоставляют устойчивые и ежедневные множественные продукты ПВП в X-диапазоне. В рамках этого исследования был разработан новый глобальный продукт ПВП (NNsm-FY) от FY-3B MWRI с 2010 по 2019 гг., который перенёс высокую точность L-диапазона SMAP в X-диапазон FY-3B. NNsm-FY показывает хорошее согласие с натурными наблюдениями и продуктом SMAP и имеет более высокую точность, чем официальный продукт FY-3B. С этим новым набором данных китайские спутники FY-3 могут играть более важную роль и предоставлять возможности для устойчивой и долгосрочной записи данных о влажности почвы для гидрологических исследований. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02007-3 

Печать