Пространственная картина межмодельного разброса приземной температуры аналогична абсолютной ошибке смоделированной приземной температуры по отношению к наблюдениям, что подразумевает возможность использования межмодельного разброса для понимания погрешностей модели. Районы с максимальным межмодельным разбросом приземной температуры расположены в северных полярных и южных полярных регионах, а также в регионах с крупными орографическими особенностями, такими как Тибетское нагорье. Исследование показало, что: (а) зимнее усиление межмодельного разброса приземной температуры существует над обоими полярными регионами, но максимальный межмодельный разброс приземной температуры над Тибетским нагорьем происходит весной и летом со слабой сезонностью; (б) анализ поверхностного энергетического баланса показывает заметный контраст между сушей и морем во взаимосвязи между физическими процессами; (в) над Северным Ледовитым и Южным океанами максимальные разбросы альбедо поверхности, вызванные морским льдом, проявляются летом, когда межмодельные разбросы приземной температуры самые слабые, поскольку влияние альбедо поверхности компенсируется накоплением тепла в океанах; (г) благодаря межсезонной связи периода накопления тепла (летнее накопление и зимнее выделение океанического тепла), летнее альбедо поверхности может косвенно способствовать зимнему усилению межмодельного разброса приземной температуры над полярными океанами. Над сушей такой межсезонной связи процессов не существует. Также предложен метод выделения роли локальных и нелокальных динамических процессов во вкладе нисходящей длинноволновой радиации в условиях ясного неба в межмодельный разброс приземной температуры. 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022JD037509

Климатическое моделирование, восстанавливающее температуру поверхности моря (ТПМ) в Северной Атлантике, использовалось для изучения климатических воздействий атлантической мультидесятилетней изменчивости. Однако, несмотря на модельные результаты и наблюдения, демонстрирующие аналогичные аномалии ТПМ в Северной Атлантике, эксперименты с активным восстановлением ТПМ в её тропической части демонстрируют сильные положительные поверхностные потоки тепла из океана с тёплыми аномалиями ТПМ, не воспроизводимые в других модельных расчётах или наблюдениях. Установлено, что восходящие поверхностные тепловые потоки, систематически вызываемые активным восстановлением ТПМ в тропической части Северной Атлантики, имеют решающее значение для создания сильной локальной реакции на осадки и связанного с этим удалённого воздействия на тихоокеанскую циркуляцию Уокера, которые отсутствуют в других модельных расчётах. Результаты этого исследования убедительно свидетельствуют о том, что эксперименты с использованием восстановления ТПМ (или заданных ТПМ) в тропической части Северной Атлантики преувеличивают влияние Атлантики на закономерности глобальных климатических аномалий и её роль в недавних мультидесятилетних трендах ТПМ.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00335-0

Для более точного прогнозирования изменения климата требуется более точная характеристика источников и стоков метана CH₄ и двуокиси углерода CO₂ в уязвимой арктической среде. В сентябре 2020 года прошла масштабная авиационная кампания, ориентированная на сибирское арктическое побережье. CH₄ и CO₂, измерявшиеся на месте (in situ) во время кампании, составляют основу этого исследования. В качестве индикаторов используются измеренные значения концентраций озона O₃ и окиси углерода CO. Медианные отношения смеси CH₄ значительно выше, чем среднемесячные эталонные полушарные значения (Мауна-Лоа, Гавайи, США): 1890–1969 млрд-1 против 1887 млрд^-1 соответственно, в то время как отношения смеси CO₂ на всех рейсах ниже (408,09–411,50 млн^-1 против 411,52 млн^-1). Проведены три тематических исследования. Анализ авторов свидетельствует о том, что в период кампании европейская часть российской Арктики и западная Сибирь подвергались дальнему переносу загрязнённых воздушных масс, тогда как восточная часть находилась в основном под влиянием локальных выбросов парниковых газов. Относительные вклады основных антропогенных и естественных источников CH₄ моделируются с использованием лагранжевой модели FLEXPART для выявления доминирующих источников в пограничном слое и в свободной тропосфере. При западных полётах над сушей на состав воздушной массы влияли выбросы от водно-болотных угодий и антропогенная деятельность (обращение с отходами, производство ископаемого топлива и, в меньшей степени, сельскохозяйственный сектор), в то время как на востоке в выбросах преобладают пресноводные, водно-болотные угодья и океан, с вероятным вкладом антропогенных источников, связанных с ископаемым топливом. Полученные результаты подчёркивают важность вклада выбросов пресноводных источников и океана. Учитывая большие неопределённости, связанные с ними, исследование предполагает, что выбросам из этих водных источников в Сибири следует уделить больше внимания.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/2293/2023/

Изменение топографии, вызванное таянием льда в арктических почвах, может ускорить таяние многолетней мерзлоты и вызвать резкие и крупномасштабные изменения в Арктике. Авторы расширили модель термальной гидрологии многолетней мерзлоты в масштабе участка, чтобы представить проседание грунта, и объединили её с новыми и существующими данными из хорошо охарактеризованного участка тундры, чтобы лучше понять последствия проседания в результате оттаивания в потеплевшей Арктике. Эти модели с пространственным разрешением репрезентативного участка тундры, богатой углеродом, показывают, что опускание не приведёт к значительному ускорению таяния многолетней мерзлоты и вызовет её резкое таяние на больших площадях. Однако проседание талых вод, вероятно, приведёт к увеличению стока и значительно ускорит высыхание ландшафта тундры в условиях потепления климата, что серьёзно повлияет на чувствительные арктические экосистемы.

Авторы использовали модель гидрологии многолетней мерзлоты, основанную на подробных измерениях содержания льда в почве, чтобы лучше понять потенциальный риск её внезапного таяния, вызванного таянием подземного льда, — ключевой открытый вопрос, связанный с реакцией многолетней мерзлоты на потепление в Арктике. Результаты, полученные с высоким пространственным разрешением, для хорошо охарактеризованного участка в тундре недалеко от Уткиагвика (Utqiaġvik), Аляска, хорошо согласуются с несколькими типами наблюдений в текущем климате. По прогнозам, с 2006 по 2100 гг. в сценарии RCP8.5 с сильным потеплением произойдёт общее опускание на 63 см. Оттаивание многолетней мерзлоты, измеряемое увеличением толщины активного слоя — толщины слоя почвы, оттаивающего каждое лето, — ускоряется из-за проседания, но эффект относительно невелик. Толщина активного слоя увеличивается от текущего значения ~50 см до ~180 см к 2100 году, когда учитывается оседание, по сравнению с ~160 см, когда им пренебрегают. В этих расчётах выявленная ранее положительная обратная связь между оседанием и оттаиванием самоограничивается в десятилетних временных рамках, поскольку ландшафтный сток и увеличение эвапотранспирации приводят к более сухой тундре с более слабой связью между поверхностью и атмосферой. Эти результаты для участка тундры, являющегося репрезентативным для больших участков северного склона Аляски, показывают, что опускание вряд ли приведёт к резкой оттепели на больших площадях. Однако оседание оказывает значительное влияние на гидрологию тундры. В частности, оседание увеличивает ландшафтный сток, что помогает поддерживать речной сток в условиях повышенной эвапотранспирации, но также приводит к более засушливым условиям тундры, что может иметь пагубные последствия для чувствительных экосистем арктических водно-болотных угодий. 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2212171120

Недавние исследования показали, что сильное арктическое потепление, распространяющееся от поверхности в верхние слои тропосферы, может вызывать изменения атмосферной циркуляции в средних широтах, в то время как меньшее арктическое потепление, ограниченное самыми нижними слоями тропосферы, вызывает сравнительно слабые дистанционные реакции. Причины арктического потепления в средней и верхней тропосфере менее ясны по сравнению с приповерхностным потеплением. Используя как реанализ, так и моделирование, авторы демонстрируют новый динамический механизм, ответственный за потепление полярной средней и верхней тропосферы, связанное с потерей арктического морского льда. Существенная роль взаимодействия стратосферы и тропосферы в сильном потеплении Арктики, вызванном таянием морского льда, подтверждается моделированием с подавлением стратосферной изменчивости, в котором в ответ на таяние морского льда нагревается только арктическая нижняя тропосфера. Эти результаты показывают, что значительная часть наблюдаемого в Арктике потепления средней и верхней тропосферы вызвана динамической реакцией на потерю морского льда, в которой главную роль играет стратосферно-тропосферное взаимодействие.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00333-2

Надёжное обнаружение антропогенного изменения климата имеет решающее значение для: (а) улучшения нашего понимания реакции системы Земля на внешнее воздействие, (б) уменьшения неопределённости в будущих прогнозах климата и (в) разработки эффективных планов смягчения последствий и адаптации. Авторы использовали модельные прогнозы, чтобы установить временные рамки обнаружения антропогенных сигналов в глобальном океане путём анализа эволюции температуры, солёности, кислорода и рН от поверхности до глубины 2000 м. Для большинства переменных антропогенные изменения возникают раньше во внутренних водах океана, чем на поверхности, из-за меньшей фоновой изменчивости на глубине. Окисление обнаруживается раньше всего, за ним следует потепление и кислородные изменения в недрах тропической Атлантики. Показано, что изменения температуры и солёности в подповерхностных водах тропиков и субтропиков Северной Атлантики являются ранними индикаторами замедления атлантической меридиональной термохалинной циркуляции. Прогнозируется, что даже при смягчённых сценариях антропогенные сигналы внутреннего океана проявятся в течение следующих нескольких десятилетий, поскольку они происходят из существующих поверхностных изменений, которые теперь распространяются вглубь. Исследование (в дополнение к тропической Атлантике) призывает к созданию систем долгосрочного внутреннего мониторинга в Южном океане и Северной Атлантике, чтобы выяснить, как пространственно неоднородные антропогенные сигналы распространяются во внутренние районы и влияют на морские экосистемы и биогеохимию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30159-0

С середины 1990-х годов в Северном Ледовитом океане наблюдается заметное уменьшение площади морского льда. После достижения в сентябре 2012 г. абсолютного минимума сезонные вариации площади морского льда установились на новом уровне, который почти на четверть ниже средней климатической нормы 1979–2022 гг. Усиленное таяние и ускоренный вынос льда из окраинных морей обеспечивают увеличение площади открытой воды, что влияет на нижние слои атмосферы и поверхностный слой океана. Учёные осторожно предсказывают переход к сезонно свободному ото льда Северному Ледовитому океану уже в середине этого века, то есть примерно на 50 лет раньше, чем предсказывалось всего несколько лет назад. Такие прогнозы основаны на том, что уменьшение ледовитости и истончение морского льда, происходившие в начале этого века, первоначально вызванные повышением температуры воздуха, спровоцировали увеличение теплового и динамического вклада океана в дальнейшее сокращение ледяного покрова. В данной статье рассматриваются опубликованные данные о таких изменениях и обсуждаются возможные механизмы, лежащие в основе наблюдаемых региональных аномалий параметров ледяного покрова Арктики в последнее десятилетие.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/2/409

Понимание наземных экосистем и их реакции на антропогенное изменение климата требует количественной оценки углеродного обмена между сушей и атмосферой. Однако оценки крупномасштабных потоков между сушей и атмосферой в подходах «сверху вниз» и «снизу вверх», включая суммарный поток северных внетропических вегетационных периодов, демонстрируют значительные расхождения. Авторы разработали управляемую данными метрику для внетропических вегетационных периодов, используя наблюдения за концентрацией углекислого газа в атмосфере, собранные во время лётных кампаний высокопроизводительной бортовой платформы для исследований окружающей среды, наблюдений от полюса к полюсу и миссии по томографии атмосферы. Эта полученная с самолёта метрика скорректирована с помощью трёх независимых систем атмосферной инверсии. Авторы оценивают северный внетропический вегетационный период в 5,7 ± 0,3 Пг C и используют его для оценки суммарной продуктивности биосферы на основе моделей CMIP5 и CMIP6. Хотя разброс между моделями в внетропических вегетационных периодах уменьшился в моделях CMIP6 по сравнению с моделями CMIP5, всё ещё существуют разногласия относительно величины и времени сезонного поглощения углерода, поскольку большинство моделей недооценивают внетропические вегетационные периоды и переоценивают их продолжительность по сравнению с наблюдениями. Также использован подход с возникающими ограничениями, чтобы оценить годовую валовую первичную продуктивность северных внетропических регионов как 56 ± 17 Пг С, гетеротрофное дыхание как 25 ± 13 Пг С и суммарную первичную продуктивность как 28 ± 12 Пг С. Поток, выведенный из этих наблюдений с самолётов накладывает дополнительные ограничения на крупномасштабные валовые потоки в прогностических моделях системы Земли, что в конечном итоге может улучшить способность точно предсказывать углеродно-климатические обратные связи.

Ссылка: researchgate.net/publication/367657310_Evaluating_Northern_Hemisphere_Growing_Season_Net_Carbon_Flux_in_Climate_Models_Using_Aircraft_Observations  

Волны тепла являются одними из самых смертоносных климатических угроз. Тем не менее относительная важность физических процессов, вызывающих аномалии приземной температуры (𝑇′) — адвекция воздуха из более тёплых регионов, адиабатический нагрев нисходящих потоков воздуха и диабатический нагрев — всё ещё является предметом споров. Авторы количественно исследуют важность этих процессов, оценивая бюджет 𝑇' вдоль воздушных обратных траекторий. Сначала они показывают, что экстремальная приповерхностная 𝑇′ во время волны тепла в июне 2021 года на западе Северной Америки был вызвана в основном диабатическим и, в меньшей степени, адиабатическим нагревом. Посредством систематических разложений 𝑇′ в самые жаркие дни каждого года (события TX1day) в 1979–2020 гг. во всём мире, авторы обнаружили сильные географические вариации с преобладанием адвекции над океанами средних широт, адиабатическим потеплением вблизи горных хребтов и диабатическим нагревом над тропической и субтропической сушей. Однако во многих регионах события TX1day возникают в результате комбинации этих процессов. В среднем по миру аномалии TX1day формируются вдоль траекторий примерно на 60 ч и 1000 км, хотя и с большой региональной изменчивостью. Таким образом, это исследование выявляет изначально нелокальные и отличающиеся на региональном уровне пути формирования экстремально высоких температур, даёт количественную оценку важнейших факторов, определяющих их масштабы, и позволяет использовать новые количественные способы оценки климатических моделей в отношении экстремально высоких температур.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01126-1

Межгодовая изменчивость зимнего климата северного полушария тесно связана с Эль-Ниньо-Южным колебанием (ЭНЮК). В то время как северная часть Тихого океана и Северная Америка часто демонстрируют сильный отклик на ЭНЮК, так называемая Тихоокеанско-Североамериканская схема, климатические реакции Арктики и Евразии на ЭНЮК остаются ненадёжными. В этом исследовании рассматриваются результаты 40 различных климатических моделей из проекта CMIP6, чтобы найти различную температурную реакцию в Арктике и Евразии на два типа явлений Эль-Ниньо. В частности, центрально-тихоокеанские явления Эль-Ниньо сопровождаются значительным панарктическим потеплением, тогда как восточно-тихоокеанские - похолоданием над Баренцевым и Карским морями и Евразийским континентом. Во время событий восточно-тихоокеанских Эль-Ниньо панарктическое давление на уровне моря эффективно усиливается, что приводит к ослаблению западных ветров и охлаждению приземного воздуха над северной частью Евразийского континента. Эти различные реакции арктической и евразийской зимней температуры на два типа Эль-Ниньо не проявляются чётко в данных реанализа, охватывающего период с 1979 по 2021 гг., вероятно, из-за небольшого размера выборки событий Эль-Ниньо со времён начала спутниковой эры.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368621409_Distinct_impacts_of_two_types_of_El_Nino_events_on_northern_winter_high-latitude_temperatures_simulated_by_CMIP6_climate_models