Хотя влажность почвы является ключевым фактором гидрологических и климатических приложений, её глобальные непрерывные наборы данных с высоким разрешением всё ещё ограничены. Здесь используется машинное обучение для создания глобального, долгосрочного, пространственно непрерывного набора данных с высоким разрешением о поверхностной влажности почвы с учётом Международной сети по влажности почвы (ISMN), данных дистанционного зондирования и метеорологических данных, руководствуясь знаниями о физических процессах, воздействующих на динамику влажности почвы. GSSM1 км (Global Surface Soil Moisture) обеспечивает данные о поверхностной влажности почвы (0–5 см) с пространственным (1 км) и суточным временным разрешением за период 2000–2020 гг. Качество набора данных GSSM1 км оценивается с помощью тестовых и проверочных наборов данных, а также посредством взаимных сравнений с существующими архивами влажности почвы. Среднеквадратическая ошибка GSSM1 км в тестовой выборке составляет 0,05 см³/см³, а коэффициент корреляции равен 0,9. С точки зрения важности признака индекс испарения предшествующих осадков (APEI) является наиболее важным значимым среди 18 предикторов, за которым следуют испарение и долгота. Продукт GSSM1 км может помочь в исследовании крупномасштабных экстремальных климатических явлений и анализе долгосрочных тенденций.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02011-7

Возникновение экстремальных климатических явлений в ближайшие годы определяется как глобальным потеплением, так и внутренней изменчивостью климата. Заблаговременное прогнозирование изменений частоты и интенсивности таких событий может помочь свести к минимуму воздействие на уязвимые для климата сектора и общество. Десятилетние прогнозы климата разрабатывались как источник климатической информации, необходимой для принятия решений в многолетних временных масштабах. Авторы оценивают качество десятилетних ретроспективных мультимодельных прогнозов CMIP6 при прогнозировании набора индексов, измеряющих различные характеристики экстремальных температур и осадков для годов прогноза с первого по пятый. Мультимодельный ансамбль хорошо предсказывает экстремальные температуры в большинстве регионов суши, в то время как возможности прогнозов экстремальных осадков более ограничены. Далее авторы сравнили точность предсказания этих экстремальных индексов и средней температуры и осадков и обнаружили, что экстремальные индексы предсказываются с меньшей точностью, особенно те, которые соответствуют самым экстремальным дням. Найдены только небольшие и зависящие от региона улучшения по сравнению с историческим моделированием воздействия. Эта систематическая оценка ретроспективных прогнозов за последние десятилетия имеет важное значение при предоставлении климатического обслуживания на их основе, чтобы пользователь был информирован о достоверности прогнозов для каждого конкретного региона и экстремального явления. 

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368524333_Multi-annual_predictions_of_the_frequency_and_intensity_of_daily_temperature_and_precipitation_extremes 

Будущие прогнозы ледяных щитов в ответ на различные климатические сценарии и их вклад в изменения уровня моря обладают серьёзной неопределённостью из-за нестабильности ледяных щитов, что затрудняет надлежащую оценку риска повышения уровня моря и принятие стратегий смягчения последствий/адаптации. Для систематической оценки неопределённости, вызванной модельными полями, используемыми в качестве входных данных, авторы применяют трёхмерную модель Антарктического ледяного щита с выходными данными 36 климатических моделей с целью воспроизвести прошлые и будущие его изменения. Несколько климатических моделей приводят к частичному коллапсу западной части Антарктического ледяного щита при моделировании доиндустриального климата, а разброс будущих изменений объёма Антарктического ледяного щита сравним со структурной неопределённостью, возникающей из-за использования различных моделей ледяных щитов. Эти результаты подчёркивают необходимость улучшения представления важных для полярного климата физических процессов в климатических моделях.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7082

Моделирование ледяных щитов в автономном режиме в условиях меняющегося климата широко использовалось для оценки того, какой вклад ледяные щиты могут внести в будущее глобальное повышение уровня моря. Как правило, эти модельные прогнозы не учитывают двустороннего взаимодействия между ледяными щитами и климатом. Чтобы количественно оценить воздействие обратных связей между льдом, океаном и атмосферой, авторы осуществили моделирование парникового потепления с помощью средней сложности модели глобального климата и ледяного покрова. Следуя сценариям выбросов Общего социально-экономического пути (SSP) 1-1,9, 2-4,5, 5-8,5, модель имитирует вклад ледяного щита в глобальное повышение уровня моря к 2150 году в размере 0,2 ± 0,01, 0,5 ± 0,01 и 1,4 ± 0,1 м, соответственно. Взаимодействия антарктического океана, ледникового щита и шельфового ледника усиливают в будущем подповерхностное базальное таяние, в то время как атмосферное охлаждение, связанное с образованием пресной воды, снижает поверхностное таяние и откалывание айсбергов. Комбинированный эффект, вероятно, замедлит вклад Антарктиды в глобальное повышение уровня моря по сравнению с неинтерактивной конфигурацией модели ледяного щита. Эти результаты показывают, что оценки будущего повышения уровня моря фундаментально зависят от сложных взаимодействий между ледяными щитами, айсбергами, океаном и атмосферой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-36051-9

Поглощение тепла океаном играет важную роль в определении скорости нагрева поверхности под воздействием CO₂. Авторы изучили переходную реакцию на воздействие CO₂ в наборе 30 климатических моделей из CMIP6 и обнаружили, что межмодельный разброс эффективности поглощения тепла океаном в значительной степени зависит от стратификации основного состояния океана, особенно в Южном океане. Эта зависимость главным образом связана с солёностью океана, а не с его температурой. Модели с более слабой стратификацией океана, в первую очередь из-за более высокой солёности его верхних слоёв, имеют тенденцию улавливать тепло в более глубокие слои океана, приводящую к более низкой скорости нагревания поверхности, что является основной причиной более высокой эффективности поглощения тепла океаном; влияние стратификации на общее поглощения тепла океаном является вторичным. Авторы применили соотношение между солёностью и эффективностью поглощения тепла океаном для ограничения на эффективность поглощения тепла океаном, предполагая, что эта эффективность выше, чем среднее мультимодельное значение CMIP6, и критично оценивая модели с чрезвычайно низкой эффективностью.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100171

Твёрдые частицы чёрного углерода (ЧУ) влияют на глобальное потепление, поглощая солнечную радиацию, влияя на образование облаков и уменьшая альбедо земли при отложении на снегу или льду. ЧУ также имеет широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья населения. В этой статье рассмотрены факторы выбросов ЧУ основными антропогенными источниками, т.е. транспортом (включая морской и авиационный), сжиганием топлива в жилых помещениях и производством энергии. Включены факторы выбросов ЧУ, измеренные непосредственно от отдельных источников, а также полученные из измерений в окружающей среде. Каждая категория источников была разделена на подкатегории для выявления и демонстрации систематических тенденций, таких как потенциальное влияние топлива, технологий сжигания и систем очистки выхлопных/дымовых газов на факторы выбросов ЧУ. В этом обзоре подчёркивается важность регулирования выбросов на уровне общества для смягчения последствий выбросов ЧУ; чёткое сокращение выбросов ЧУ наблюдалось в исследованиях окружающей среды для дорожного движения, а также в прямых измерениях выбросов отдельных транспортных средств с дизельным двигателем. Тем не менее, выбросы ЧУ бензиновых транспортных средств были выше для транспортных средств с непосредственным впрыском топлива, чем для транспортных средств с впрыском топлива через порт, что указывает на потенциально негативную тенденцию в факторах выбросов ЧУ парка бензиновых транспортных средств. В случае судоходства наблюдалась относительно чёткая корреляция между объёмом двигателя и факторами выбросов ЧУ, при этом удельные факторы выбросов ЧУ самых больших двигателей были самыми низкими. Что касается факторов выбросов ЧУ от сжигания топлива в жилых помещениях, наблюдаются большие различия в них, указывающие на то, что тип и качество топлива, а также приборы для сжигания значительно влияют на факторы выбросов ЧУ. Наибольшие пробелы в данных были в факторах выбросов крупномасштабного производства энергии, которые можно рассматривать как решающие для оценки потенциала глобального радиационного воздействия антропогенных выбросов ЧУ. Кроме того, необходимо провести гораздо больше исследований для улучшения глобального охвата факторов выбросов ЧУ. Также использование существующих данных осложняется различными методами расчёта факторов выбросов, различными единицами измерения, используемыми в отчётах, и различиями в результатах из-за различных экспериментальных установок и методов измерения ЧУ. В целом считается, что проведённый обзор факторов выбросов ЧУ значительно повысит точность будущих кадастров выбросов и оценок воздействия антропогенных выбросов ЧУ на климат, качество воздуха и здоровье человека.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368444917_Review_of_black_carbon_emission_factors_from_different_anthropogenic_sources

Затопление низменных арктических регионов может привести к разогреву и таянию многолетней мерзлоты за счёт изменения отражательной способности солнечной инсоляции поверхностью, увеличения подповерхностной влажности и теплопроводности почвы. Однако воздействие затопления на многолетнюю мерзлоту в условиях сплошной многолетней мерзлоты остается малоизученным. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, авторы использовали комбинацию имеющихся данных о затоплении дельты реки Икпикпук (реки на северном склоне Аляски) и численную модель для описания гидротермических процессов при затоплении прибрежной поймы. Сначала были смоделированы три наиболее частых паводка на основе данных об уровне воды на Икпикпуке: паводки а) в конце весны и начале лета, б) в середине и конце лета и в) в течение всех весны и лета. Затем воздействие этих наводнений на многолетнюю мерзлоту было смоделировано для одномерных столбов многолетней мерзлоты с использованием Advanced Terrestrial Simulator (ATSv1.0), модели многолетней мерзлоты, гидрологии и термодинамики. Полученные результаты показывают, что прибрежные паводки оказывают значительное влияние на динамику прибрежной многолетней мерзлоты, оказывая охлаждающее воздействие на поверхностные слои почвы и нагревая её более глубокие слои. Совокупные наводнения в течение нескольких лет могут вызывать постоянный разогрев глубоких недр, но охлаждать поверхностный слой. Продолжительность наводнения является основным фактором контроля вертикальной протяжённости таяния многолетней мерзлоты и углубления активного слоя.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368387364_The_thermal_response_of_permafrost_to_coastal_floodplain_flooding

Молния является основным предвестником природных лесных пожаров, и предполагается, что вспышки молнии с длительным непрерывным током (МДНТ) являются основными источниками лесных пожаров. Предыдущие исследования предсказывают изменение в глобальном масштабе частоты возникновения и пространственной картины молний. Тем не менее, чувствительность возникновения лесных пожаров, вызванных молнией, к изменению климата является неопределённой. Авторы исследуют космические измерения МДНТ, связанные с возгораниями, и представляют их прогнозы в рамках сценария RCP6.0 для 2090-х годов, применяя недавнюю параметризацию МДНТ, основанную на силе восходящего потока во время гроз. Обнаружено глобальное увеличение частоты вспышек МДНТ на 41%. Наибольшее увеличение наблюдается в Южной Америке, на западном побережье Северной Америки, в Центральной Америке, Австралии, Южной и Восточной Азии и Европе, в то время как в северных полярных лесах, где риск возникновения пожара может повлиять на выброс углерода из многолетней мерзлоты в почву, имеют место только региональные вариации. Эти результаты показывают, что схемы молний, в том числе МДНТ, необходимы для прогнозирования возникновения лесных пожаров, вызванных молнией, в условиях изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-36500-5

Сканирование с помощью искусственного интеллекта фиксирует из космоса крупные утечки практически в режиме реального времени.

Метан является скрытым парниковым газом, непредсказуемо утекающим из таких источников, как трубопроводы и газовые месторождения. Учёные решили поймать эти утечки в реальном времени. В прошлом наблюдатели должны были следить за вероятными местами с земли или с самолёта. Теперь крупные кратковременные утечки могут быть обнаружены автоматически из космоса в любой точке мира — это первый шаг к их устранению и замедлению изменения климата.

Новый метод, использующий искусственный интеллект для сканирования 12 миллионов ежедневных спутниковых наблюдений, может помочь будущим усилиям по обнаружению шлейфов в данных, собираемых спутниками, такими как Международная обсерватория выбросов метана, о которой в 2021 году объявила ООН. Хотя до сих пор этот метод фиксирует только самые большие выбросы, нет лучшей оказии для старта, говорит Илзе Абен (Ilse Aben), учёный из Нидерландского института космических исследований (SRON) и соавтор новой работы. «Это низко висящие плоды», — говорит она. «Если вы прилагаете усилия, чтобы остановить утечки метана, лучше начать с больших».

Команда SRON, стоящая за работой, появившейся в конце прошлого месяца в виде препринта в журнале Atmospheric Chemistry and Physics, теперь начала публиковать еженедельные результаты на своём веб-сайте. Только в прошлом месяце они обнаружили 192 шлейфа метана — некоторые постоянные, некоторые периодические — со скоростью выбросов более 10 тонн в час, сконцентрированные в Азии, но возникающие на всех континентах, кроме Антарктиды.

Хотя метан живёт в атмосфере немногим более десяти лет, прежде чем разлагается, он гораздо эффективнее удерживает тепло, чем углекислый газ (CO₂). С 2006 года уровень метана в атмосфере вырос примерно на 7%, и он является причиной примерно одной трети потепления на 1,2°C с доиндустриальных времен. Поскольку потепление приближается к 1,5°C, предполагаемому порогу «опасного» потепления, действия по сокращению выбросов метана рассматривались как способ «купить» немного больше передышки для достижения более долгосрочного сокращения выбросов CO₂.

В прошлом исследователям приходилось нацеливаться на места, где уже были известны выбросы метана, чтобы найти новые, говорит Райли Дюрен (Riley Duren), учёный по дистанционному зондированию из Университета Аризоны и генеральный директор Carbon Mapper, проекта стоимостью 100 миллионов долларов, который намерен запустить в конце этого года пару спутников, предназначенных для обнаружения шлейфов метана и CO₂. По его словам, новая техника «помогает заложить основу для будущего оперативного мониторинга с расширяющейся глобальной экосистемой метановых спутников».

Автоматический контролёр метана SRON использует прибор для мониторинга тропосферы (TROPOMI) на борту спутника Sentinel-5 Precursor, запущенного в 2017 году в рамках европейской программы наблюдения Земли Copernicus. Спектрометр TROPOMI, разработанный для мониторинга загрязнения атмосферы, также доказал свою способность обнаруживать инфракрасное свечение метана. Исследователи начали использовать спектрометр для наблюдения за регионами, которые уже известны как крупные источники метана. Но по словам Абена, они поняли, что частый глобальный охват спутника должен позволить бить тревогу о любых крупных выбросах метана.

Проблема заключалась в огромном объёме данных, из-за которого было трудно обнаружить шлейфы. Беренд Шуит (Berend Schuit), докторант SRON, обратился за помощью к искусственному интеллекту. Сначала он просмотрел данные TROPOMI за годы, предшествовавшие 2020-ому, идентифицировав около 800 эпизодов с подтверждёнными шлейфами, а также 2000 эпизодов без них. Вооружившись этими эпизодами, Шуит и его коллеги создали алгоритм для искусственного интеллекта, позволяющий распознавать шлейфы. Но он выдал слишком много ложных срабатываний, часто вызванных такими артефактами, как блуждающий край облака. В конце концов, авторы смогли создать надёжный фильтр, обучив искусственный интеллект обнаруживать признаки того, что результат может быть ложным, такими как увеличение отражательной способности облаков в эпизоде или несоответствие между направлением ветра и траекторией шлейфа.

Затем команда проверила алгоритмы на измерениях TROPOMI с 2021 года, обнаружив 2974 уникальных метановых шлейфа, которые они могли уверенно идентифицировать только по одному проходу спутника. Более 40% были связаны с добычей нефти и газа, ещё треть – со свалками, 20% – с угольными шахтами.

Примерно 5-километровое разрешение TROPOMI недостаточно для точного определения объекта, ответственного за каждый шлейф. Но будущие спутники должны обеспечить более чёткие снимки. Число спутников будет быстро расти в ближайшие несколько лет, в том числе с запуском спутника MethaneSAT Фонда защиты окружающей среды в конце этого года, за которым последуют Carbon Mapper и другие спутники с ещё более высоким разрешением.

У измерений метана из космоса есть недостатки, в том числе сложность различения свежих шлейфов от уже находящихся в воздухе, говорит Синь Лан (Xin Lan), учёный - специалист по углеродному циклу в Лаборатории исследования системы Земли Национального управления океанических и атмосферных исследований. И большая часть недавнего роста метана исходит не от отдельных крупных источников выбросов, а от более распределённых источников, включая тропические водно-болотные угодья, которые могут выделять больше метана в ответ на потепление. Но эта система предупреждения по-прежнему приветствуется, говорит Лан. «Возможность обнаруживать выбросы, — говорит она, — это первый шаг к действиям по их сокращению».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/global-alarm-system-watches-methane-superemitters

Усиление потепления суши по сравнению с океанами очевидно в недавних климатических наблюдениях. Оно возникает в результате взаимодействия влаги и тепла между сушей и морем и, следовательно, имеет важное значение для прогнозирования будущего потепления и доступности воды. Однако теоретическая основа усиления потепления суши никогда не проверялась за пределами короткого инструментального периода, и его пространственная картина и амплитуда остаются неопределёнными. Авторы исследуют усиление потепления суши во время последнего ледникового максимума (~20 тыс. лет) в низких широтах, где теория наиболее применима. Обнаружена замечательная согласованность между показателями палеотемпературы, теоретической и полученной в результате расчётов климатической модели для последнего ледникового максимума, а также для будущего климата. Таким образом, палеоклиматические данные обеспечивают новую важную поддержку усиления потепления суши, уточняя диапазон будущих усилений потепления суши для низких широт и низких высот до   (доверительный интервал 95%), т.е. потепление суши примерно на 40% больше, чем океана. Совпадение наблюдаемых данных и теоретического моделирования помогает согласовать морские и наземные прокси палеотемпературы последнего ледникового максимума с последствиями для равновесной чувствительности климата.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8119