Минеральные пылевые аэрозоли влияют на энергетический баланс Земли посредством взаимодействия с радиацией, облаками, химическим составом атмосферы, криосферой и биогеохимическими процессами. В этом обзоре обобщены указанные взаимодействия и оценены результирующие воздействия пыли и изменений в ней на глобальный климат и его изменение. Суммарный эффект взаимодействия пыли на глобальный энергетический баланс Земли — эффективное радиационное воздействие пыли — составляет −0,2 ± 0,5 Вт м⁻² (доверительный интервал 90%), что позволяет предположить, что пыль в итоге имеет охлаждающий эффект. Глобальная масса пыли увеличилась на 55 ± 30% с доиндустриальных времен, в основном за счёт увеличения её из Азии и Северной Африки, что привело к изменениям в энергетическом балансе Земли. Действительно, это увеличение количества пыли привело к глобальному среднему эффективному радиационному воздействию, равному −0,07 ± 0,18 Вт м⁻², что несколько противодействует парниковому потеплению. Существующие климатические модели и оценки климата не отражают историческое увеличение содержания пыли и, таким образом, не учитывают результирующее радиационное воздействие, искажающее прогнозы изменения климата и оценки чувствительности климата. Модельные оценки будущих изменений массы пыли сильно расходятся и являются очень неопределёнными. Таким образом, необходима дальнейшая работа по уточнению радиационного воздействия пыли на климат и улучшению учёта пыли в климатических моделях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00379-5

Оксиды азота (NOx = NO₂ + NO) играют центральную роль в каталитическом образовании тропосферного озона. Двуокись азота (NO₂) недавно вновь стала ключевым объектом мер по контролю за загрязнением воздуха, и данные наблюдений указывают на ограниченное понимание поведения озона в средах с высоким содержанием NOx. Таким образом, полное понимание механизмов, контролирующих быстрые атмосферные циклы между озоном (O₃)–оксидом азота (NO)–NO₂ в режимах с высоким содержанием NOx на поверхности, имеет первостепенное значение, но остаётся сложным из-за конкурирующих динамических и химических эффектов. Авторы представляют долгосрочные измерения методом вихревой ковариации O₃, NO и NO₂ над городской территорией, позволяющие выделить важные физические и химические процессы. В обобщённом виде полученные результаты показывают, что осадочный поток O₃ вблизи поверхности в городской среде ничтожен по сравнению с потоком, обусловленным химическими превращениями O₃. Это приводит к недооценке соотношения Лейтона* и является ключевым процессом для изменения отношения смеси NO2 в городах. Как следствие, первичные выбросы NO₂ были значительно завышены.  

*Соотношение Лейтона представляет собой уравнение, определяющее концентрацию тропосферного озона в районах, загрязнённых присутствием оксидов азота.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add2365

Изменение климата усиливает засушливые и жаркие экстремальные явления, однако механизм, рамки и временные масштабы причинно-следственных связей между ними остаются недостаточно изученными. Используя концепцию системной динамики, авторы исследуют разномасштабные взаимодействия в сетях экстремальных явлений «сухое-жаркое» и «жаркое-сухое» и количественно определяют величину, временной масштаб и физические факторы каскадных эффектов засухи при высоком нагреве и обратного по всему миру. Обнаружено, что места, демонстрирующие исключительно сильные «горячие точки» для экстремумов от сухого к жаркому и от жаркого к сухому, как правило, совпадают. Однако каскадные эффекты сильно различаются по временной шкале взаимодействия, гидроклиматическим факторам и чувствительности к изменениям в континууме «почва-растение-атмосфера» и фоновой засушливости. Каскадный эффект засухи при высоком нагреве в «горячих точках» достигает своего пика сразу же из-за комбинированного влияния дефицита давления водяного пара, потенциальной эвапотранспирации и количества осадков. Напротив, в пиках каскадных эффектов нагрева при засухе постепенно преобладали одновременные изменения потенциальной эвапотранспирации, количества осадков и суммарной радиации, при этом эффект дефицита давления водяного пара строго контролировался изогидричностью* экосистемы и фоновой засушливостью. Представленные результаты помогают улучшить понимание причинно-следственных связей и предсказуемость сложных экстремальных явлений и вызванных ими последствий.

*Изогидричность – способность сохранять постоянство концентрации водородных ионов (Словарь медицинских терминов)

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35748-7

Арктика — это регион на Земле, который нагревается быстрее всего. В дополнение к росту среднего значения переменных, связанных с температурой, на арктические экосистемы влияют всё более частые экстремальные погодные явления, вызывающие нарушение в арктических экосистемах. Авторы представляют новый набор данных биоклиматических индексов, актуальных для изучения изменений экосистем арктической суши. Набор данных, названный ARCLIM, состоит из нескольких климатических индексов и типов событий для северных высокоширотных участков суши (> 45° с.ш.). Индексы рассчитываются на основе почасовых данных реанализа ERA5-Land за 1950–2021 гг. на пространственной сетке с разрешением 0,1 градуса (~ 9  км). Индексы представлены тремя подмножествами: (1) годовые значения за 1950–2021 гг.; (2) средние условия по климатологии 1991–2020 гг.; и (3) временные тренды за 1951–2021 гг. 72-летние временные ряды различных индексов климата и типов событий рисуют полную картину возникновения и повторяемости экстремальных погодных явлений и климатической изменчивости изменяющегося арктического биоклимата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-01959-w

Чёрный углерод, попадающий в атмосферу при неполном сгорании ископаемого топлива и биомассы, оказывает суммарное нагревающее воздействие на неё и снижает альбедо при отложении на льду и снегу; точное знание его прошлых выбросов имеет важное значение для количественной оценки и моделирования связанных с ними глобальных воздействий на климат. Хотя подходы «снизу-вверх» обеспечивают исторические оценки выбросов чёрного углерода, широко используемые в моделях системы Земля, они плохо согласуются с наблюдениями до конца ХХ века. Авторы используют метод объективной инверсии, основанный на подробном моделировании атмосферного переноса и отложений, для реконструкции выбросов за период с 1850 по 2000 гг. по тринадцати наборам данных ледяных кернов Северного полушария. Обнаружены существенные расхождения между реконструированными выбросами чёрного углерода и существующими оценками, сделанными с использованием подхода «снизу-вверх», которые не полностью охватывают сложные пространственно-временные структуры выбросов. Выводы авторов подразумевают необходимость внесения изменений в существующие исторические оценки радиационного воздействия чёрного углерода с потенциальными последствиями для чувствительности климата в соответствии с наблюдениями.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35660-0 

Вырубленные тропические леса считаются важными поглотителями углерода в его глобальных балансах из-за восстановления древесной биомассы, отрастающей после вырубки, но это предположение игнорирует одновременные потери углерода из экосистемы. Авторы обнаружили, что при количественной оценке всех источников и стоков экосистемного углеродного баланса вырубленные тропические леса являются чистым источником углерода в атмосфере. Этот источник сохраняется не менее 10 лет после вырубки, а это означает, что темпы связывания углерода в восстанавливающихся тропических лесах, вероятно, намного ниже, чем предполагалось.

Вырубленные и структурно деградировавшие тропические леса быстро становятся одним из наиболее распространённых видов землепользования во всех тропиках и обычно считаются суммарным стоком углерода, поскольку в них наблюдается быстрый рост деревьев. Тем не менее, это предположение основано на кадастрах лесной биомассы, в которых регистрируется восстановление запасов углерода, но не учитываются одновременные потери углерода из почвы и некромассы. Авторы использовали лесные участки и вихревую ковариационную башню для количественной оценки и разделения суммарного обмена CO₂ в экосистеме малайзийского Борнео, региона, являющегося горячей точкой обезлесения и деградации лесов. Приведённые данные представляют собой полный углеродный баланс тропических лесов, измеренный на протяжении всей лесозаготовки и последующего восстановления; обнаружено, что они представляют собой существенный и постоянный суммарный источник углерода. В соответствии с существующими публикациями, это исследование показало значительно больший прирост древесной биомассы в умеренно и сильно вырубленных лесах по сравнению с не подверженными вырубанию лесами, но этому противодействовали гораздо большие потери углерода из органического вещества почвы и валежной древесины в вырубленных лесах. По оценкам авторов, средний источник углерода составляет 1,75 ± 0,94 Мг C га^-1 год^-1 на умеренно вырубленных участках и 5,23 ± 1,23 Мг C га^-1 год^-1 на нестабильно вырубаемых и сильно деградированных участках, при этом выбросы продолжаются с такими темпами в течение по крайней мере одного десятилетия после лесозаготовки. Эти данные прямо противоречат принятому по умолчанию допущению о том, что восстановление вырубленных и деградировавших тропических лесов является суммарным стоком углерода, а это означает, что количество углерода, поглощаемого тропическими лесами мира, может быть значительно ниже, чем оценивается в настоящее время.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214462120 

Это исследование является первым, включающим сценарии перехода от стока к источнику CH₄ в связи с изменением климата, оно даёт глобальную оценку балансов почвенного CH₄ в естественных наземных экосистемах в контексте изменения климата. Усиление воздействия изменения климата на выбросы CH₄ в основном связано с увеличением выбросов CH₄ из естественных горных экосистем. Хотя повышенное поглощение CH₄ лесными и пастбищными почвами, вызванное ростом температуры и уменьшением количества осадков, может компенсировать некоторую часть дополнительных источников CH₄, при существенном увеличении количества осадков эти поглотители окажутся незначительными. Представленные результаты подчёркивают, что будущее изменение климата ослабит естественную буферную способность наземных экосистем в отношении выбросов CH₄ и, таким образом, сформирует спираль положительной обратной связи между выбросами метана и изменением климата.

Увеличение выбросов парниковых газов вызывает беспрецедентное изменение климата, что, в свою очередь, приводит к изменению масштабов выбросов и абсорбции (имеется в виду окисление атмосферного CH₄ метанотрофами в почве) атмосферного CH₄ в наземных экосистемах. В глобальном балансе CH₄ преобладающим естественным источником являются водно-болотные угодья, а главным биологическим поглотителем - горные почвы. Однако неясно, обменивается ли почвенный CH₄ между наземными объектами и каким образом экосистемы и атмосфера будут затронуты потеплением и изменениями в характере осадков. Авторы синтезируют 762 наблюдения за данными о потоках CH₄ в почве in situ, основанными на данных камерного метода за последние три десятилетия, связанных с изменениями температуры и осадков в основных наземных экосистемах по всему миру. Мета-анализ показывает, что потепление (среднее потепление +2°C) способствует поглощению CH₄ почвой возвышенностей и выбросу CH₄ из почвы водно-болотных угодий. Уменьшение количества осадков (в диапазоне от -100% до -7% местного среднегодового количества осадков) стимулирует поглощение CH₄ горными почвами. Увеличение количества осадков (от +4% до +94% местного среднегодового количества осадков) ускоряет выброс CH₄ из почвы нагорья. К 2100 г. при общей социально-экономической траектории с высоким уровнем радиационного воздействия (SSP585) выбросы CH₄ от глобальных наземных экосистем увеличатся на 22,8 ± 3,6 Тг CH₄ год^–1 в качестве дополнительного источника CH₄, что может быть в основном связано с увеличением количества осадков над 30° с.ш. Этот мета-анализ убедительно свидетельствует о том, что изменение климата в будущем ослабит естественную буферную способность наземных экосистем относительно потоков CH₄ и, таким образом, вносят свой вклад в спираль положительной обратной связи.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/367027487_Global_climate_change_increases_terrestrial_soil_CH_4_emissions 

Это исследование даёт количественную оценку вклада в потепление поверхности Арктики зимой от изменений в переносе энергии в тропосфере (F_trop) и эффективности, с которой F_trop нагревает поверхность в сценарии RCP8.5 большого ансамбля моделей системы Земля. Метрика этой эффективности, E_trop, измеряет долю аномального F_trop, которая уравновешивается аномальным суммарным поверхностным потоком. Драйверы E_trop выявляются в событиях синоптического масштаба, во время которых F_trop является доминирующим драйвером суммарного поверхностного потока. Etrop чувствительна к вертикальной структуре Ftrop и ранее существовавшей арктической стабильности нижней тропосферы. В RCP8.5 среднезимняя F_trop уменьшается с 95,1 до 85,4 Вт·м⁻², а E_trop увеличивается на 5,7%, вероятно, из-за снижения стабильности нижней тропосферы в Арктике, что указывает на усиление связи между F_trop и балансом поверхностной энергии. Суммарное влияние снижения F_trop и повышения эффективности представляет собой положительный вклад 0,7 Вт·м⁻² в поверхностный нагрев в зимний сезон.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100834

Арктическое усиление имеет отчётливую сезонную зависимость; оно самое слабое бореальным летом и наиболее сильное зимой. Авторы анализируют результаты расчётов из больших ансамблей SMILE и CMIP5, чтобы расшифровать сезонную эволюцию изменения климата в Арктике. Модельные результаты согласуются в том, что годовой максимум Арктического усиления смещается с осени на зиму в течение XXI века, это сопровождается аналогичными сдвигами в таянии морского льда и поверхностных турбулентных потоков тепла, тогда как максимум осадков смещается только на позднюю осень. Однако точные сезонные сроки и величина этих сдвигов весьма неопределённы. Разделение неопределённостей от структурных различий моделей, сценариев выбросов и внутренней изменчивости показывает, что различия моделей преобладают над общей неопределённостью, также претерпевающей переход от осени к зиме. Также обнаружено, что неопределённость сценария не имеет значения для прогнозов Арктического усиления. Эти результаты подчёркивают, что понимание различий между моделями имеет решающее значение для снижения неопределённости прогнозируемых изменений климата в Арктике.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100745

Западная Антарктика испытала резкие потери льда, что способствовало глобальному повышению уровня моря в последние десятилетия, особенно из-за потерь ледников Пайн-Айленд и Туэйтс. Хотя эти потери свидетельствуют о продолжающейся нестабильности морского ледяного щита, прогнозы скорости потерь льда в будущем осложняются ограниченными наблюдениями вдоль прибрежного периметра Западной Антарктиды того, как скорость отступления может регулироваться изменениями климатического воздействия. Здесь получен всесторонний 12-летний отчёт об отступлении ледников вокруг обращённой к Тихому океану окраины Западной Антарктиды, который сравнивается с одновременными оценками потока льда, потери массы, состояния Южного океана и атмосферы. В период с 2003 по 2015 гг. темпы отступления и ускорения ледников были значительными вдоль береговой линии моря Беллинсгаузена, но замедлились вдоль побережья моря Амундсена. Авторы связывают это с междесятилетним подавлением западных ветров в море Амундсена, уменьшившим приток тёплых вод к его заливу. Эти результаты обеспечивают прямые наблюдения того, что скорость, размеры и масштабы дестабилизации льда вокруг Западной Антарктиды варьируются в зависимости от местоположения, при этом реакция моря Амундсена наиболее чувствительна к междесятилетней изменчивости атмосферы и океана. Таким образом, модельные прогнозы, учитывающие регионально разрешённые взаимодействия льда, океана и атмосферы, будут важны для точного прогнозирования краткосрочной эволюции Антарктического ледяного щита.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35471-3