Известно, что антропогенные выбросы аэрозолей и соединений-предтеч (precursors) существенно влияют на энергетический баланс системы Земля–атмосфера, изменяют формирование облаков и осадков, оказывают существенное влияние на здоровье человека и окружающую среду. Глобальные модели являются важным инструментом для изучения воздействия этих выбросов. В этом исследовании изучается чувствительность результатов модели к предполагаемой высоте впрыска SO₂, сезонности выбросов твёрдых частиц SO₂ и чёрного углерода, а также предполагаемой доли выбросов в атмосферу SO₂ в виде сульфатной фазы твёрдых частиц (SO₄) в 11 моделях климата и химии, включая модели переноса химических веществ и атмосферные компоненты моделей системы Земли. Обнаружены большие различия в атмосферном времени жизни в разных моделях для SO₂, SO₄ и чёрного углерода, причём особенно большие относительные вариации имеют место для SO₂, что указывает на то, что фундаментальные аспекты химии серы в атмосфере остаются неопределёнными. Из возмущений, рассмотренных в этом исследовании, предполагаемая высота впрыска SO₂ оказала наибольшее общее влияние, особенно на глобальный средний суммарный радиационный поток (максимальная разница -0,35 Вт м^-2), время жизни SO₂ над территорией Северного полушария (максимальная разница 0,8 дня), приземную концентрацию SO₂ (снижение до 59%) и приземную концентрацию сульфата (увеличение до 23%). Выбросы SO₂ на высоте постоянно увеличивали нагрузку на столбы SO₂ и SO₄ и коротковолновое охлаждение с разной степенью, но имели противоречивые эффекты в разных моделях на знак изменения подразумеваемого облачного воздействия. Предполагаемая доля выбросов SO₄ также оказала значительное влияние на суммарный радиационный поток и приземную концентрацию сульфатов. Поскольку эти свойства не стандартизированы для разных моделей, это является источником межмодельного разброса, которым обычно пренебрегают при взаимном сравнении моделей. Эти результаты подразумевают необходимость обеспечения точного и последовательного представления высоты впрыска антропогенных выбросов и доли выбросов SO₄ в глобальных моделях.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/14779/2023/

Потеря массы Антарктического ледяного щита преимущественно обусловлена увеличением расхода твёрдого льда, но её изменчивость определяется поверхностными процессами. Колебания снегопада контролируют баланс поверхностной массы опирающегося на сушу Антарктического ледяного щита, в то время как талая вода может спровоцировать обрушение шельфового ледника, что потенциально ускоряет расход. Учёт процессов на поверхности необходим для количественной оценки изменения массы Антарктического ледяного щита, но остаётся плохо представленным в климатических моделях, обычно работающих с разрешением 25–100 км. Здесь представлены баланс поверхностной массы и продукты поверхностного таяния, статистически уменьшенные до разрешения 2 км для современного климата (1979-2021 гг.) и сценариев низкого, умеренного и сильного потепления до 2100 года. Показано, что статистический даунскейлинг незначительно увеличивает современный баланс поверхностной массы (3%), но этого достаточно для согласования смоделированных и спутниковых изменений массы. Кроме того, плавление сильно увеличивается (46%), особенно вблизи линии соприкосновения с сушей, что лучше согласуется с данными натурных и спутниковых данных. Увеличение таяния сохранится к 2100 году во всех сценариях потепления, что свидетельствует о более высоких скоростях поверхностного таяния, чем предполагалось ранее.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-43584-6

Главные темы номера:

• Утверждение Климатической доктрины Российской Федерации;
• Публикация доклада Института народнохозяйственного прогнозирования РАН «Меняющийся климат и здоровье населения: проблемы адаптации»;
• 25-я сессия Северо-Евразийского климатического форума (СЕАКОФ-25);
• Открытие 28-й конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата в Дубае

Также в выпуске:

• • Президент о роли «Сириуса» в привлечении молодежи к решению проблем экологии
  • Комитет Госдумы по экологии и РАН займутся водными и климатическими вопросами
  • Правительство РФ утвердило постановление о создании системы государственного мониторинга многолетней мерзлоты
  • РЭО создаст систему учета выбросов парниковых газов на полигонах
  • ФосАгро сообщает о валидации корпоративной методики расчета углеродного следа продукции
  • На Ямале создадут динамическую «мерзлотную карту» изменений грунтов
  • При строительстве столичного метро применена передовая методика
  • Пермские ученые предложили меры по адаптации региона к климатическим изменениям
  • Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
  • ВМО призывает улучшить мониторинг все более неустойчивого водного цикла
  • ООН раскрыла потери для сельского хозяйства из-за стихийных бедствий
  • В МОК высказались о проблеме изменения климата для будущих Олимпиад 

Ссылка: выпуск бюллетеня №105 за октябрь - ноябрь 2023 г.

Неопределённость будущих климатических прогнозов является одним из самых больших препятствий, которые необходимо преодолеть в исследованиях потенциальных региональных последствий будущих климатических изменений. В отдалённых и климатически сложных регионах ограниченное число доступных прогнозов с использованием даунскейлинга может не обеспечить точного представления основной неопределённости будущего климата или возможного диапазона потенциальных сценариев. Поэтому глобальные прогнозы с использованием даунскейлинга в настоящее время являются одними из наиболее широко используемых наборов климатических данных в мире. Однако их редко исследуют на предмет репрезентативности местного климата или правдоподобия прогнозируемых изменений. Авторы анализируют полезность двух таких глобальных наборов данных (CHELSA и WorldClim2) в обеспечении правдоподобных будущих климатических сценариев для региональных исследований воздействия изменения климата. Представленный анализ был основан на трёх шагах: (1) стандартизация базового периода для сравнения имеющихся глобальных прогнозов с использованием даунскейлинга с региональными наборами данных, основанными на наблюдениях, и региональными «уменьшенными» наборами данных; (2) прогнозы с коррекцией систематической ошибки с использованием единой базовой линии, основанной на наблюдениях; и (3) контроль различия в исходных условиях между наборами данных, изучение закономерности и масштабы прогнозируемых климатических изменений на основе этих наборов данных, чтобы определить их правдоподобие в качестве будущих климатических сценариев, используя Гавайи в качестве регионального примера. Сосредоточив внимание на среднегодовой температуре и осадках, авторы показали, что прогнозируемые изменения климата на основе этих широко используемых глобальных наборов данных не только могут значительно отличаться друг от друга, но также могут выходить далеко за пределы диапазона будущих сценариев, полученных в результате региональных усилий по даунскейлингу. Поскольку модели распределения обычно создаются на основе этих наборов данных, дополнительно показано, как существенная часть изменчивости в будущих изменениях распределения может возникнуть в результате выбора используемого глобального набора данных. Следовательно, прогнозируемые изменения между базовым и будущим сценарием на основе этих глобальных прогнозов с использованием даунскейлинга требуют тщательной оценки перед использованием в исследованиях воздействия на климат, что редко делается в существующей литературе.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03623-z

По сравнению с оценками климатических моделей проекта CMIP5, воспроизведение площади морского льда Антарктики было улучшено на этапе 6 (CMIP6). Однако недостаток знаний о надёжности динамических и термодинамических процессов морского льда в моделях CMIP6 по-прежнему ограничивает точность прогнозов морского льда Антарктики. Здесь с использованием новой систематической статистической метрики была оценена эффективность моделей CMIP5 и CMIP6 с почти реалистичными площадями морского льда Антарктики. Авторы обнаружили улучшения оценок в моделях CMIP6 по сравнению с CMIP5. Более того, принудительное использование модели морского льда-океана с реанализом атмосферы привело к чрезмерной конвергенции льда по сравнению с полностью связанной моделью океана-моря льда-атмосферы, хотя смещение площади морского льда Антарктики могло быть намного меньшим. Эта преобладающая недостаточная дивергенция льда в моделях тесно коррелирует с отрицательным смещением толщины льда, что подчёркивает важность толщины льда для правильного моделирования динамики морского льда.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105265

Можно ожидать, что влияние увеличения концентрации углекислого газа (CO₂) в атмосфере на среднюю глобальную температуру приземного воздуха будет постоянным. Однако Х. Хе и др. (H. He et al.) обнаружили, что это не так. Удвоение концентрации CO₂ в атмосфере увеличивает воздействие любого роста содержания CO₂ примерно на 25% из-за изменений, вызванных базовым климатическим состоянием. Чем больше антропогенные выбросы CO₂ повысят его концентрацию в атмосфере, тем серьёзнее будут последствия. 

При оценке влияния изменений углекислого газа (CO₂) на климат Земли широко распространено мнение, что мгновенное радиационное воздействие, возникающее в результате удвоения заданной концентрации CO₂ (IRF_2×CO2), является постоянным и что различия в чувствительности климата возникают из-за различий в радиационных обратных связях или зависимости этих обратных связей от состояния климатологической базы. Авторы показывают, что IRF_2×CO2 не является постоянным, а скорее зависит от базового климатического состояния, увеличиваясь примерно на 25% при каждом удвоении содержания CO₂, и увеличилось примерно на 10% с доиндустриальной эпохи, главным образом из-за похолодания верхней стратосферы, что подразумевает пропорциональное увеличение чувствительности климата. Эта зависимость от базового состояния также объясняет около половины межмодельного разброса в IRF_2×CO2, проблема, которая сохраняется среди климатических моделей уже почти три десятилетия.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6872

Микроклимат – сложное нелинейное явление, на которое влияют как глобальные, так и локальные процессы. Его понимание играет ключевую роль в управлении природными ресурсами и оптимизации сельскохозяйственных процедур. Это явление можно эффективно отслеживать на локальных территориях, используя модели, объединяющие физические законы и алгоритмы, основанные на климатических данных и конформации местности. Климатические данные можно получить с близлежащих метеорологических станций, если таковые имеются, но в их отсутствие часто используются глобальные наборы климатических данных, описывающие территории масштабом 10 км. Настоящее исследование представляет инновационную модель микроклимата, которая сочетает в себе физические законы и глубокое обучение для воспроизведения изменений температуры и относительной влажности в метровом масштабе в пределах исследуемой территории, расположенной в предгорьях Ломбардии. Модель используется для проведения сравнительного исследования, чтобы выяснить, снижает ли использование набора глобальных климатических данных ERA5 в качестве входных данных точность модели при воспроизведении изменений микроклимата по сравнению с использованием данных, собранных Региональным агентством по охране окружающей среды Ломбардии с близлежащей метеорологической станции. Сравнительный анализ показывает, что использование местных метеорологических данных в качестве входных данных обеспечивает более точные результаты моделирования микроклимата. Однако в ситуациях, когда местные данные недоступны, использование глобальных климатических данных остаётся жизнеспособным и надёжным подходом.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-48028-1

В мире большое количество углерода хранится в лесах. Однако доля углерода, хранящегося в виде растительной биомассы, по сравнению с органическим углеродом почвы варьируется в зависимости от типа леса, и её потенциальные изменения в XXI веке остаются неопределёнными. Авторы использовали обширные данные, полученные из кадастров и в результате дистанционного зондирования, а также из оценок моделей проекта CMIP6, чтобы изучить динамику доли биомассы и органического углерода почвы в мировых лесах - текущей и в XXI веке. Обнаружено, что осадки, высота над уровнем моря, почва и лесные пожары являются основными факторами, контролирующими эти различия в запасах углерода. Согласно климатическому сценарию SSP5–8.5, модели CMIP6 прогнозируют, что соотношение биомассы к экосистемному углероду в мировых лесах увеличится в XXI веке, при этом наибольший рост произойдёт в бореальных лесах (95 ± 37%) по сравнению с влажными тропическими лесами (16 ± 15%). Изменения в пулах углерода в лесах, приводящие к увеличению доли биомассы, повлияют на нарушения взаимодействующих с климатической системой баланса углерода и энергии в экосистеме.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104612

Используя ансамбль моделей общей циркуляции атмосферы и океана в идеализированном эксперименте по изменению климата, это исследование оценивает вклад различных океанских процессов в потепление Северного Ледовитого океана. По среднему значению оценок моделей общей циркуляции атмосферы и океана потепление Северного Ледовитого океана превышает глобальное потепление океана как средневзвешенное по объёму, так и на большинстве глубин в пределах верхних 2000 м. Однако неопределённость потепления Северного Ледовитого океана намного больше, чем глобального. Потепление в Арктике достигает наибольшего значения на глубине нескольких сотен метров ниже поверхности, и в нём преобладает приток дополнительного тепла, добавляющегося в более низких океанских широтах и передаваемого в Арктику главным образом за счёт крупномасштабной баротропной циркуляции океана. Изменение силы этой циркуляции в Северной Атлантике относительно невелико и не коррелирует с потеплением Северного Ледовитого океана. Потеплению Северного Ледовитого океана противодействует и существенно смягчает его ослабление атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, хотя величина этого эффекта имеет большой модельный разброс. Ослабление атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, уменьшая перенос тепла на север, вызывает перераспределение тепла из высоких широт в низкие. В пределах Северного Ледовитого океана на распространение тепловых аномалий влияют расширение циклонической циркуляции на востоке и ослабление антициклонической циркуляции на западе. В среднем потепление Северного Ледовитого океана наиболее выражено в Евразийском бассейне, с большим разбросом в модельных оценках и сопровождается подповерхностным охлаждением за счёт диапикнального перемешивания и перераспределения тепла мезомасштабными вихрями.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06986-2

Учёные исследуют важность сети тихоокеанских буёв для мониторинга и прогнозирования Эль-Ниньо – Южного колебания.

Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК) – климатическое явление, включающее фазы тёплого Эль-Ниньо, прохладного Ла-Нинья и нейтрального климата – происходит в цикле, который длится 2–7 лет. Когда ЭНЮК формируется, оно вызывает аномальную погоду, которая может спровоцировать лесные пожары, вызвать засуху или наводнение, а также нарушить сельскохозяйственное производство. Из-за его глобального воздействия точное прогнозирование экстремальных явлений ЭНЮК жизненно важно для здоровья человека и экономики.
Причальная группа Тропической атмосферы океана (TAO) и Треугольной трансокеанской сети буев (TRITON) расположена по обеим сторонам экватора в тропической части Тихого океана и на протяжении десятилетий является важнейшим компонентом многонациональной системы наблюдения за тропической и тихоокеанской зоной (TPOS). Система TAO/TRITON собирает данные о температуре, солёности, скорости и приповерхностных метеорологических данных, используемых для прогнозирования климата.
В ответ на потерю ресурсов мониторинга был сформирован международный проект Синергетической сети наблюдений для прогнозирования состояния океана (SynObs) с целью определения лучшей системы для мониторинга и прогнозирования ЭНЮК, а руководящая группа инициативы TPOS разработала планы по реконфигурации массива. В рамках усилий Хакерт и др. (Hackert et al.) исследовали роль данных TAO/TRITON в этих прогнозах. Авторы провели два моделирования явления Эль-Ниньо 2015 года: одно с использованием данных TAO/TRITON, а другое — без этих данных.
Результаты показали, что модель, ассимилирующая данные TAO/TRITON, обеспечивает более точные оценки температуры и солёности по сравнению с моделью без этих данных. Эти данные заметно улучшили реконструкцию восточной тропической части Тихого океана — у побережья Южной Америки, — где подъём холодной воды формирует климатическую реакцию ЭНЮК. В том же регионе модель TAO/TRITON лучше прогнозирует повышение температуры поверхности моря, определяющее Эль-Ниньо. Кроме того, данные с причальной установки помогают выявить амплитуду и время возникновения волн Кельвина и Россби — особых видов океанских волн, необходимых для циклического развития ЭНЮК.
Результаты подчёркивают ценность приэкваториальных причалов и демонстрируют влияние данных TAO/TRITON на прогнозирование ЭНЮК. Авторы отмечают, что результаты могут помочь в будущих проектах сетей, поскольку управляющие агентства обновляют системы наблюдения. (Journal of Geophysical Research: Oceans, https://doi.org/10.1029/2023JC020039, 2023)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/bolstered-by-buoys-predicting-el-nino