Модели поверхности суши являются важными инструментами для оценки глобальных выбросов метана (CH₄) водно-болотных угодий и прогнозирования их поведения в пространстве и времени. На данный момент не существует модельных оценок действия драйверов в различных временных масштабах. В этом исследовании авторы применили вейвлет-анализ для определения доминирующих временных масштабов, способствующих неопределённости модели в частотной области. Они оценили семь моделей водно-болотных угодий на 23 участках вихревых ковариационных башен. Это исследование сначала характеризует закономерности потоков CH₄ (FCH₄) в пресноводных водно-болотных угодьях в различных временных масштабах. Подход Монте-Карло был разработан для включения ошибки наблюдения потока, чтобы избежать неправильной идентификации временных масштабов, доминирующих над ошибкой модели. Представленные результаты показывают, что (а) значительные расхождения между моделями и наблюдением происходят в основном в многодневных временных масштабах (<15 дней); (б) большинство моделей могут отражать изменчивость CH₄ в месячном и сезонном масштабах времени (>32 дней) для водно-болотных угодий бореальной и арктической тундры, но имеют значительную погрешность в изменчивости в сезонных временных масштабах для участков с умеренным и тропическим/субтропическим климатом; (в) ошибки модели демонстрируют увеличение спектра мощности по мере увеличения масштаба времени, что указывает на то, что систематические ошибки во временных масштабах <5 дней могут способствовать постоянным систематическим ошибкам в более длительных временных масштабах; и (г) различия в структуре ошибок связаны со структурой модели (например, показателем производства CH₄). Полученная оценка предполагает необходимость точного воспроизведения изменчивости FCH₄, особенно в краткосрочных масштабах, при будущих разработках моделей CH₄ водно-болотных угодий.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022JG007259

По данным Службы по изменению климата Copernicus Европейского Союза, в октябре был снова побит ежемесячный мировой рекорд температуры, что продолжило длительную череду необычайных температур поверхности суши и океана, а также низкого уровня морского льда. Октябрь стал пятым месяцем подряд с рекордно высокими глобальными температурами.
Это означает, что 2023 год почти наверняка станет самым тёплым годом за всю историю наблюдений. ВМО подтвердит это в своем предварительном докладе «Состояние глобального климата в 2023 году», который будет опубликован 30 ноября, в день открытия конференции ООН по изменению климата COP28.

Чтобы предоставить долгосрочную перспективу лицам, принимающим решения на COP28, ВМО также опубликует десятилетний отчёт о состоянии глобального климата на 2011-2020 гг. Ежегодный доклад о факторах изменения климата – концентрациях парниковых газов в результате деятельности человека – будет опубликован 15 ноября.
ВМО использует несколько международных наборов данных для своих отчётов о состоянии глобального климата, включая набор данных реанализа ERA5 Службы изменения климата Copernicus, реализуемый Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды.
Это был безусловно самый тёплый октябрь за всю историю наблюдений: на 0,85°C выше среднего показателя за 1991-2020 гг. и на 0,40°C выше предыдущего самого тёплого октября. По данным ERA5, глобальная температурная аномалия стала второй по величине за все месяцы в наборе данных ERA5 после сентября 2023 года.
За текущий календарный год, с января по октябрь, средняя глобальная температура в 2023 году является самой высокой за всю историю наблюдений, на 1,43°C выше среднего доиндустриального периода 1850-1900 гг. и на 0,10°C выше, чем среднее десятимесячное значение для 2016 года.
Средняя температура поверхности моря в октябре в районе 60°ю.ш.–60°с.ш. составила 20,79°C, что является самым высоким показателем за октябрь.
Октябрь стал шестым месяцем подряд, когда протяжённость морского льда в Антарктике оставалась на рекордно низком уровне для этого времени года, с месячным значением на 11% ниже среднего. Протяжённость арктического морского льда достигла седьмого самого низкого значения за октябрь, на 12% ниже среднего.
Условия Эль-Ниньо продолжали развиваться в экваториальной части Тихого океана, хотя аномалии остаются ниже тех, которые были достигнуты в это время года во время развития исторически сильных событий 1997 и 2015 годов.
В октябре 2023 года количество осадков было выше среднего на большей части территории Европы: шторм «Бабет» обрушился на север Европы, а шторм «Алин» – на Португалию и Испанию, вызвав сильные осадки и наводнения.

Ссылка: https://public.wmo.int/en/media/news/world-had-warmest-october-record

Летние температуры приземного воздуха над Евразией демонстрируют неравномерную многодесятилетнюю структуру с 1990-х годов, с усилением потепления над Европой – Западной Азией (ЕЗА) и Северо-Восточной Азией (СВА) и слабым потеплением над Центральной Азией. Однако нынешние климатические модели могут неадекватно отражать эту региональную структуру. В этом исследовании авторы оценили эффективность 44 моделей из CMIP6 при моделировании десятилетней изменчивости температур Евразии. Результаты показывают, что все модели CMIP6 в целом воспроизводят крупнейшие тенденции температуры приземного воздуха с 1985 по 2020 гг. в ЕЗА и СВА. Однако модели не могут отразить неоднородную картину потепления, а величины температуры приземного воздуха недооценены в большинстве моделей CMIP6. Авторы сравнили «хорошие» и «плохие» ансамбли, представляющие собой лучшие и худшие модели неравномерного потепления, чтобы понять межмодельный разброс. Модели BMME (с лучшим рейтингом) отражают цуги волн удалённой связи от северо-западной Европы до Восточной Азии и связанные с ними летние североатлантические колебания, подобные изменениям циркуляции. Напротив, модели WMME (с худшим рейтингом) не способны воспроизвести такие связи. Контраст между моделями BMME и WMME даёт определённую уверенность в том, что неоднородная картина потепления над Евразией тесно связана с волнообразной картиной верхней тропосферы над ней. Если такие изменения атмосферной циркуляции невозможно воспроизвести, неравномерное потепление над Евразией не будет уловлено. Эти результаты предполагают фундаментальную закономерность изменений атмосферной циркуляции, определяющей неравномерные изменения потепления в моделировании.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2023JD039267

Глобальные климатические модели представляют ценность для оценки будущего водоснабжения и многолетней гидрологической засухи. Используя их данные, авторы разработали и проанализировали глобальные сценарии среднегодового стока за период в 640 лет. Данные восемнадцати моделей общей циркуляции оцениваются на предмет качества и корректируются с учётом наблюдений. Беспрецедентные прогнозы среднего стока, серьёзности и продолжительности засухи обнаружены для 37%, 28% и 23% проанализированной мировой площади суши соответственно, при этом на всех континентах находятся регионы с риском более засушливого будущего. В то же время в северных широтах наблюдаются свидетельства увеличения стока, менее сильных и кратковременных засух. За пределами этих регионов прогнозы либо неотличимы от внутренней изменчивости климата, либо ненадёжны из-за противоречивых соотношений сигнал/шум и ансамблевого согласия. Этот анализ способствует глобальному зазору в понимании будущих многолетних гидрологических засух, которые могут представлять собой значительные социально-экономические риски.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00496-y

Летнее Североатлантическое колебание является основным режимом атмосферной изменчивости в североатлантическом регионе и оказывает значительное влияние на региональный летний климат Европы, Северной Америки и Азии. Однако современные системы динамического сезонного прогнозирования не демонстрируют значительных успехов в прогнозировании летнего Североатлантического колебания, в результате чего общество оказывается плохо подготовленным к экстремальным летам. Здесь показана неожиданная роль стратосферы в возникновении летнего Североатлантического колебания как в системах наблюдений, так и в системах прогнозирования климата. Обнаружено, что аномальная сила полярного вихря нижней стратосферы поздней весной распространяется вниз и влияет на летнее Североатлантическое колебание. Определены окна возможностей для полезных уровней качества прогнозирования летнего Североатлантического колебания как в 50% лет, когда поздневесенний полярный вихрь аномально силен/слаб, так и, возможно, раньше, если в конце зимы произойдёт внезапное потепление в стратосфере. Однако авторы показывают, что динамические сигналы модели являются ложно слабыми, и для получения надёжных сигналов требуются большие ансамбли, и идентифицируют летний «парадокс сигнала к шуму», обнаруженный в зимней атмосферной циркуляции. Эти результаты открывают возможности для ряда новых летних климатических услуг, в том числе для сельского хозяйства, водного хозяйства и здравоохранения.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01063-2

В условиях продолжающегося уплотнения городов выявление воздействия городских структур на тепловую среду необходимо для проектирования, адаптивного к климату. В этом исследовании использовались графики «случайного леса» и частичных разностей, чтобы отобразить относительную важность и взаимозависимые эффекты сложной морфологии зданий на изменчивость температуры поверхности Земли. Были рассчитаны шесть пространственных факторов: плотность застройки, средняя высота здания, разница высот зданий, коэффициент площади этажа, объёмная плотность здания и средний коэффициент компактности на сетках 90, 300, 600 и 900 м. Результаты показали, что плотность застройки, средний коэффициент компактности и средняя высота здания оказывали стабильное и значительное влияние на температуры поверхности Земли с самой высокой точностью прогноза в масштабе окрестности 600 м, а коэффициент площади этажа и объёмная плотность здания наименее коррелировали с изменениями температуры поверхности Земли. Между тем, влияющие факторы имели разные структуры корреляции с температурой поверхности Земли. Среди них увеличение плотности застройки оказало положительное линейное влияние на температуру поверхности Земли. Средний коэффициент компактности и средняя высота здания нелинейно коррелировали с изменением температуры поверхности Земли, а также были идентифицированы их пороговые значения охлаждающего эффекта. В дополнение к контролю над плотностью застройки было также высказано предположение, что комплексное обустройство большего числа зданий небольшого объёма, а также увеличение высоты зданий для роста теневого покрытия в большей степени способствуют смягчению воздействия тепла на Землю.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-46437-w

Фракция морского льда над морями Росса/Амундсена/Беллинсгаузена изучается с использованием современного ретроспективного анализа для исследований и применения MERRA-2, с упором на различия во временной реакции на Эль-Ниньо – Южное Колебание (ЭНЮК) между концом ХХ (1980–2000 гг., L20) и началом XXI века (2001–2021 гг., E21). Результаты показывают, что типичная реакция Антарктики на ЭНЮК зависит от изменений типа/интенсивности ЭНЮК, что подчёркивает необходимость осторожности при исследовании антарктической удалённой связи. Регрессии с задержкой по времени на зрелую фазу Эль-Ниньо показывают, что снижение фракции морского льда и увеличение температуры поверхности моря по сравнению с морями Росса/Амундсена/Беллинсгаузена относительно слабее в E21 и наиболее выражено при лаге 0–4 месяца. И наоборот, фракция морского льда в L20 продолжает снижаться и достигает своего пика с двухсезонным лагом (5–7 месяцев). Тропосферный ветер, давление и волновая активность в ответ на Эль-Ниньо в L20 демонстрируют зонально ориентированные области высокого/низкого давления с двухсезонным лагом, усиливая поток, направленный к полюсу, играющий ключевую роль в таянии морского льда в морях Росса/Амундсена/Беллинсгаузена, в то время как эта закономерность в Е21 незначительна при том же лаге. Это исследование предполагает, что более сильные (более слабые) и более восточные (центральные) ЭНЮК Тихого океана в среднем в L20 (E21) связаны с этим десятилетним изменением реакции фракции морского льда на ЭНЮК.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/11/1659

Глобальное потепление в XXI веке изменит частоту экстремальных климатических явлений, таких как высокотемпературные аномалии и «волны тепла». Наблюдения за экстремально высокими температурами в течение последних десятилетий выявили тенденцию к увеличению частоты их возникновения, а современные модели глобального климата, например, проекта взаимного сравнения климатических моделей (CMIP), в частности, CMIP5 и CMIP6, предсказали ускорение температурных тенденций и явлений высоких температур к 2100 году в соответствии с прогнозируемыми сценариями выбросов парниковых газов. Таким образом, ожидается, что в XXI веке произойдут существенные изменения в возникновении экстремальных явлений, когда современные экстремальные, но редкие явления с высокой температурой станут обычным явлением в летние месяцы. Растущая частота экстремальной жары может повлиять на здоровье и устойчивость социальных, биологических и инфраструктурных систем во многих регионах мира, подчёркивая необходимость точных и надёжных долгосрочных оценок климатических изменений в глобальном и региональном масштабах. До сих пор многие исследования экстремальных высоких температур проводились в рамках сценариев «конечной точки», например, путём сравнения прогнозируемых моделями глобального климата изменений частоты экстремальных высоких температур, ожидаемых в конце XXI века относительно конца XX века. В этом исследовании авторы использовали теорию экстремальных значений и десятилетия наблюдений экстремальных высоких температур на тысячах метеорологических станций по всей Северной Америке, чтобы исследовать непрерывные сдвиги в частоте экстремально высоких температур из-за прогнозируемых тенденций локального потепления. Обнаружено, что вероятность превышения 50-летних экстремально высоких температур возрастает экспоненциально с увеличением средней местной температуры. На большинстве изученных здесь станций повышение местной средней температуры на 0,5–1°С может удвоить вероятность превышения 50-летних экстремально высоких температур. Судя по прогнозам температуры, зависящим от времени, вероятность превышения 50-летних явлений экстремально высоких температур удваивается примерно каждые 20 лет (или раньше) для 96% станций. Более того, обнаружено, что для 80% исследованных станций в Северной Америке 50-летние экстремально высокие температуры будут превышаться ежегодно до 2100 года.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-41347-3

Влияние человека было чётко обнаружено во многих частях климатической системы. Методы, основанные на закономерностях, широко использовались для оценки силы предсказанных моделью «отпечатков», как антропогенных, так и естественных, в данных наблюдений. Однако отдельные исследования с использованием разных методов анализа и временных периодов дают противоречивые оценки величины влияния антропогенных аэрозолей в зависимости от того, исследовали ли они тропосферу, поверхность или океан. Снижение неопределённости воздействия аэрозолей на климатическую систему имеет решающее значение для понимания прошлых изменений климата и получения более надёжных оценок чувствительности климата. Чтобы согласовать расходящиеся оценки аэрозольных эффектов, полученные в предыдущих исследованиях, авторы применили один и тот же метод обнаружения и атрибуции на основе регрессии к трём различным переменным: температуре средней и верхней тропосферы, температуре поверхности и содержанию тепла в океане. Обнаружено, что количественные оценки влияния человека в наблюдениях согласуются между этими тремя независимо контролируемыми компонентами климатической системы. Объединение данных о тропосфере, поверхности и океане в единый многомерный «отпечаток» приводит к небольшому (~10%) снижению неопределённости величины «отпечатка» парниковых газов, но значительному (~40%) - антропогенного аэрозоля. Такое снижение неопределённости приводит к значительно более раннему времени обнаружения многомерного аэрозольного «отпечатка» по сравнению со временем обнаружения аэрозольного «отпечатка» в каждой из трёх отдельных переменных. Эти результаты подчёркивают преимущества анализа данных по тропосфере, поверхности и океану в исследованиях обнаружения и атрибуции, а также мотивируют будущую работу по дальнейшему ограничению неопределённостей в воздействии аэрозолей на климат.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/36/22/JCLI-D-23-0068.1.xml

Исследователи использовали глубокое обучение, чтобы заполнить пробелы в «неоднородных» данных о качестве воды, выявив десятилетнюю тенденцию к более тёплым и менее насыщенным кислородом рекам, что может иметь тревожные последствия.

Дефицит или отсутствие кислорода в водоёмах Земли может увеличить выбросы парниковых газов, мобилизовать токсины металлов и задушить водную жизнь, дышащую кислородом. Хотя деоксигенация относительно распространена в таких водоёмах, как озёра и океаны, новое исследование в журнале Nature Climate Change сообщает, что реки в Соединённых Штатах и ​​Центральной Европе нагреваются и теряют кислород даже быстрее, чем океаны.
Учёные использовали модель глубокого обучения, чтобы заполнить пробелы в данных о качестве и температуре воды за четыре десятилетия, собранных в 796 реках. Эта модель позволила им реконструировать тенденции, которые иначе было бы невозможно выделить в мешанине исторических данных. Запуская свою модель в будущее, исследователи предсказывают, что уровень кислорода будет падать в 1,5–2,5 раза быстрее, чем за последние 40 лет.
«Показатель невелик, но вы меняете исходный уровень таким образом, что экстремальные явления могут стать более частыми», — сказала эколог водных экосистем Джоанна Блащак (Joanna Blaszczak) из Университета Невады, Рино, не участвовавшая в исследовании. «И эти крайности имеют множество последствий — как биогеохимических, так и для водных сообществ».
Как и погода, уровень растворённого кислорода меняется изо дня в день. Но подобно тому, как более высокие средние температуры означают более частые и чрезвычайно жаркие дни, устойчивый низкий базовый уровень растворённого кислорода означает более частые и интенсивные понижения, что может привести к образованию «мёртвых зон» для водных организмов, которым для дыхания необходим кислород. Это также может стимулировать выбросы парниковых газов, поскольку аноксия подталкивает бактерии переключиться с дыхания кислородом на другой метаболизм, производящий закись азота, мощный парниковый газ. Многие токсичные металлы, такие как мышьяк, также чувствительны к кислороду и легче перемещаются по рекам в периоды сильной гипоксии.

Неоднородные данные препятствуют усилиям

На первый взгляд связь между температурой и растворённым в воде кислородом очевидна: кислород легче растворяется в холодной воде, чем в тёплой. Эта взаимосвязь является одной из причин, почему ожидается, что изменение климата приведёт к снижению уровня растворённого кислорода в некоторых водных путях.
Но реки — это не лабораторные колбы. В реальном мире дела обстоят сложнее.
Например, реки аэрируются своим течением. А биологическая активность в реках может либо увеличивать количество кислорода, что происходит во время фотосинтеза, либо расходовать его — при дыхании животных и бактерий. Ландшафты, по которым пересекаются реки, также могут существенно влиять на растворённый кислород.
Таким образом, учёные не могут просто предположить, что изменение климата приведёт к аноксии в реках повсюду. Им нужны реальные данные. К счастью, у таких агентств, как Геологическая служба США, есть опыт десятилетий. Есть только одна загвоздка.
«Данные, как правило, относительно скудны», — сказал учёный-эколог Вэй Чжи (Wei Zhi) из Хохайского университета в Нанкине, Китай.
Как и следовало ожидать от данных, собранных за несколько десятилетий, агентствами и странами, данные о качестве рек являются «неоднородными», согласилась Блащак. И эта неоднородность блокирует усилия по восстановлению надёжных крупномасштабных исторических тенденций в таких вещах, как температура рек и растворённый кислород.

Глубокое обучение раскрывает тенденции

Чжи и его коллеги полагали, что глубокое обучение могло бы заполнить пробелы в исторических данных. Поэтому, используя данные о качестве воды, температуре, топографии, землепользовании и погоде, они обучили тип нейронной сети, называемый моделью долгой краткосрочной памяти, для прогнозирования температуры и уровня растворённого кислорода в реках США и Центральной Европы. По словам Чжи, длинная кратковременная память — это классическая модель заполнения временных рядов.
«Они смогли использовать эту модель долговременной краткосрочной памяти, столь глубокого обучения, чтобы реконструировать прошлые исторические временные ряды, а затем оценить тенденции», — сказала Блащак. «Они преодолевают ограничения по разреженности данных».
Тенденции показали, что 87% рек, учитываемых в исследовании, потеплели в период с 1981 по 2019 гг., при этом средние темпы потепления составили 0,16°C и 0,27°C за десятилетие для США и Центральной Европы соответственно. Около 70% рек лишились кислорода, при этом десятилетнее снижение средних концентраций растворённого кислорода в некоторых реках достигало 1–1,5%.
Из-за множества факторов, влияющих на реальные реки, прямая связь между более высокой температурой и деоксигенацией не полностью сохранилась: сельские реки нагревались меньше всего, но деоксигенация в них происходила быстрее всего.
«Сельскохозяйственные объекты обычно содержат много питательных веществ», — отмечает учёный-эколог Ли Ли (Li Li) из Университета штата Пенсильвания, коллега Чжи. «И это может стимулировать большую часть биологической активности, такой как дыхание», которое истощает кислород.
Кроме того, реки «теряют кислород быстрее, чем океаны», — говорит Ли. Это противоречит здравому смыслу, поскольку реки мелкие, хорошо аэрируются и освещаются солнечным светом, который обеспечивает фотосинтез, производящий кислород.
Как именно изменится та или иная река в будущем, будет зависеть от местных факторов. «Мы хотели бы провести исследование в глобальном масштабе», — сказала Ли, но на данный момент она и Чжи могут рассматривать только реки Северной Америки и Европы из-за ограничений данных. Несмотря на это, детальный характер их выводов выявил существенные региональные различия, которые невозможно было бы обнаружить с помощью других методов — как между Соединёнными Штатами и Центральной Европой (которая нагревается и дезоксигенирует быстрее), так и в пределах более мелких локальных территорий.
«И когда мы думаем о том, как мы можем управлять реками, чтобы как бы упреждающе попытаться замедлить темпы деоксигенации», — сказала Блащак, — «я чувствую, что это важный вывод».

Ссылка: https://eos.org/articles/rivers-are-warming-up-and-losing-oxygen