Путём синтеза сделанных в центральной части Арктики результатов дистанционного зондирования в облачный продукт Cloudnet с привязкой к модели, авторы оценивают, насколько хорошо Единая модель Метеобюро (UM) и Интегрированная система прогнозирования (IFS) Европейского центра среднесрочного прогнозирования погоды (ECMWF) охватывают арктические облака и связанные с ними взаимодействия с поверхностным энергетическим балансом и термодинамической структурой нижней тропосферы. Эта оценка была проведена с использованием 4-недельного периода наблюдений экспедиции «Северный Ледовитый океан 2018», в ходе которой измерялся переход от условий таяния морского льда к условиям замерзания. В конфигурации вложенной модели с ограниченной областью (LAM) в UM были протестированы три разные облачные схемы: две региональные одномоментные (UM_RA2M и UM_RA2T) и одна новая двухмоментная (UM_CASIM-100), а одно глобальное моделирование было проведено с помощью IFS с использованием облачной схемы по умолчанию (ECMWF_IFS).
В обеих моделях были выявлены постоянные недостатки: как UM, так и IFS завышали вероятность появления облаков ниже 3 км. Эта завышенная оценка также соответствовала трём конфигурациям облаков, использованным в UM, при этом среднее значение появления облаков с вероятностью >90% было смоделировано между 0,15 и 1 км во всех моделях. Однако микрофизическая структура облаков в среднем моделировалась достаточно хорошо в каждом подходе, при этом содержание жидкой воды в облаках (LWC) и содержание воды со льдом (IWC) хорошо согласовывались с наблюдениями на большей части вертикального профиля. Ключевое микрофизическое расхождение между модельными оценками и наблюдениями было в LWC между уровнями 1 и 3 км, где большинство расчётов (все, кроме UM_RA2T) завышали наблюдаемое LWC.
Несмотря на разумное воспроизведение физической структуры облаков, обе модели не смогли адекватно отразить эпизоды отсутствия облаков: это постоянство облачного покрова, вероятно, способствует регулярному смещению приповерхностной температуры в каждом расчёте. Обе модели также постоянно демонстрировали смещения температуры и влажности ниже уровня 3 км, причём особенно сильные смещения холода совпадали с избыточными смоделированными слоями облаков. Эти погрешности, вероятно, связаны со слишком сильным радиационным охлаждением верхней части облаков от этих смоделированных облачных слоёв и были одинаковыми для трёх протестированных конфигураций UM, несмотря на различия в их параметризации облаков в подсеточном масштабе. Вызывает тревогу то, что полученные результаты предполагают, что эти смещения в региональной модели были унаследованы от глобальной модели, что приводит к причинно-следственной связи между чрезмерной облачностью на низких высотах и совпадающим смещением в сторону холода. Использование репрезентативных концентраций ядер конденсации облаков в конфигурации UM с двойным моментом при улучшении микрофизической структуры облаков мало способствует смягчению этих предубеждений; поэтому, независимо от того, насколько всеобъемлющей будет физика облаков в используемой вложенной конфигурации LAM, её облачная и термодинамическая структура будут по-прежнему в значительной степени зависеть от метеорологических условий, полученных из основной модели.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/4819/2023/

По мере того как арктический морской лёд отступает в сезон таяния, верхняя часть океана нагревается в ответ на атмосферные потоки тепла. В целом облака уменьшают эти потоки летом, но не было зарегистрировано, как радиационное воздействие облаков на потепление океана может измениться по мере сокращения морского льда. По оценкам глобальной климатической модели с переменным содержанием CO₂ время отступления морского льда сильно влияет на амплитуду вызванного облаками летнего охлаждения поверхности океана. При доиндустриальных концентрациях CO₂ летние облака практически не влияют на максимальные годовые температуры поверхности моря (ТПМ). Когда концентрация CO₂ увеличивается, морской лёд отступает раньше, позволяя большему количеству солнечной радиации нагревать океан. Облака могут противодействовать этому летнему потеплению, отражая солнечную радиацию обратно в космос. Следовательно, облака объясняют до 13% большей изменчивости максимальной годовой ТПМ при современных концентрациях CO₂. Максимальные годовые ТПМ в три раза более чувствительны к летним облакам, когда концентрации CO₂ в четыре раза превышают доиндустриальные уровни.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102850

Последствия неопределённостей прогнозов погоды не были количественно оценены в существующих системах прогнозирования качества воздуха. Чтобы решить эту проблему, авторы разработали эффективную систему прогнозирования двумерной свёрточной нейронной сети и ансамбля содержания приземного озона (2DCNN-SOEF), используя двумерные свёрточные нейронные сети и ансамблевые прогнозы погоды, и применили эту систему к 216-часовым прогнозам содержания озона в Шэньчжэне, Китай. 2DCNN-SOEF продемонстрировала производительность, сравнимую с текущими действующими системами прогнозирования, и соответствовала требованиям точности прогноза уровня качества воздуха, требуемым китайскими властями, с заблаговременностью до 144 часов. Неопределённости в прогнозах погоды составляют 38–54% ошибок прогнозов по озону за 24 часа и более. 2DCNN-SOEF позволила использовать показатель «вероятность превышения уровня концентрации озона», который лучше отражал риски загрязнения воздуха с учётом диапазона возможных погодных последствий. Эта структура ансамблевого прогнозирования может быть расширена для оперативного прогнозирования других зависящих от метеорологии экологических рисков во всём мире, что делает её ценным инструментом для управления окружающей средой.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102611

Сток углерода на северных торфяниках играет жизненно важную роль в регулировании климата; однако будущее этого стока неопределённо, отчасти из-за меняющегося взаимодействия торфяников и лесных пожаров. Авторы используют наборы эмпирических данных о естественных, деградировавших и восстановленных торфяниках в бореальных регионах и регионах умеренных широт без многолетней мерзлоты для моделирования суммарного экосистемного обмена и потоков метана, определяя состояние деградации торфяников, пожары и динамику после пожаров. Обнаружено, что лесные пожары сократили поглощение углерода нетронутыми торфяниками на 35% и ещё больше увеличили выбросы от деградировавших торфяников на 10%. Текущий небольшой суммарный сток уязвим к взаимодействию площади деградировавших торфяников, скорости горения и степени сгорания торфа. Изменение климата повлияет на ускорение потерь углерода: к 2100 году увеличение интенсивности и скорости выгорания приведёт к сокращению стока углерода на 38% и 65% соответственно. Однако это исследование демонстрирует потенциал активного восстановления торфяников для смягчения этих последствий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01657-w

Океанские волны, включая ветровые волны и зыби, имеют важное значение для деятельности человека на море и глобальных или региональных климатических систем и тесно связаны с использованием ресурсов волновой энергии. В этом исследовании был создан глобальный 3-часовой набор данных о волнах с помощью модели волн третьего поколения MASNUM-WAM и модели воздействия ветра, полученного на основе продуктов Первого института океанографии – модели системы Земли версии 2.0, модели климата в сочетании с волновыми данными в рамках унифицированной структуры CMIP6. Этот набор данных содержит 17 волновых параметров, включая информацию, связанную с энергией волн и геометрией формы спектра, из одного исторического (1950–2014 гг.) моделирования и трёх будущих (2015–2100 гг.) согласно сценарным экспериментам (ssp125, ssp245 и ssp585). Более того, все параметры могут быть доступны отдельно в виде ветровых волн и зыби. Исторические результаты показывают, что смоделированные характеристики волн хорошо согласуются со спутниковыми наблюдениями и продуктами реанализа ERA5. Этот набор данных может предоставить сообществу уникальный и информативный источник данных для изучения климата волн и ресурсов волновой энергии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02151-w

Измеряя из космоса изменения гравитационного притяжения, объёма и утечки льда щитов Гренландии и Антарктиды, можно отслеживать увеличение и уменьшение их массы с течением времени. Здесь представлены новые данные баланса массы полярного ледяного щита Земли, полученные путём объединения 50 спутниковых оценок изменения его массы. Эта новая оценка показывает, что ледяные щиты потеряли 7,5 x 10¹² тонн льда в период с 1992 по 2020 гг., что способствовало повышению уровня моря на 21 мм.

Ссылка: https://www.earth-system-science-data.net/about/news_and_press/2023-04-20_mass-balance-of-the-greenland-and-antarctic-ice-sheets-from-1992-to-2020.html

Earth System Science Data, журнал Copernicus Publications с открытым доступом, с удовольствием объявляет о второй версии книги «Тепло, накопленное в системе Земли 1960–2020 гг.: куда уходит энергия?» Поскольку наша «выведенная из равновесия» Земля накапливает больше энергии, чем теряет, эти международные междисциплинарные усилия решают вопросы, сколько и где. Авторы (почти 70 из десятков институтов в 15 странах) используют тщательно откалиброванные, перепроверенные и хорошо задокументированные данные из океана, суши, льда и атмосферы, чтобы сделать следующие выводы:

• Земля накопила около 0,5 Вт (0,48 + 0,1 Вт) на каждый квадратный метр своей поверхности за последние 50 лет (с 1971 года).
• Совсем недавно (с 2006 по 2020 гг.) нагрев увеличился до более чем 0,75 Вт (0,76 + 0,2 Вт)/м².
• Больше всего тепла поступило в океан (89%).
• Оставшееся тепло ушло в сушу (6%), лёд (4%) и атмосферу (1%).
• Оценка полученной и израсходованной энергии представляет собой фундаментальный показатель изменения глобального климата с последствиями для океана, суши, льда и атмосферы.
• Подобные усилия требуют устойчивого международного сотрудничества в области мониторинга и исследований.
  
  

Авторы описывают данные, источники данных, компиляции и анализы в своей последней статье Earth System Science Data. Заинтересованные читатели могут найти все данные и выполнить все шаги свободно и без ограничений через Earth System Science Data и прилагаемые ссылки.

Ссылка: https://www.earth-system-science-data.net/about/news_and_press/2023-04-17_heat-stored-in-the-earth-system-1960-2020-where-does-the-energy-go.html

Потеря льда из ледников Гренландии, граничащих с морем, способствует половине всей потери массы ледяного щита, и для объяснения их отступления предложены многочисленные механизмы. Авторы исследуют ледник К.Я.В. Стинструпа на юго-востоке Гренландии, который в период с 2018 по 2021 гг. отступил на ~7 км, уменьшился на ~20%, удвоил потерю с ускорением на ~300%. Такая скорость изменений является беспрецедентной среди ледников Гренландии, и теперь он входит в число 10% ледников с наибольшим вкладом в потери всего ледникового щита. В отличие от ожидаемого поведения мелководного ледника с приливной водой, ледник Стинструпа был нечувствителен к высоким температурам поверхности, которые дестабилизировали многие региональные ледники в 2016 году, вместо этого, по-видимому, реагировал на аномалию > 2°C в более глубоких атлантических водах в 2018 году. К 2021 г. наряду с заметной сезонной изменчивостью образовался жесткий прогляциальный меланж. Поведение ледника Стенструпа подчёркивает, что даже долговременно стабильные ледники с высокими порогами уязвимы для внезапного и быстрого отступления тёплого вторжения атлантических вод.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-37764-7

Повышение концентрации CO₂ в атмосфере влияет на континентальный сток посредством радиационного и физиологического воздействия. Однако то, как изменения климата и земной поверхности и, в частности, их взаимодействие, регулируют изменения глобального стока, остаётся в значительной степени нерешённым. Авторы разработали структуру атрибуции, объединяющую подходы эмпирического моделирования «сверху вниз» и моделирования «снизу вверх», чтобы показать, что изменения земной поверхности являются причиной 73–81% прогнозируемого увеличения глобального стока. Это возникает из-за синергетического эффекта физиологических реакций растительности на повышение концентрации CO₂ и реакций земной поверхности — например, растительного покрова и влажности почвы — на радиационно-обусловленное изменение климата. Хотя изменение климата сильно влияет на изменения регионального стока, оно играет незначительную роль (19–27%) в увеличении глобального стока из-за компенсации положительных и отрицательных вкладов различных регионов. Эти результаты подчёркивают важность точного модельного представления процессов на поверхности Земли для надёжных прогнозов глобального стока для поддержки устойчивого управления водными ресурсами.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01659-8

Авторы оценили, как температура воздуха, высокая солнечная радиация и низкая скорость ветра могут вызывать гипоксию в мелководном озере во время аномальной жары. Они смоделировали концентрации растворённого кислорода в придонной воде и сравнили концентрации в 2022 году со средними значениями за предыдущие 30 лет. Оказалось, что гипоксия наиболее чувствительна к скорости ветра. При низкой скорости ветра конвекция была недостаточной для предотвращения гипоксии, но гипоксии не было, если скорость ветра равнялась средней скорости за предыдущие 30 лет. Однако, если солнечная радиация и температура воздуха были равны соответствующим средним значениям за предыдущие 30 лет, гипоксии не возникало, даже при низких скоростях ветра. Сделан вывод, что комбинированное воздействие слабых ветров и высокой либо солнечной радиации, либо температуры воздуха вызвало гипоксию во время волны тепла 2022 года.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL102967