Речные паводки являются одними из самых распространённых стихийных бедствий во всём мире и влекут за собой значительные экономические и гуманитарные издержки. Несмотря на огромные усилия, оценка риска экстремальных наводнений беспрецедентного масштаба представляет собой непростую задачу. Ограниченные данные наблюдений за наводнениями очень большой силы затрудняют прогнозирование и определение пороговых значений расхода, свидетельствующих о возрастании всё более крупных наводнений, называемых водоразделами. Сочетая длительные гидроклиматические данные и модельные оценки опасности наводнений, авторы демонстрируют, что пространственная организация речных сетей и режим речного стока контролируют появление водоразделов и экстремальных паводков. В отличие от их повсеместного приписывания экстремальным осадкам и аномальным предшествующим условиям, авторы показывают, что склонность к возникновению экстремальных наводнений хорошо предсказывается внутренними свойствами речных бассейнов. Что наиболее важно, его можно оценить до возникновения катастроф с помощью измеримых показателей этих свойств, полученных из общедоступных данных о стоках, а именно показателя степени рецессии гидрографа и коэффициента вариации суточного стока. Эти результаты подчёркивают склонность некоторых рек к возникновению экстремальных паводков и демонстрируют важность использования инструментов картирования опасностей, которые не только полагаются на прошлые данные о наводнениях, но и определяют регионы, подверженные возникновению экстремальных паводков, на основе обычной динамики стока.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01155-w

Унифицированная система прогнозов (УСП) представляет собой инфраструктуру моделирования следующего поколения, разрабатываемую NOAA для оперативных численных прогнозов погоды и климата. Это исследование является первой попыткой применения УСП для сезонных прогнозов. В частности, 9-месячные ретроспективные прогнозы выполняются, начиная с каждого месяца в течение 2007–2020 гг. Эффективность УСП в прогнозировании арктического морского льда сравнивалась с ретроспективными прогнозами с помощью (a) текущей оперативной системы прогнозирования климата версии 2 (CFSv2) и (б) экспериментальной системы прогнозирования морского льда (CFSm5) в NOAA. Оценки показывают, что УСП демонстрирует постоянно более высокое качество, чем CFSv2 и CFSm5, в прогнозировании сезонного морского льда вместе с более реалистичным климатологическим распределением морского льда. Диагностика предполагает, что это связано в УСП с его атмосферными состояниями, смоделированными с помощью FV3, атмосферного компонента УСП, и подкреплено соответствующей циркуляцией океана. Кроме того, применение стратегии мультимодельного ансамбля не обеспечивает улучшения качества по сравнению с одними только прогнозами УСП.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102392

Исследования выявили высотные тренды потепления, но оценки таких трендов пожарной опасности в литературе отсутствуют. Авторы демонстрируют, что, хотя в гористой местности на западе США с 1979 по 2020 гг. наблюдалось повсеместное увеличение пожарной опасности, тенденции были наиболее острыми в высокогорных районах на высотах, превышающих 3000 м. Наибольшее увеличение числа дней, способствующих возникновению крупных пожаров, произошло на высотах 2500–3000 м, при этом за период с 1979 по 2020 гг. к ним добавилось 63 дня с критической пожарной опасностью. Сюда входят 22 дня с критической пожароопасностью вне теплого времени года (май–сентябрь). Кроме того, представленные результаты указывают на повышенную синхронизацию пожарной опасности по высоте в горах на западе США, это может способствовать расширению географии возгораний и возможностей распространения огня, что ещё больше усложняет операции по борьбе с пожарами. Авторы предполагают, что в основе наблюдаемых тенденций лежат несколько физических механизмов, в том числе несопоставимые по высоте воздействия более раннего таяния снега, усиленные обратные связи между землёй и атмосферой, орошение и аэрозоли в дополнение к повсеместному потеплению/высыханию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-37311-4

Монреальский протокол и поправки к нему имели огромный успех в защите стратосферного озонового слоя от разрушения неослабевающими выбросами хлорфторуглеродов (ХФУ). Поэтапный отказ от ХФУ не только предотвратил серьёзное воздействие на здоровье людей и климат, но и позволил избежать сильных изменений в характере атмосферной циркуляции. С помощью модели системы Земли SOCOLv4 авторы изучают динамические и климатические последствия сценария с неуменьшаемыми выбросами ХФУ к 2100 году, разделяя радиационные и химические (озонопосредованные) эффекты ХФУ. В стратосфере химические эффекты ХФУ (т.е. результирующая потеря озона) являются основными движущими силами изменений циркуляции, ослабляя зимние полярные вихри и ускоряя циркуляцию Брюера-Добсона. Эти динамические воздействия в зимнее время обусловлены истощением озонового слоя в низких широтах и, как следствие, уменьшением температурного градиента от экватора к полюсу. Летом в южном полушарии вихрь усиливается, как и из-за воздействия антарктической озоновой дыры во второй половине ХХ века. Кроме того, зимняя и весенняя изменчивость вихрей в южном полушарии увеличивается, а летом и осенью уменьшается. Это сезонное изменение скорости ветра в стратосфере имеет региональные последствия для режимов тропосферной циркуляции. Обнаружены когерентные изменения в тропосфере, такие как отрицательная Южная кольцевая мода и Североатлантическое колебание в сезоны с более слабым вихрем (зимой и весной); обратное происходит в сезоны с более сильными западными ветрами в стратосфере (лето). В тропосфере в течение всего года преобладает обусловленный ХФУ радиационный нагрев, сдвигая Южную кольцевую моду в положительную фазу и нивелируя озоновое воздействие на Североатлантическое колебание. Кроме того, глобальное потепление усиливается на 1,9 К, а региональное - до 12 К над Восточной Канадой и Западной Арктикой. Это исследование проливает свет на неблагоприятное воздействие несоблюдения Монреальского протокола на глобальную атмосферную циркуляцию, раскрывая роль лежащих в основе физических механизмов. При этом исследование подчёркивает важность Монреальского протокола для климата Земли, чтобы избежать регионального усиления негативных климатических воздействий.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-326/

Сотни миллионов людей не имеют доступа к безопасной воде и санитарии. Изменит ли что-нибудь первая за почти 50 лет конференция ООН по водным ресурсам?

 Завтра начинается конференция ООН по водным ресурсам. Трёхдневное мероприятие, организованное совместно Нидерландами и Таджикистаном, пройдет в штаб-квартире ООН в Нью-Йорке и станет первым подобным мероприятием почти за полвека. За это время всё большее число людей во всём мире получили доступ к безопасной воде и санитарии (см. «A Tale of two halves») — за исключением стран Африки к югу от Сахары (см. «The neglect of Africa»), где число людей без доступа к безопасной питьевой воде больше, чем в 2000 году. Во всём мире около 500 миллионов человек вынуждены прибегать к открытой дефекации, а ещё миллионы зависят от источников загрязнённой воды. Может ли эта конференция что-то изяменить? 

Почему Организации Объединённых Наций потребовалось 46 лет, чтобы организовать конференцию, посвящённую воде? 

Самый простой ответ заключается в том, что вода (как отдельная тема) не занимала приоритетного места в международной политике устойчивого развития — по крайней мере, до сих пор, — говорит Рэйчел Макдоннелл (Rachael McDonnell), заместитель генерального директора по исследованиям в целях развития в Международном институте управления водными ресурсами, базирующемся в Риме. Первая конференция ООН по водным ресурсам состоялась в Мар-дель-Плата, Аргентина, в 1977 г. Представители 118 стран и территорий встретились в течение 12 дней и приняли План действий, в котором рекомендовалось, чтобы страны достигли всеобщего доступа к чистой воде и санитарии к 1990 году, чтобы избежать глобального водного кризиса к концу ХХ века. Несколько стран с низким доходом обратились за финансовой поддержкой, но получили отказ, и вместо этого было предложено исследование о том, как финансировать водные проекты, о чём сообщал журнал Nature в то время. В 2015 году международное сообщество поставило цель к 2030 году (в соответствии с Целями устойчивого развития ООН, ЦУР) по обеспечению всех чистой водой и санитарией. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и Детского агентства ООН ЮНИСЕФ, по состоянию на 2020 год около двух миллиардов человек всё ещё не имели дома безопасной питьевой воды, а около трети людей не имели дома элементарных приспособлений для мытья рук. При нынешних темпах улучшения ситуации к 2030 году 1,6 миллиарда человек по-прежнему не будут иметь доступа к безопасной питьевой воде дома.

Вода не была приоритетом ни на конференции ООН по продовольственной безопасности в сентябре 2021 года, ни на прошлогодней COP27 по климату в Египте, говорит Хенк Овинк (Henk Ovink), специальный посланник Нидерландов по международным водным вопросам. Вода должна занять прочное место в любом последующем процессе ООН, подчёркивает он. К ним относятся Момент подведения итогов продовольственных систем ООН, который пройдёт в Риме в июле, Саммит ЦУР в сентябре в Нью-Йорке и COP28 в Дубае в ноябре. «Мы не можем ждать ещё 46 лет, потому что то, что происходит сейчас, просто ужасно, и будет только хуже», — говорит Макдоннелл. 

Где кризис в его худшем проявлении? 

Водный кризис наиболее остро ощущается в странах с низким уровнем доходов — например, по оценкам, 70% населения стран Африки к югу от Сахары не имеют доступа к безопасной питьевой воде. 

Конференция должна уделить первоочередное внимание решению проблемы отсутствия водной безопасности в уязвимых сообществах, а также в конфликтных и постконфликтных ситуациях, говорит Кэрол Черфейн (Carol Cherfane), директор Арабского центра политики в области изменения климата, аналитического центра, связанного с ООН, базирующегося в Бейруте. В отчёте, опубликованном на этой неделе ЮНИСЕФ и ВОЗ, говорится, что в прошлом году от засухи в Сомали могло погибнуть до 43 000 человек (см. «Scorched Earth»)

Обеспечение лучшего доступа к воде для здравоохранения и санитарии является ещё одним неотложным приоритетом. У слишком многих людей нет другого выбора, кроме как использовать заражённую воду (см. «Faecal contamination»). В 2021 году каждое десятое медицинское учреждение в мире не имело санитарно-гигиенических услуг, и около 857 миллионов человек не имели доступа к водоснабжению в своих медицинских учреждениях, согласно более раннему совместному отчёту, также подготовленному ВОЗ и ЮНИСЕФ, в котором обобщаются данные о воде и санитарии за 20 лет.

На конференции также будет обсуждаться план более эффективного общения между странами, которые совместно используют свои водные ресурсы. Коалиция по трансграничному водному сотрудничеству была создана в парижской штаб-квартире научного агентства ООН ЮНЕСКО в конце прошлого года. Это будет особенно важно для стран Ближнего Востока и Северной Африки. Около двух третей «водных ресурсов арабских государств текут из-за пределов их национальных границ», — говорит Черфейн. «Трансграничный бассейновый подход очень важен не как инструмент создания конфликтов, а как инструмент создания возможностей для разговоров, сотрудничества и координации».

Как изменение климата влияет на водные ресурсы?

Согласно последнему (шестому) оценочному отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата, опубликованному на этой неделе, около половины населения мира уже подвергается риску острой нехватки воды по крайней мере в течение некоторого времени. Это число, вероятно, увеличится из-за последствий изменения климата, таких как обильные осадки, наводнения, засухи и лесные пожары. Если глобальные температуры превысят доиндустриальные температуры на 1,5°C, ожидается, что экстремальная сельскохозяйственная засуха (почвенная влажность) будет в два раза более вероятной во многих частях мира.

Приведёт ли конференция к заключению юридически обязывающего водного договора?

Конференция подготовит «программу действий по водным ресурсам». Но это потребует «добровольных обязательств», говорит Макдоннелл. «Нет ничего обязывающего, нет эквивалента Парижскому [климатическому] соглашению». Более того, нет ведущего органа ООН, ответственного за реализацию и мониторинг прогресса в достижении всех ЦУР, связанных с водными ресурсами. «Конференция оказалась в институциональной пустоте. Хотя мы сейчас очень заняты водной конференцией, мы не очень заняты водой», — говорит Овинк.

Но создание нового договора или институционального органа ООН займёт много лет. Вместо этого делегаты будут призывать к тому, чтобы водные ресурсы были приоритетными в существующих договорах и в системе ООН.

Некоторые страны потребуют дополнительных средств, особенно в виде грантов на такие проекты, как опреснение морской воды или очистка сточных вод. По словам Омара Саламе (Omar Salameh), представителя министерства водного хозяйства и ирригации Иордании, большая часть существующей международной поддержки — это кредиты. «Однако кредиты усугубляют финансовое давление на и без того испытывающую трудности экономику», — говорит он.

Ожидается, что генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш также увеличит сбор средств для своего объявленного на COP27 плана по созданию систем раннего предупреждения о климате во всех государствах-членах ООН, чтобы страны были лучше подготовлены к экстремальным явлениям. «Только половина из наших 193 членов имеет надлежащие службы раннего предупреждения», — говорит Петтери Таалас, генеральный секретарь базирующейся в Женеве, Швейцария, Всемирной метеорологической организации, которая работает с Гутерришем над реализацией плана. «В ближайшие пять лет нам нужно около трёх миллиардов долларов США», — добавляет Таалас. На данный момент из разных источников было собрано около 10% этой суммы.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/d41586-023-00842-3

Растёт обеспокоенность тем, что большинство климатических моделей предсказывают слишком частые осадки, вероятно, из-за отсутствия надёжной подсеточной изменчивости и вертикальных вариаций микрофизических процессов в тёплых облаках нижнего яруса. В этом исследовании параметры физики тёплых облаков в конфигурациях одномерной модели атмосферы NCAR версий 6 и 5 SCAM6 и SCAM5 оцениваются с использованием наземных и воздушных наблюдений из экспериментов DOE ARM Aerosol and Cloud Experiments и полевой кампании в Восточной Северной Атлантике (ACE-ENA) у Азорских островов в 2017–2018 гг. Моделирование на восьмимесячный срок показывает, что как SCAM6, так и SCAM5 в целом могут воспроизводить структуру морского пограничного слоя облаков, основные макрофизические свойства и их переход. Улучшение свойств тёплых облаков от физики от CAM5 к CAM6 можно обнаружить при сопоставлении с наблюдениями. Между тем, обе физические схемы занижают содержание воды в облаках, размер облачных капель и содержание воды в дождевой жидкости, но переоценивают количество осадков на поверхности. Смоделированные концентрации ядер конденсации в облаках сравнимы с наблюдаемыми с самолётов летом, но завышены в два раза зимой, в основном из-за погрешностей в переносе на большие расстояния антропогенных аэрозолей, таких как сульфаты. Также протестированы недавно откалиброванные параметры автоконверсии и нарастания, учитывающие вертикальные вариации размера капель. По сравнению с наблюдениями, в SCAM5 имеет место более значительное улучшение, чем в SCAM6. Этот результат, вероятно, объясняется введением подсеточных вариаций свойств облаков в микрофизику облаков CAM6, что дополнительно подавляет чувствительность схемы к отдельным микрофизическим параметрам тёплого дождя. Предсказанная восприимчивость облаков к возмущениям концентрации ядер конденсации в облаках в CAM6 находится в разумных пределах, что указывает на значительный прогресс по сравнению с CAM5, оказывающей слишком сильное косвенное воздействие аэрозолей. В настоящем исследовании подчёркивается важность понимания погрешностей в параметризации физики облаков путём объединения модельных оценок с наблюдениями на месте.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-587/

На сегодняшний день океан поглотил около 25% углерода, выбрасываемого человеком. Чтобы лучше предсказать, насколько сильно изменится климат, крайне важно понять, как этот сток углерода в океане будет реагировать на будущие выбросы. Авторы исследуют реакцию стока углерода в океане на сценарии с низким (SSP1-1.9, SSP1-2.6), промежуточным (SSP2-4.5, SSP5-3.4-OS) и высоким уровнем выбросов (SSP5-8.5) в моделях системы Земли CMIP6 и в MAGICC7, модели климатической углеродной системы пониженной сложности. В период с 2020 по 2100 гг. размер глобальных средних стоков примерно пропорционален размеру антропогенных выбросов. С ростом совокупных выбросов в этом столетии (SSP5-8.5 и SSP2-4.5) совокупный сток углерода в океане поглощает 20–30% совокупных выбросов с 2015 г. В сценариях, когда выбросы снижаются, океан поглощает всё большую долю выбросов (до 120% совокупных выбросов с 2015 г.). Несмотря на аналогичные результаты во всех моделях, сохраняется значительный количественный разброс в оценках кумулятивного стока до 2100 г. по каждому сценарию, до 50 Пг С в CMIP6 и 120 Пг С в ансамбле MAGICC7. Показано, что для всех сценариев, кроме SSP1-2.6, примерно половина этого будущего разброса может быть устранена, если результаты модели будут скорректированы таким образом, чтобы они согласовывались с современными оценками, основанными на наблюдениях. Принимая во внимание пространственное распределение потоков CO₂ между воздухом и морем в CMIP6, авторы обнаружили значительное среднезональное расхождение с набором недавно доступных ограничений, основанных на наблюдениях. Они пришли к выводу, что значительная часть неопределённости будущих стоков углерода в океане связана с современными ошибками в среднем состоянии потоков CO₂ в воздухе и море, которые, в свою очередь, связаны с модельными представлениями физики океана и биогеохимии. Приведение моделей в соответствие с современными оценками, основанными на наблюдениях, в региональном и глобальном масштабах может существенно уменьшить неопределённость в отношении будущей роли океана в поглощении антропогенного CO₂ из атмосферы и смягчении последствий изменения климата.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/369049403_Modern_air-sea_flux_distributions_reduce_uncertainty_in_the_future_ocean_carbon_sink 

Водно-болотные угодья и пресноводные водоёмы (в основном озёра) являются крупнейшими естественными источниками парникового газа CH₄ в атмосферу. Были предприняты большие усилия для количественной оценки этих источников выбросов и их неопределённостей. Предыдущие исследования показывают, что могут быть значительные неопределённости, связанные с «двойным учётом» выбросов из пресноводных водоёмов и водно-болотных угодий. Авторы количественно оценивают выбросы метана как с суши, так и с пресноводных водоёмов в Панарктике с помощью двух биогеохимических моделей, сводя к минимуму двойной учёт в ландшафтном масштабе. Для управления моделями используются два непересекающихся набора данных динамических изменений площадей. По оценкам авторов, общие выбросы метана из Панарктики составляют 36,46 ± 1,02 Тг CH₄ год^-1 в течение 2000–2015 гг., из которых на водно-болотные угодья и пресноводные объекты приходятся 21,69 ± 0,59 Тг CH₄год^-1 и 14,76 ± 0,44 Tг CH₄ год^-1, соответственно. Эта оценка сужает разницу между предыдущими оценками в рамках подходов «снизу вверх» (bottom-up) 53,9 Tг CH₄ год^-1 и «сверху вниз» (top-down) 29 Tг CH₄ год^-1. Корреляционный анализ показывает, что температура воздуха является наиболее важным фактором выбросов метана внутренними водными системами. На выбросы водно-болотных угодий также существенное влияние оказывает давление паров, в то время как на выбросы из озёр в большей степени влияют осадки и изменения площади ландшафта. Тесты на чувствительность говорят о том, что на выбросы CH₄ в панарктических озёрах большое влияние оказывает температура воздуха, но в меньшей степени - увеличение содержания углерода в озёрных отложениях.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/1181/2023/

Из-за продолжающихся выбросов углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива атмосфера нагревается, что имеет драматические последствия для ледяных щитов на Земле. В этом исследовании внимание сосредоточено на ледяном щите Гренландии, который содержит столько льда, что его полное таяние приведёт к повышению глобального уровня моря на 7 м. Однако будущую потерю массы ледяного щита Гренландии сложно предсказать, поскольку она является нелинейной функцией температуры и происходит в течение длительного времени. По этой причине авторы использовали CLIMBER-X, представляющую собой объединённую модель всей системы Земли. Обнаружено, что ледяной щит Гренландии имеет два порога критического объёма, пересечение которых будет означать значительную дальнейшую потерю массы, так что льду будет трудно отрасти снова даже через тысячи лет. Вблизи этих критических объёмов льда темпы потери массы особенно высоки, и различия в общем объёме выбросов углекислого газа оказывают большое влияние. Таким образом, если кумулятивные выбросы в атмосферу превышают 1000 Гт углерода, ледяной щит Гренландии уменьшится ниже критического порога, и потеря массы неизбежно будет продолжаться до тех пор, пока не растает значительная часть ледяного щита.

Понимание будущей судьбы Гренландского ледяного щита в контексте антропогенных выбросов CO₂ имеет решающее значение для прогнозирования повышения уровня моря. С помощью полностью связанной модели системы Земля средней сложности CLIMBER-X авторы изучили стабильность Гренландского ледяного щита и его переходную реакцию на выбросы CO₂ в течение следующих 10 тыс. лет. Точки бифуркации существуют при аномалиях глобальной температуры 0,6 и 1,6 К относительно доиндустриальной эпохи. Для состояний системы вблизи равновесных объёмов льда, соответствующих этим температурным аномалиям, скорость потери массы чувствительна к пику кумулятивного выброса СО₂. Эти критические объёмы льда пересекаются для кумулятивных выбросов в 1000 и 2500 Гт С, что может привести к долгосрочному повышению уровня моря на 1,8 и 6,9 м соответственно. Таким образом, найдено отклонение Гренландского ледяного щита в диапазоне температурных ограничений Парижского соглашения.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL101827

В последние десятилетия внутренние районы Евразии и Северной Америки пережили несколько беспрецедентно холодных зим, несмотря на глобальное повышение температуры приземного воздуха. Одно из возможных объяснений этих усиливающихся экстремально холодных зим исходит из так называемой структуры «Тёплая Арктика - Холодный Континент», отражающей влияние усиленного арктического потепления на изменение циркуляции на окружающих континентах. В этом исследовании проанализированы данные реанализа и результаты модельных экспериментов, вызванные различными уровнями антропогенного воздействия. Установлено, что структура «Тёплая Арктика - Холодный Континент» существовала и существует в синоптических масштабах в наблюдениях и даже в будущих модельных прогнозах. В будущем анализ предполагает сохранение «Тёплой Арктики - Холодного Континента», но с несколько ослабленным экстремумом холода из-за общего потепления. Тёплые арктические эпизоды в теплеющем климате будут связаны не только с более холодным континентом в Восточной Азии, но и с более тёплым, в зависимости от сопряжённых процессов в отдалённых друг от друга районах, также осложняемых более тёплой Арктикой. Такая растущая ассоциация предполагает снижение потенциальной предсказуемости зимних аномалий средних широт. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00345-y