Учёные, промышленность и политики обращают всё больше внимания на океан как на источник решений по смягчению последствий изменения климата. Активизировались усилия по разработке океанических климатических вмешательств для удаления и связывания двуокиси углерода CO₂, управления солнечным излучением или производства возобновляемой энергии. Были подняты вопросы о расходах, управлении, воздействии и эффективности океанических климатических вмешательств в целом, но ограниченное внимание уделялось биогеохимии океана и экосистемам и, в частности, воздействию на глубоководные экосистемы (глубина воды более 200 м), региону океана, недостаточно изученному, но имеющему основополагающее значение для здорового функционирования Земли. Глубокое море с низким запасом энергии, обычно холодные, стабильные условия и низкая плотность организмов со сниженным метаболизмом требуют особого внимания. Обсуждаются океанические климатические вмешательства, способные повлиять на глубоководные экосистемы и их услуги, определены проблемы управления и подчёркивается необходимость интегрированной исследовательской структуры, которая поможет централизовать рассмотрение глубоководных воздействий при планировании смягчения последствий.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7521

Точное определение пространственной протяжённости холодных регионов обеспечивает основу для изучения глобальных изменений окружающей среды. Однако не уделялось внимания чувствительным к температуре пространственным изменениям в холодных регионах Земли в контексте потепления климата. В этом исследовании для определения холодных регионов были выбраны средняя температура в самый холодный месяц ниже -3°C, не более 5 месяцев выше 10°C и среднегодовая температура не выше 5°C. Основываясь на данных среднемесячных приземных климатических элементов CRUTEM, авторы исследуют пространственно-временное распределение и характеристики вариаций континентальных холодных регионов северного полушария с 1901 по 2019 гг. с использованием временного тренда и корреляционного анализа. Результаты показывают: (1) За последние 119 лет холодные регионы северного полушария покрывали в среднем около 4,074 × 10⁷ км², что составляет 37,82% от общей площади суши северного полушария. Холодные регионы можно разделить на холодные регионы средних и высоких широт и холодные регионы Цинхай-Тибетского нагорья с пространственной протяжённостью 3,755 × 10⁷ км² и 3,127 × 10⁶ км² соответственно. Холодные районы средних и высоких широт северного полушария в основном распространены в северной части Северной Америки, большей части Исландии, Альпах, северной Евразии и на Большом Кавказе со средней южной границей 49,48° с.ш. За исключением юго-запада, весь регион Цинхай-Тибетского нагорья, северный Пакистан и большая часть Кыргызстана являются холодными регионами. (2) За последние 119 лет темпы изменения пространственной протяжённости холодных областей в северном полушарии, средних и высоких широтах и на Цинхай-Тибетском нагорье составили −0,030 × 10⁷ км²/10 лет, −0,028 × 10⁷ км²/10 лет и –0,013 × 10⁶ км²/10 лет соответственно, демонстрируя чрезвычайно значительную тенденцию к снижению. За последние 119 лет средняя южная граница холодных регионов средних и высоких широт отступала на север на всех долготах. Например, средняя южная граница холодных областей Евразии сместилась на 1,82° к северу, а граница Северной Америки — на 0,98° к северу. Основной вклад исследования заключается в точном определении холодных регионов и документации пространственной изменчивости холодных регионов в северном полушарии, выявлении тенденций их реакции на потепление климата и углублении изучения дальнейших глобальных изменений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30263-1

 Динамика многолетней мерзлоты может резко повлиять на динамику углерода в растительности и почве в северных высоких широтах. Растительность оказывает значительное влияние на энергетический баланс поверхности почвы, воздействуя на коротко- и длинноволновое излучение и поверхностный поток явного тепла, и тем самым - на термическую динамику почвы, что, в свою очередь, вызывает сдвиг растительности, влияя на круговорот углерода. Зимой снег также может значительно влиять на температуру почвы из-за его изолирующего эффекта. Однако до настоящего времени эти процессы полностью не смоделированы. Чтобы количественно оценить взаимодействие между термической динамикой растительности, снега и почвы и их влияние на динамику углерода в циркумполярном регионе (45–90° с.ш.), авторы пересмотрели сложную модель экосистемы, чтобы улучшить моделирование профиля температуры почвы и его влияния на растительность, пулы и потоки углерода в экосистеме. Обнаружено, что при более высокой температуре почвы зимой и более низкой температуре почвы летом, смоделированных с помощью пересмотренной модели, учитывающей сдвиг растительности и влияние снега, регион будет выбрасывать в атмосферу 1,54 Пг C/год в настоящее время и 66,77–87,95 Пг C за период 2022-2100 гг. Однако эффекты растительного покрова из-за смещения растительности приведут к поглощению большего количества углерода в экосистему: 1,00 Пг C/год в настоящее время и 36,09–44,32 Пг C/год за период 2022–2100 гг. Это исследование подчёркивает важность учёта взаимодействия между снегом, сдвигом растительности и температурной динамикой почвы при моделировании эволюции углерода в регионе.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/369080232_The_importance_of_interactions_between_snow_permafrost_and_vegetation_dynamics
_in_affecting_terrestrial_carbon_balance_in_circumpolar_regions

Твёрдые частицы чёрного углерода (ЧУ) влияют на глобальное потепление, поглощая солнечную радиацию, влияя на образование облаков и уменьшая альбедо Земли при отложении на снегу или льду. ЧУ также имеет широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья населения. Авторы рассмотрели факторы выбросов ЧУ основных антропогенных источников, т.е. транспорта (включая морской и авиационный), сжигания топлива в жилых помещениях и производства энергии. Они включили факторы выбросов ЧУ, измеренные непосредственно от отдельных источников, и те, что получены из измерений окружающей среды. Каждая категория источников была разделена на подкатегории для выявления и демонстрации систематических тенденций, таких как потенциальное влияние топлива, технологий сжигания и систем очистки выхлопных/дымовых газов на факторы выбросов ЧУ. В этом обзоре подчёркивается важность регулирования выбросов на уровне общества для смягчения последствий выбросов ЧУ; чёткое сокращение выбросов ЧУ наблюдалось в исследованиях окружающей среды для дорожного движения, а также в прямых измерениях выбросов отдельных транспортных средств с дизельным двигателем. Тем не менее, выбросы ЧУ бензиновых транспортных средств были выше для транспортных средств с непосредственным впрыском топлива, чем для транспортных средств с впрыском топлива через порт, что указывает на потенциально негативную тенденцию в факторах выбросов ЧУ парка бензиновых транспортных средств. В случае судоходства наблюдалась относительно чёткая корреляция между объёмом двигателя и факторами выбросов ЧУ, так что удельные факторы выбросов ЧУ самых больших двигателей были самыми низкими. Что касается факторов выбросов ЧУ от сжигания в жилых помещениях, наблюдаются большие различия в них, указывающие на то, что тип и качество топлива, а также приборы для сжигания значительно влияют на факторы выбросов ЧУ. Наибольшие пробелы в данных были в факторах выбросов крупномасштабного производства энергии, которые можно рассматривать как решающие для оценки потенциала глобального радиационного воздействия антропогенных выбросов ЧУ. Кроме того, необходимо провести гораздо больше исследований для улучшения глобального охвата факторов выбросов ЧУ. Кроме того, использование существующих данных осложняется различными методами расчёта факторов выбросов, различными единицами измерения, используемыми в отчётах, и разницей в результатах из-за различных экспериментальных установок и методов измерения ЧУ. В целом считается, что проведённый обзор факторов выбросов ЧУ значительно повысит точность будущих кадастров выбросов и оценок воздействия антропогенных выбросов ЧУ на климат, качество воздуха и здоровье человека.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368444917_Review_of_black_carbon_emission_factors_from_different_anthropogenic_sources

Таяние многолетней мерзлоты в арктических регионах увеличивает выбросы метана CH₄ в атмосферу, но количественная оценка таких выбросов затруднена из-за наличия больших и отдалённых районов, затронутых этим явлением. Следовательно, данные наблюдения Земли имеют решающее значение для оценки как таяния многолетней мерзлоты, связанных с ним изменений экосистемы, так и увеличения выбросов CH₄. Часто используется подход, основанный на экстраполяции полевых измерений с использованием наблюдения Земли. Тем не менее, необходимо учитывать ключевые проблемы: ландшафтные выбросы CH₄ являются результатом сложного смешения микротопографий и типов растительности в местном масштабе, имеющих сильно различающиеся выбросы CH₄, а также сложность обнаружения начальных стадий деградации многолетней мерзлоты до того, как произойдёт смена растительности. В этом исследовании рассматривается использование комбинации данных беспилотных летательных аппаратов со сверхвысоким разрешением вместе с данными спутников Sentinel-1 и Sentinel-2 для экстраполяции полевых измерений выбросов CH₄ из набора типов растительности, фиксирующих местные различия в растительности. на деградирующих водно-болотных угодьях. Показано, что данные беспилотных летательных аппаратов со сверхвысоким разрешением могут отображать пространственные вариации растительности, связанные с вариациями выбросов CH₄, и позволяют экстраполировать их на более широкий ландшафт. Выходное картирование растительности и последующая экстраполяция выбросов CH₄ точно соответствовали данным, полученным с использованием данных беспилотных летательных аппаратов. Оценка оседания InSAR вместе с классификацией растительности позволила предположить, что высокие темпы оседания торфяных бугров водно-болотных угодий могут использоваться для количественной оценки зон, подверженных риску увеличения выбросов CH₄. Переход области, в которой в настоящее время наблюдается оседание, к растительности болотного типа, по оценкам, увеличит выбросы со 116 кг CH₄ за сезон с исследуемой территории площадью 50 га до выбросов от 6500 до 13000 кг CH₄ за сезон. Ключевым результатом этого исследования является то, что объединение типов данных о наблюдении Земли даёт возможность оценить выбросы CH₄ на больших территориях, покрытых тонкой смесью типов растительности и подверженных переходу к источникам выбросов CH₄ в ближайшем будущем. Это указывает на возможность с уверенностью измерять и контролировать CH₄ из Арктики в пространстве и времени.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/preprints/bg-2023-17/

Влияние солнечного воздействия и ионизации галактических космических лучей на глобальное распределение облаков исследуется с использованием данных ERA-5 за 42 года (1979–2020 гг.). В средних широтах над Евразией между галактическими космическими лучами и облачностью корреляция отрицательна, что противоречит ионизационной теории усиленного зарождения облачных капель из-за увеличения потока галактических космических лучей во время минимумов солнечного цикла. В тропиках солнечный цикл и облачность положительно коррелируют в региональных циркуляциях Уокера на высоте ниже 2 км. Фазовое соотношение между усилением региональной тропической циркуляции и солнечным циклом согласуется с полным солнечным воздействием, а не с модуляцией галактических космических лучей. Однако во внутритропической зоне конвергенции изменения в распределении облачности согласуются с положительной связью с галактическими космическими лучами в свободной атмосфере (2–6 км). Это исследование обозначает некоторые будущие проблемы и направления исследований, а также демонстрирует, как атмосферная циркуляция в региональном масштабе может помочь в понимании изменчивости климата, вызванной солнечной активностью. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30447-9 

Ожидается, что поглощение океаном атмосферного диоксида углерода CO₂ замедлится при увеличении антропогенных выбросов; однако движущие механизмы и темпы изменений остаются неопределёнными, что ограничивает способность прогнозировать долгосрочные изменения климата. Используя моделирование системы Земли, авторы показывают, что поглощение антропогенного углерода замедлится в следующие три столетия из-за снижения щёлочности поверхности. Потепление и связанные с ним изменения в осадках и испарении усиливают плотностную стратификацию верхнего слоя океана, тормозя перенос щелочных вод из глубины. Эффект этих изменений усиливается в три раза за счёт снижения карбонатной буферизации, что делает щёлочность доминирующим регулятором поглощения CO₂ в многовековых временных масштабах. Это моделирование показывает ранее неизвестную петлю обратной связи между щёлочностью и климатом, усиливающую многовековое потепление при высоком уровне выбросов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL101954

Несмотря на то, что концентрации метана, по оценкам, внесли 23% воздействия на климат, часть недавнего повышения глобальных фоновых концентраций метана остаётся необъяснимой. Спутниковое дистанционное зондирование широко используется для ограничения кадастров выбросов, например, с помощью прибора TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument), измеряющего метан с ноября 2017 года. Авторы определили повышение содержания метана в 61 городской местности по всему миру и оценили их выбросы с помощью двумерной модели Гаусса. Показано, что выбросы метана из городских районов могут быть занижены в 3-4 раза в кадастре выбросов парниковых газов EDGAR. Масштабирование полученных результатов на 385 городских районов с населением более 2 миллионов человек позволяет предположить, что на них может приходиться до 22% глобальных выбросов метана. Оценки выбросов для 61 городского района не коррелируют с общим или секторальным кадастром выбросов EDGAR. Однако они коррелируют с оценочными показателями неочищенных сточных вод, варьируясь от 33 кг на человека в год для городов с нулевым уровнем неочищенных сточных вод до 138 кг на человека в год для городов с наиболее неочищенными сточными водами. Если бы эта взаимосвязь была подтверждена дистанционным зондированием с более высоким разрешением или мониторингом на месте, по оценкам авторов, сокращение сбросов неочищенных сточных вод могло бы сократить глобальные выбросы метана на 5-10%, в то же время принеся значительные сопутствующие выгоды для окружающей среды и человека.

Ссылка: researchgate.net/publication/369004569_Investigating_high_methane_emissions_from_urban_areas_detected_by_TROPOMI_and_their_association_with_untreated_wastewater

Хотя экстремальные погодные явления периодически повторяются повсеместно, последствия их одновременного возникновения для урожайности в глобальном масштабе неизвестны. Авторы оценивают воздействие комбинированных экстремальных жарких и засушливых, а также холодных и влажных экстремальных явлений на урожайность кукурузы, риса, сои и пшеницы, используя данные о погоде с привязкой к сетке и сообщаемые данные об урожайности в глобальном масштабе за 1980–2009 гг. Полученные результаты показывают, что одновременно происходящие экстремально жаркие и засушливые явления оказывают повсеместное негативное влияние на урожайность всех проверенных типов сельскохозяйственных культур. Было замечено, что экстремально холодные и влажные условия также снижают урожайность в глобальном масштабе, хотя и в меньшей степени, а последствия в этом случае более неопределённы и непоследовательны. Важно отметить, что за период исследования вероятность одновременного возникновения экстремально жарких и засушливых явлений в течение вегетационного периода увеличилась для всех проверенных типов культур; наибольший рост для пшеницы – до шести раз. Таким образом, это исследование подчёркивает потенциально пагубное воздействие растущей изменчивости климата на глобальное производство продуктов питания.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-29378-2

Текущие затраты, связанные с энергией, имеют решающее значение в такой области, как климат-контроль, требующий больших затрат энергии, поэтому их снижение должно быть приоритетным. Расширение информационно-коммуникационных технологий и Интернета связано с обширным развёртыванием датчиков и вычислительной инфраструктуры, что даёт возможность анализировать и оптимизировать управление энергопотреблением. Данные о внутренних и внешних условиях здания необходимы для разработки эффективных стратегий управления, чтобы минимизировать потребление энергии при сохранении комфорта пользователей внутри. Здесь приведён набор данных, предоставляющий ключевые функции, которые могут быть полезны для широкого круга приложений в контексте моделирования температуры и потребления с помощью алгоритмов искусственного интеллекта. Сбор данных происходил в течение почти одного года в здании Pleiades Университета Мурсии, являющегося пилотным зданием европейского проекта PHOENIX, направленного на повышение энергоэффективности зданий. 

*HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) – Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха  

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02023-3