Заметные изменения в зимней арктической атмосферной циркуляции произошли за последние несколько десятилетий. Несмотря на важность недавнего исчезновения арктического морского льда для понимания современных изменений климата средних широт Северного полушария, остаётся неясным, влияет ли оно и, если да, то каким образом, на изменения климата. В этом исследовании модель регионального масштаба используется для отделения прямого влияния морского льда от естественной изменчивости крупномасштабной атмосферной циркуляции. Результаты показывают, что в ответ на потерю морского льда увеличение геопотенциальной высоты в средней и верхней тропосфере является устойчивым при моделировании, но величина отклика сильно зависит от фонового состояния атмосферы. В большинстве случаев атмосферное потепление, вызванное исчезновением морского льда, удерживается у поверхности из-за высокой вертикальной устойчивости зимней арктической нижней тропосферы, что, соответственно, приводит к небольшому отклику геопотенциальной высоты. Однако, когда система низкого давления расположена над Баренцевым морем, относительно слабая устойчивость не препятствует восходящему переносу поверхностного потепления, вызывая значительно большее увеличение геопотенциальной высоты. Эта сильная зависимость отклика атмосферы от её состояния, которая также обнаруживается в недавних исследованиях с использованием модельных экспериментов глобального масштаба, подчёркивает важность точного представления фонового состояния атмосферы для оценок влияния морского льда при численном моделировании.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-12783-4

Тропосферные антропогенные аэрозоли являются вторым по величине фактором воздействия на изменение климата, но с высокой степенью неопределённости из-за их пространственно-временной изменчивости и сложных оптических свойств. В этом обзоре авторы обобщают понимание наблюдений за аэрозолями и их радиационными и климатическими эффектами. Аэрозоли компенсируют примерно одну треть эффекта потепления, обусловленного антропогенными парниковыми газами. Тем не менее, в регионах с высокой долей поглощающих аэрозолей, таких как Южная Америка, Восточная и Южная Азия, может происходить существенный сезонный разогрев атмосферы. Внутреннее перемешивание и вертикальное распределение аэрозолей, изменяющих как прямое воздействие, так и взаимодействие между ними и облаками, могут ещё больше усилить этот разогрев. Несмотря на множество исследований взаимодействий аэрозолей и облаков, в оценках общего аэрозольного воздействия всё ещё существует по крайней мере 50-процентный разброс. Эта сохраняющаяся неопределённость частично связана с неточностями измерений антропогенного и естественного поглощения аэрозолей, а также с малоизученным воздействием аэрозолей на облака. Космическое, многоугольное поляризационное и активное дистанционное зондирование нового поколения в сочетании с наблюдениями на месте (in situ) открывают возможности для большего сокращения погрешностей характеристик рассеяния, поглощения и распределения аэрозолей по размерам, тем самым способствуя совершенствованию моделей для уточнения оценок воздействия аэрозолей и климатических воздействий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00296-7

Увеличение содержания органического углерода в почве в естественных и культивируемых экосистемах предлагается в качестве естественного климатического решения для ограничения глобального потепления. Динамика содержания органического углерода в почве определяется многими факторами, такими как изменения в землепользовании, управление земельными ресурсами и изменение климата. Количество дополнительного углерода, потенциально хранящегося в почве, является предметом многочисленных споров в научном сообществе. Авторы представляют глобальную базу данных, в которой собраны результаты 217 метаанализов, обобщающих влияние управления земельными ресурсами, изменений в землепользовании и изменения климата на содержание органического углерода в почве. Сообщается в общей сложности о 15 857 элементах, 6 550 из которых напрямую связаны с углеродом в почве, а 9 307 - с другими связанными с почвой или растениями переменными. База данных дополнительно синтезирует результаты 13 632 уникальных первичных исследований в более чем 150 странах, которые использовались в метаанализах. Метаанализы были классифицированы по типам вмешательства, землепользования, последствий, стран и регионов. Эта база данных помогает понять движущие силы секвестрации содержания органического углерода в почве, связанные с этим сопутствующие выгоды и потенциальные недостатки, а также является полезным инструментом для определения будущих глобальных политических решений в области изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01318-1

Бореальные леса содержат около половины запаса углерода (C) наземных лесов во всём мире, и поэтому они играют огромную роль в глобальном цикле углерода. Таким образом, точное прогнозирование глобального баланса углерода требует понимания потоков углерода в бореальных деревьях и того, как они реагируют на изменение климата. Хотя взаимосвязь между климатом и ростом бореальных деревьев в целом нестационарна, остаётся неизвестным, верно ли то же самое в отношении взаимосвязей между климатом и потоками углерода. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00308-6 

Пожары представляют собой серьёзное вызванное климатом нарушение в наземных экосистемах, которое часто связано с антропогенным фактором: возгораниями или тушением пожаров. Изменения в выбросах парниковых газов от пожаров могут иметь обратную связь с глобальным углеродным циклом, но плохо изучено, будет ли динамика пожарной активности усугублять или ослаблять изменение климата. Авторы количественно оценивают динамику пожаров в условиях исторического и будущего климата и демографии человека, используя объединенную модель глобального климата, пожаров и углеродного цикла, соревнующуюся с 34 отдельными моделями системы Земли. Результаты сравниваются с воображаемыми, не имевшими место в действительности ситуациями: одной, предполагающей постоянный доиндустриальный пожарный режим, и другой - без пожаров. Хотя неопределённость в прогнозируемых последствиях пожаров велика и зависит от особенностей модели системы Земли, социально-экономической эволюции и сценария выбросов, авторы обнаружили, что изменения в демографии, как правило, подавляют глобальную пожарную активность, сохраняя больше углерода в наземных экосистемах и ослабляя потепление. Во всём мире изменения в пожарах воздействовали на потепление климата на протяжении большей части ХХ века. Однако недавнее и прогнозируемое в будущем снижение пожарной активности может обратить это вспять, увеличивая поглощение углерода сушей и компенсируя от 5 до 10 лет глобальных выбросов CO₂ на сегодняшнем уровне. Это потенциально снижает потепление до 0,11°C к 2100 году. Показано, что обратные связи между климатом и углеродным циклом, вызванные изменением режимов пожаров, наиболее эффективно замедляют глобальное потепление при сценариях с более низким уровнем выбросов. Это исследование подчёркивает, что возгорания и активное и пассивное тушение пожаров могут иметь такое же важное значение для будущих режимов пожаров, как и изменения климата, хотя и с некоторым риском возникновения более экстремальных пожаров на региональном уровне и с последствиями для других функций в пожарозависимых экосистемах.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2101186119

Ускоряющееся относительное повышение уровня моря угрожает прибрежным водно-болотным угодьям. Однако рост концентрации CO₂ может также стимулировать секвестрацию углерода и вертикальное отложение наносов, уравновешивая относительное повышение уровня моря. Прибрежное водно-болотное угодье с преобладанием видов растений С3 подвергалось воздействию окружающей среды и повышенных уровней CO₂ на месте (in situ) с 1987 по 2019 гг., в течение которых концентрация CO₂ в окружающей среде увеличилась на 18%, а уровень моря поднялся на 23 см. Продуктивность растений не увеличилась в ответ на постепенное повышение концентрации CO₂ в окружающей среде в течение этого периода. Повышенный уровень содержания СО₂ увеличивал продуктивность побегов в течение первых двух десятилетий, но с 2005 по 2019 гг. стимулирование производства повышенным содержанием СО₂ уменьшилось. Снижение совпало с ростом относительного уровня моря выше порогового значения, препятствующего продуктивности корней. В то время как повышенная стимуляция CO₂ потенциально может смягчить негативное воздействие относительного повышения уровня моря на продуктивность приливно-отливных водно-болотных угодий, выгоды для устойчивости прибрежных водно-болотных угодий будут уменьшаться в долгосрочной перспективе по мере ускорения темпов относительного повышения уровня моря.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn0054

Уязвимость, незащищённость и устойчивость социально-экономической деятельности к будущим экстремальным климатическим явлениям требуют использования ВВП с привязкой к координатной сетке с высоким разрешением в исследованиях по адаптации к изменению климата и смягчению его последствий. Хотя глобальные социально-экономические прогнозы предоставляются в основном на национальном уровне, подходы к уменьшению масштаба с использованием дистанционного зондирования ночного светового излучения или данных о населении с привязкой к координатной сетке могут увеличить неопределённость из-за ряда ограничений. Поэтому авторы использовали подход, основанный на дистанционном зондировании ночного светового излучения, который демонстрирует более высокую точность социально-экономического разукрупнения. В качестве исходных данных использовался валовой региональный продукт более 800 областей, занимающих более 60% мировой суши и обеспечивавших более 80% ВВП в 2005 г. Представлен первый набор сопоставимых географически точных глобальных прогнозов ВВП с привязкой к координатной сетке с точным пространственным разрешением в 30 угловых секунд и 0,25 углового градуса для исторического периода 2005 г. и для 2030–2100 гг. с 10-летними интервалами в рамках пяти SSP, учитывающих Политику двух детей в Китае. Этот набор данных прогноза ВВП с привязкой к сетке может расширить применимость данных о ВВП, наличие которых необходимо для социально-экономических исследований и исследований изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01300-x

Устойчивое управление водными ресурсами включает социальные, экономические, экологические, водные и ресурсные факторы. В этом исследовании предлагается новая структура стратегического планирования с основанным на многих критериях принятием решений с целью разработки альтернатив устойчивого управления водными ресурсами для крупномасштабных водных систем. Разработана гибкая многокритериальная модель принятия решений для ранжирования региональных альтернатив управления сельскохозяйственными водными ресурсами с учётом критериев устойчивости водных ресурсов. Модель принятия решений сочетает в себе иерархический анализ и нечёткий метод определения порядка предпочтения по сходству с идеальным решением (TOPSIS). Варианты управления были представлены пространственно в виде карт районирования на уровне зон орошения изучаемой территории. Результаты показывают, что зона управления орошением № 3 (вариант A3) заняла первое место по управлению спросом и подачей сельскохозяйственной воды в пяти из семи доступных сценариев (сценарии представляют собой возможную комбинацию весов, присвоенных критериям). В частности, результаты показывают, что зона управления орошением № 3 (вариант A3) достигла наилучших значений ранжирования 0,151, 0,169, 0,152, 0,174 и 0,164 по отношению к сценариям 1, 4, 5, 6 и 7 соответственно. Однако в зоне управления орошением №2 (вариант А2) были достигнуты наилучшие значения 0,152 и 0,150 по второму и третьему сценариям соответственно. Результаты моделирования определяют наилучшие альтернативы управления сельскохозяйственными водными ресурсами в крупных ирригационных и дренажных сетях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-12194-5

CH₄ является наиболее распространённым химически активным парниковым газом, и для разработки мер по смягчению антропогенных изменений климата необходимо полное понимание его атмосферной эволюции. Современные химико-климатические модели, как правило, недооценивают продолжительность жизни CH₄, вследствие неопределённостей в отношении его источников и стоков. Химически активные галогены существенно нарушают баланс тропосферного гидроксила ОН - основного стока CH₄. Однако такое влияние галогенов в атмосфере не учитывается в существующих климатических модельных оценках метановой нагрузки и радиационного форсинга. Авторы демонстрируют, что химия активных галогенов увеличивает глобальное время жизни CH₄ на 6–9% в течение XXI века. Этот эффект возникает из-за значительного обусловленного галогенами (главным образом, йодом и бромом) снижения стока CH₄ в реакции с OH, которое превосходит прямой сток CH₄, вызванный хлором. Это увеличение времени жизни CH₄ помогает сократить разрыв между модельными результатами и наблюдениями и приводит к увеличению метановой нагрузки и радиационного форсинга в этом столетии. Увеличение нагрузки CH₄ обусловленной галогенами (до 700 Тг или 8% к 2100 г.), эквивалентно наблюдаемому росту содержания CH₄ в атмосфере в течение последних трёх-четырёх десятилетий. Примечательно, что усиление радиационного форсинга CH₄, вызванное галогенами, в настоящее время составляет 0,05 Вт/м² и, согласно прогнозам, увеличится в будущем (0,06 Вт/м² к 2100 г.); такое усиление равняется примерно 10% современного радиационного форсинга CH₄ и одной трети радиационного форсинга N₂O, третьего по величине хорошо перемешанного парникового газа. Как прямое (обусловленное Cl), так и косвенное (через OH) воздействие галогенов должно быть включено в будущие прогнозы CH₄.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-30456-8

Новые подробные исследования моря Бофорта выявили впадину морского дна размером с городской квартал, связанную с таянием многолетней мерзлоты и, вероятно, находящуюся под влиянием движения подземных вод внизу.

Арктика тает. Повышение температуры приводит к таянию многолетней мерзлоты, слоя земли, поддерживающего человеческие сообщества и естественные экосистемы в самых северных уголках планеты. Есть много открытых вопросов о деградации многолетней мерзлоты на суше, например, сколько углерода попадает в атмосферу и как это влияет на изменение климата. Но ещё больше неизвестного о том, что происходит с многолетней мерзлотой, погружённой в холодные воды Северного Ледовитого океана. 

В новом исследовании, опубликованном в Трудах Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (PNAS), описаны некоторые крупные изменения подводной многолетней мерзлоты на краю континентального шельфа и склоне канадского моря Бофорта с 2010 по 2019 гг. 

За период исследования международная группа учёных обнаружила образование «как минимум одной новой впадины, которая эквивалентна [по объёму] кварталу Нью-Йорка, состоящему из шестиэтажных зданий», — сказал Чарли Полл (Charlie Paull), морской геолог из Monterey Bay Aquarium Research Institute и соавтор нового исследования. «Помимо этого, было несколько впадин размером с семейный дом, [которые] развились в этот период времени — это довольно необычно». 

Повторные исследования кромки арктического шельфа в море Бофорта выявили массивную впадину, развившуюся в период с 2010 по 2019 гг.

«До этого исследования никто не осознавал, насколько динамична эта область», — сказала Дженнифер М. Фредерик (Jennifer M. Frederick), геолог-вычислитель из Sandia National Laboratories, не участвовавшая в новом исследовании.

Отображение кардинальных изменений   

В 2010 году исследователи нанесли на карту 95-километровый участок края арктического шельфа в канадском море Бофорта, примерно в 180 км от берега. Судовая съёмка выявила необычайно неровное морское дно на глубине от 120 до 200 метров от поверхности на переходе между краем шельфа и склоном. 

В течение следующих нескольких лет команда учёных несколько раз исследовала один и тот же район, выполняя дополнительные работы с помощью установленных на корабле многолучевых гидролокаторов и собирая данные с более высоким разрешением с использованием автономных подводных аппаратов. Этот подход позволил им отслеживать изменения морфологии морского дна с течением времени. 

«Это очень умное использование повторяющихся наборов данных», — сказала Кэролин Руппел (Carolyn Ruppel), морской геофизик, возглавляющая проект по газовым гидратам Геологической службы США и не участвовавшая в новой работе. 

Автономные подводные аппараты составили подробную карту необычайно неровного рельефа морского дна вдоль шельфовой кромки моря Бофорта.

Команда определила отдельные группы особенностей. Впадины овальной формы располагались в районе пересечённой оголённой местности. Команда обнаружила особенности на более низких глубинах, напоминающие пинго, покрытые льдом холмы, которые усеивают арктический ландшафт.

Медленный процесс  

В отличие от того, что происходит с многолетней мерзлотой на суше, исследователи не думают, что подводная вечная мерзлота в море Бофорта тает из-за повышения температуры, потому что вода, омывающая изрытый впадиной регион, имеет температуру около -1,4°C. 

«Это не растапливает многолетнюю мерзлоту», — сказал Полл. Вместо этого исследователи предположили, что подземные воды медленно перемещаются — на несколько сотен миллиметров в год — под многолетней мерзлотой и нагревают её снизу. По мере таяния многолетняя мерзлота может периодически разрушаться, образуя большие впадины, обнаруженные командой. «Это та область, где очень небольшие изменения, но сохраняющиеся в течение длительного периода времени, могут иметь большие последствия», — сказал Полл. Команда подсчитала, что пересечённая местность вдоль края континентального шельфа сформировалась примерно за 1150 лет. 

Фредерик сказала, что анализ авторов, похоже, подтверждает выводы исследования моделирования 2015 года с её участием как соавтора, в котором предполагалось, что подземные воды могут перемещаться от берега в этот район. Например, пинго-подобные элементы на морском дне совпадают с тем местом, где модель «ожидала», что грунтовые воды поднимутся до морского дна. По словам Полла и его коллег, в зависимости от баланса температуры воды, солёности и скорости течения, циркуляционные черты могут появиться, когда грунтовые воды замерзают по мере приближения к более холодному морскому дну. 

«Один из прогнозов модели заключался в том, что этот поток грунтовых вод всё ещё существует сегодня», — сказала Фредерик. «Было действительно здорово видеть, что эти вещи на самом деле являются современными явлениями».

Ссылка: https://eos.org/articles/groundwater-flow-may-contribute-to-submarine-permafrost-thaw