Протяжённость морского льда в море Уэдделла достигла исключительно низких уровней в апреле (1,97 млн км²) и мае (3,06 млн км²) 2019 г., при этом значения были на ~22% ниже среднего многолетнего значения. Используя данные наземного и спутникового мониторинга, а также атмосферного реанализа, авторы показали, что большие отрицательные аномалии протяжённости морского льда были вызваны прохождением серии интенсивных и взрывных полярных циклонов (с рекордно низким давлением), также известных как атмосферные «бомбы», имевших атмосферные потоки на их восточных склонах. Эти штормы привели к распространению к полюсу рекордно высоких зыби и ветровых волн (~ 9,6 м), что способствовало адвекции льда на юг (~ 50 км). Свою роль сыграли и термодинамические процессы, в том числе рекордные аномальные потоки атмосферного тепла (>138 Вт м⁻²) и влаги (>300 кг м⁻¹с⁻¹) из средних широт, а также потепление океанического слоя перемешивания (>2°C). Аномалии атмосферной циркуляции были связаны с усиленной волной номер три, что привело к усилению меридионального течения между средними широтами и Антарктидой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00243-9

По прогнозам, к 2030 году число мегаполисов в мире увеличится с 33 до 43. Мегаполисы имеют решающее значение для мировой экономики; однако управление их ресурсами является особенно сложной задачей. Увеличение спроса на энергию параллельно с ростом населения и изменением климата требует срочных инвестиций в устойчивые источники энергии. Здесь изучены мегаполисы Богота, Лос-Анджелес и Джакарта и обнаружено, что потенциальной базы геотермальных ресурсов достаточно для покрытия бытового спроса на электроэнергию в 1,14, 4,25 и 1,84 раза соответственно. Геотермальная энергия, чистый ресурс базовой нагрузки, независимый от погодных условий, может внести значительный вклад в удовлетворение энергетических потребностей, улучшение качества воздуха и обезуглероживание мегаполисов мира. Авторы пришли к выводу, что очень важно, чтобы правительства и общественность были информированы о преимуществах геотермальной энергии. Кроме того, такая энергетическая политика в сочетании с инвестициями в исследования и разработки необходима для обеспечения успешной интеграции геотермальной энергии в будущий энергетический баланс.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00386-w

Мультимодельные ансамбли используются для повышения производительности результатов глобальных климатических моделей. В этом исследовании оценивается эффективность мультимодельных ансамблей осадков, максимальной и минимальной температуры в бассейне тропической реки в Индии, разработанных с помощью различных методов, таких как среднее арифметическое, «множественная линейная регрессия», «метод опорных векторов», «регрессор дополнительного дерева», «случайный лес» и «долговременная краткосрочная память». Для этой цели используются 21 модель общей циркуляции из набора данных Global Daily Downscale Projects (NEX-GDDP) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и 13 моделей из CMIP6. Результаты исследования показывают, что применение модели «долговременная краткосрочная память» для ансамбля работает значительно лучше, чем модели в случае осадков со значением коэффициента детерминации R² = 0,9. В случае температуры все методы машинного обучения показали одинаково хорошую производительность, при этом методы «случайный лес» и «долговременная краткосрочная память» показали стабильно хорошие результаты во всех случаях со значением R² в диапазоне от 0,82 до 0,93. Следовательно, на основе этого исследования методы «случайный лес» и «долговременная краткосрочная память» рекомендуются для создания мультимодельных ансамблей в рассматриваемом бассейне. В целом, все подходы машинного обучения работали лучше, чем подход среднего ансамбля.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-08786-w

Уменьшение испарения из-за сухости почв может повлиять на энергетический баланс поверхности Земли, что отразится на местных осадках и осадках с подветренной стороны. Когда испарение ограничивается влажностью почвы, атмосферный запас воды истощается, и этот дефицит может распространяться во времени и пространстве. Такой механизм теоретически может привести к самораспространению засух, но степень, в которой происходит этот процесс, неизвестна. Авторы изолируют влияние засушливости почвы на осадки с подветренной стороны, используя лагранжево отслеживание влажности, ограниченное наблюдениями за 40 крупнейшими недавними засухами во всём мире. Показано, что засухи в засушливых районах особенно склонны к самораспространению, потому что испарение имеет тенденцию сильно реагировать на повышенный водный стресс почвы. В засушливых районах количество осадков может уменьшиться более чем на 15% из-за засухи с наветренной стороны во время одного явления и до 30% в течение отдельных месяцев. В свете прогнозируемого широкомасштабного сокращения доступности воды такая обратная связь может ещё больше усугубить будущие засухи.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-022-00912-7

Палеоцен-эоценовый температурный максимум распознаётся по большому отклонению изотопа углерода (δ¹³C), указывающему на внесение изотопно-лёгкого углерода в экзогенные резервуары, масса, источник и скорость наполнения которых продолжают обсуждаться. Доказательства временного выброса углерода-предшественника были обнаружены в нескольких местах, хотя остаётся сомнительным, существует ли глобальный сигнал. Авторы представляют данные фораминифер δ¹³C из разреза морской континентальной окраины, которые показывают отрицательное отклонение перед началом периода от 1,0 до 1,5 ‰ и сопутствующие повышение температуры поверхности моря не менее чем на 2°C и снижение рН океана. Восстановление как δ¹³C, так и pH до начала отклонения изотопа углерода и очевидное отсутствие отрицательного отклонения в глубоководных данных предполагает быстрое (меньше временных масштабов смешения океана) высвобождение углерода, за которым следует восстановление, вызванное глубинным перемешиванием. Таким образом, углерод, выбрасываемый во время отрицательного отклонения, вероятно, больше похож на текущие антропогенные выбросы по массе и скорости, чем основное отклонение изотопа углерода.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg1025

Для достижения климатических целей Парижского соглашения потребуется, чтобы мир достиг нулевых выбросов CO₂ примерно к середине века или раньше. Природные климатические решения, направленные на сохранение и увеличение запасов углерода в наземных или водных экосистемах, могут стать потенциальным вкладом в достижение целей нулевых выбросов. Однако существует риск того, что успешно сохранённый в наземных системах углерод может впоследствии возвратиться обратно в атмосферу в результате таких нарушений, как лесные пожары или вырубка лесов. Авторы количественно оценивают климатический эффект природных климатических решений в сценарии, при котором наземные запасы углерода увеличиваются в течение следующих нескольких десятилетий, а затем возвращаются в атмосферу во второй половине этого века. Показано, что временное связывание углерода может снизить пиковое повышение температуры, но только в том случае, если оно будет реализовано вместе с амбициозным сценарием смягчения последствий, при котором выбросы CO₂ от ископаемого топлива также будут снижены до нуля. Также показано, что эффекты, не связанные с CO₂, такие как уменьшение альбедо поверхности, обусловленное лесовосстановлением, могут нейтрализовать почти половину климатического эффекта секвестрации углерода. Эти результаты говорят о том, что временное хранение углерода в природе приносит пользу для климата, но только в том случае, если оно реализуется в качестве дополнения (а не альтернативы) амбициозным сокращениям выбросов CO₂ от ископаемого топлива.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00391-z

Разница температур между низкими и высокими широтами является одним из показателей эффективности глобальной климатической системы в перераспределении тепла и используется для проверки способности моделей представлять эволюцию климатической системы. Авторы показывают, что широтный температурный градиент демонстрировал устойчивую обратную связь со средней глобальной температурой поверхности моря, по крайней мере, в течение последних 95 миллионов лет. Эти результаты помогают уменьшить противоречия между результатами климатических моделей и эмпирическими оценками температуры и доказывают фундаментальную согласованность динамики переноса тепла и излучения в самых разных фоновых состояниях.

Широтный температурный градиент является фундаментальным параметром состояния климатической системы, связанным с динамикой переноса тепла и излучения. Поэтому его оценка - это основная цель реконструкции косвенных значений температуры и глобальных климатических моделей. Однако реконструкция широтного температурного градиента в климате прошлого остаётся сложной задачей из-за нехватки соответствующих косвенных данных и больших расхождений с результатами моделирования. Используя обширную подборку планктонных фораминифер δ18O, авторы разработали методы для реконструкции непрерывной записи широтного градиента температуры поверхности моря (ТПМ) за последние 95 миллионов лет. Они обнаружили, что широтные градиенты ТПМ колебались от 26,5 до 15,3°C при среднем глобальном диапазоне ТПМ от 15,3 до 32,5°C, с самыми высокими градиентами в самые холодные промежутки времени. Исходя из этого соотношения, был рассчитан коэффициент полярного усиления (отношение изменения ТПМ в области > 60° ю.ш. к изменению глобальной средней ТПМ), равный 1,44 ± 0,15. Эти результаты ближе к модельным прогнозам, чем предыдущие оценки на основе косвенных данных, в первую очередь потому, что оценки высокоширотной ТПМ на основе δ18O более точно отслеживают придонные температуры, что даёт более высокие градиенты. Постоянная ковариация значений δ18O у низко- и высокоширотных планктонных фораминифер и у бентосных фораминифер в различных климатических состояниях указывает на фундаментальное ограничение многих аспектов климатической системы, связывая глубоководные температуры, широтный градиент ТПМ и глобальные средние ТПМ при значительных изменениях содержания CO2 в атмосфере, конфигурации континентов, океанических ворот и протяжённости континентальных ледяных щитов. Это подразумевает важную лежащую в основе внутреннюю предсказуемость климатической системы в самых разных фоновых состояниях.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2111332119

Новый анализ показывает, что случаи экстремального потепления в океане участились по сравнению с очень далёким прошлым: в 2019 году почти 60% поверхности океана испытывали экстремальную жару. 

Экстремальные морские температуры, которые когда-то считались редкостью, официально стали нормой для большей части Мирового океана. Согласно новому исследованию, более половины морской поверхности в настоящее время регулярно подвергается сильной жаре. Эти аномально высокие температуры могут иметь далеко идущие негативные последствия для морских животных, а также для зависящей от них региональной экономики.  

«Мы должны понимать, что изменение климата происходит сейчас, пока мы говорим… Это происходит уже довольно давно», — сказал соавтор исследования Кисей Танака (Kisei Tanaka), морской эколог из NOAA.  

До того, как занять должность в NOAA, Танака работал научным сотрудником в Аквариуме Монтерей-Бей в Калифорнии. Пока он был там, он и Кайл Ван Хоутан (Kyle Van Houtan), главный научный сотрудник аквариума в то время, заметили некоторые необычные изменения, происходящие в заливе. Леса водорослей исчезали, а морские виды, нормальной средой обитания которых были более тёплые воды Южной Калифорнии, начали появляться дальше к северу.  

Чтобы лучше понять, что вызвало эти изменения, «мы хотели иметь индекс экстремальной морской жары», — сказал Ван Хутан, ныне президент и главный исполнительный директор Loggerhead Marinelife Center во Флориде. Но, что удивительно, не существовало ни одного индекса, по крайней мере, такого, который соответствовал бы необходимым им критериям. Предыдущие исторические исследования редко выходят за пределы 1950-х годов, что «слишком поздно в уже сильно изменившейся системе», — объяснил Ван Хутан. 

Чтобы составить карту того, как эти явления экстремальной жары в океане развивались на протяжении новейшей истории, Танака и Ван Хоутан проанализировали обширные данные о температуре поверхности моря, относящиеся к концу 19-ого века. Они обнаружили, что между 1870 и 1919 годами — периодом, соответствующим второй промышленной революции — экстремальные тепловые явления были относительно редки, затрагивая только 2% поверхности океана в любой момент времени. Но в течение следующего столетия эта цифра превысила 50% и «никогда больше не снижалась», объяснил Танака. На самом деле она поднялась ещё выше; к 2019 году почти 60% поверхности океана страдало от сильной жары.  

То, что когда-то было «температурным явлением, случавшимся один раз в 50 лет, стало ежегодным событием», — сказал Танака, отметив, что в некоторых частях океана такие экстремальные температурные явления стали происходить даже «каждый календарный месяц».  

Работа Танаки и Ван Хутана «подкрепляет все исследования, показывающие усиление потепления в океане по мере того, как мы приближаемся к 21-ому веку», — сказала София Дармараки (Sofia Darmaraki), физический океанограф из Университета Далхаузи в Новой Шотландии, Канада. не участвовавшая в этой работе. «Это показывает, что люди действительно влияют на океан». 

Двенадцать глобальных карт, каждая из которых представляет десятилетие с 1980 года, показывают, как повторяемость экстремальной жары росла за последние годы ежегодно, в период с января по март и с июля по сентябрь. Фото: Танака и др., 2022 г., https://doi.org/10.1371/journal.pclm.0000007

Переступая порог  

Чтобы морские температуры считались «нормальными», они должны регулярно наблюдаться на большей части поверхности океана. Этот порог определяется как «точка невозврата». Хотя глобальный океан официально достиг этой точки ещё в 2014 году, Танака и Ван Хутан обнаружили, что некоторые океанические бассейны фактически пересекли этот порог более десяти лет назад. Южная Атлантика, например, достигла этой точки ещё в 1998 году. 

«Это признак того, что, возможно, потепление океана происходит быстрее, чем мы думаем», — добавила Дармараки. 

Исследование также ясно даёт понять, что изменение климата — это «не просто какой-то сценарий будущего, который произойдёт через 20 или 50 лет», — сказал Танака.

Тем не менее, надежда ещё есть. Как объяснил Ван Хутан, «точка невозврата» была скорее статистическим описанием временных рядов». Это не постоянное состояние, которое нельзя изменить. Кроме того, хотя 50% бассейнов южной части Тихого океана в недавнем прошлом испытали явления жары, они ещё не стали регулярным явлением. «На планете всё ещё есть относительно холодные места», — сказала Дармараки, и крайне важно, чтобы мы защищали эти важные климатические убежища. Но для этого, по словам Танаки, нам нужно работать вместе, чтобы достичь целей Парижского соглашения. Учёные, заинтересованные стороны и руководители рыбных хозяйств также должны будут сотрудничать «для улучшения стратегий адаптации и планирования», добавила Дармараки. 

«Существует так много хороших способов уменьшить влияние изменения климата и, надеюсь, обратить его вспять», — сказал Ван Хутан.

Ссылка: https://eos.org/articles/once-extreme-ocean-temperatures-are-the-new-normal

На величину выбросов двуокиси углерода (CO₂) в ручьях и реках влияют сезонные изменения биогеохимии и гидрологии водоразделов. Однако глобальные оценки этой эмиссии являются неточными, поскольку они основаны на расчётных значениях CO₂ и лишены пространственной точности или сезонных вариаций, имеющих решающее значение для понимания макроэкосистемного контроля над потоком. Авторы собрали 5910 прямых измерений речного парциального давления CO₂ и смоделировали их в зависимости от свойств водосбора, чтобы оценить ежемесячные колебания потока в масштабе досягаемости. Затем прямые измерения были объединены с сезонно разрешёнными оценками скорости переноса газа и площади поверхности реки из недавнего набора глобальных гидрографических данных, чтобы ограничить поток в месячном масштабе. Во всём мире речные выбросы CO₂ колеблются от 112 до 209 Тг углерода в месяц. Ежемесячный приток в реках Арктики и северных умеренных широт различается гораздо больше, чем в реках тропических и южных умеренных широт (коэффициент вариации: от 46 до 95 против 6 до 12%). Отношение годового речного выброса CO₂ к наземной валовой первичной продукции сильно различается по регионам, варьируясь от незначительного (<0,2%) до 18%. Нелинейные регрессии предполагают насыщающее увеличение наземной валовой первичной продукции и ненасыщающее, более резкое увеличение речных выбросов CO₂ по регионам, что приводит к более высокому проценту наземной валовой первичной продукции, сбрасываемой в реки для стока в более влажных регионах. Это подчёркивает важность гидрологии, в частности пропускной способности воды, в направлении наземного углерода в атмосферу через глобальные дренажные сети. Приведённые результаты предполагают необходимость учёта дифференциальных гидрологических реакций земно-атмосферного и речно-атмосферного углеродных обменов при формировании наземного углеродного баланса.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2106322119

Большие вариации в росте концентрации атмосферного метана, важного парникового газа, обусловлены разнообразными антропогенными и естественными выбросами, а также потерями в результате окисления гидроксильным радикалом. Авторы использовали набор данных спутниковых наблюдений за метаном в течение десятилетия (2010–2019 гг.), чтобы показать, что выбросы с суши в тропиках объясняют более 80% наблюдаемых изменений глобальной скорости роста содержания метана в атмосфере за этот период. Используя корреляционный метеорологический анализ, они обнаружили сильную сезонную корреляцию (r = 0,6–0,8) между крупномасштабными изменениями температуры поверхности моря над тропическими участками океана и региональными вариациями выбросов метана (через изменения количества осадков и температуры) над тропическими районами Южной Америки и Африки. Таким образом, существующие методы прогнозирования изменений температуры поверхности моря могут быть использованы для помощи в прогнозировании изменений глобального содержания метана в атмосфере. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-28989-z