Многопрофильная дрейфующая обсерватория для изучения арктического климата (MOSAiC) — это многонациональный междисциплинарный проект большого сообщества учёных, занимающихся изучением систем Земли. 

MOSAiC¹ привёл к беспрецедентному числу и разнообразию данных наблюдений за морским льдом центральной Арктики (рис. 1): более 660 уникальных датчиков или измерительных устройств с более чем 8200 зарегистрированными событиями, в результате чего было получено более 90000 параметров в 73 утвержденных подпроектах (см. https://mosaic-expedition.org/). Для работы с данными зарегистрировано 122 персональные информационные системы. Круглогодичный эксперимент начался в сентябре 2019 года и завершился в октябре 2020 года после продолжительного этапа подготовки. Совещание по планированию внедрения, состоявшееся в ноябре 2017 года в Санкт-Петербурге, стало отправной точкой для его концепций логистики данных и управления данными, а его основным организационным компонентом стала Политика данных MOSAiC², описанная ниже. В качестве основного технического компонента было разработано центральное хранилище MOSAiC (MCS), которое будет эксплуатироваться на борту исследовательского ледокола Polarstern³ и отражаться на суше шаг за шагом, что позволит обмениваться данными и сотрудничать между исследователями консорциума MOSAiC.

Рис. 1. Иллюстрация связанной арктической системы, наблюдаемая во время экспедиции MOSAiC 2019/2020.  (C) Alfred Wegener Institute/eventfive. 

Ещё одной важной вехой стала научная встреча в мае 2018 года в Потсдаме, на которой был придуман термин «Наследие данных MOSAiC», чтобы подчеркнуть важность уникальных принципов управления данными, технологий и совместных стратегий публикации в этом многонациональном консорциуме. В этом аспекте эксперимент SHEBA конца 1990-х рассматривался как эталон⁴. SHEBA Phase II представлял собой годовой эксперимент, проводившийся с октября 1997 года по октябрь 1998 года в Северном Ледовитом океане. Были получены опубликованные данные, которые легли в основу серии научных статей (см. https://www.eol.ucar.edu/node/644/publications). Наследие данных SHEBA было передано Арктическому центру данных в виде 184 индивидуально цитируемых наборов данных (https://arcticdata.io/catalog/data). 

Политика данных MOSAiC2 является центральным документом, определяющим членство учёных и пользователей данных в консорциуме MOSAiC, а также принципы сотрудничества в отношении хранения данных, их предоставления, совместного использования и публикации. Кроме того, он определяет крайний срок для членов консорциума MOSAiC, чтобы сделать свои данные общедоступными, а именно 31 января 2023 года. Общая цель состоит в быстром распространении научных данных среди разнообразного сообщества заинтересованных сторон, чтобы обеспечить научные исследования быстро меняющейся арктической системы. В консорциум входят крупные центры обработки данных и репозитории, такие как Pangea и Arctic Data Center. Проект MOSAiC выделяется своей огромной разнородностью наборов данных, включая наблюдения и образцы на месте, данные датчиков, данные дистанционного зондирования и аэрофотосъемки, а также результаты численного моделирования (см. изображение процесса на рис. 1). Все данные публикуются в соответствии с принципами FAIR*. 

Первая серия из трех обзорных статей научных групп MOSAIC, посвящённых морскому льду/снегу, физической океанографии и атмосфере, была опубликована в журнале Elementa^5,6,7. Ожидаются дополнительные научные обзоры. 

Следующая коллекция содержит описания первичных и производных наборов данных из MOSAiC. Будут включены комментарии по управлению данными и международному сотрудничеству с хранилищами данных, описывающие сложность и неоднородность наборов данных. Коллекция будет расширена дополнительными дескрипторами данных и комментариями, и авторы могут принять участие или инициировать такого рода публикации. Веб-сайт коллекции предоставит дополнительную информацию о текущей деятельности MOSAiC, такой как конференции и публикации (https://www.nature.com/collections/dcihcgabdc).

References

1. MOSAiC Consortium. MOSAiC Implementation Plan, https://epic.awi.de/id/eprint/56333/ (2018).
2. Immerz, A. et al. MOSAiC Data Policy. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.4537178 (2019).
3. Knust, R. Polar Research and Supply Vessel POLARSTERN operated by the Alfred-Wegener-Institute. JLSRF 3, https://doi.org/10.17815/jlsrf-3-163 (2017).
4. Uttal, T. et al. Surface Heat Budget of the Arctic Ocean. Bull. Am. Meteorol. Soc. 83, 2 (2002).
5. Nicolaus, M. et al. Overview of the MOSAiC expedition: Snow and sea ice. Elementa 10(1), https://doi.org/10.1525/elementa.2021.000046 (2022).
6. Rabe, B. et al. Overview of the MOSAiC expedition: Physical oceanography. Elementa 10(1), https://doi.org/10.1525/elementa.2021.00062 (2022).
7. Shupe, M.D. et al. Overview of the MOSAiC expedition - Atmosphere. Elementa 10(1), https://doi.org/10.1525/elementa.2021.00060 (2022).
8. Nixdorf, U. et al. MOSAiC Extended Acknowledgement. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.5541624 (2021).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01678-8

*FAIR-данные — это данные, соответствующие принципам Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability — находимости, доступности, совместимости и повторного использования, акроним FAIR можно также перевести как «честные», «справедливые». Данные принципы были представлены в мартовской статье 2016 года в журнале Nature Scientific Data консорциумом из нескольких учёных и организаций. 

Принципы FAIR фокусируются на возможностях автоматической обработки — то есть способность вычислительных систем находить, получать доступ, взаимодействовать и повторно использовать данные без вмешательства человека, или с минимальным его участием — это необходимо в связи с постоянным ростом объёма, сложности и скорости возникновения информации.

Глобальное потепление оказывает сильное влияние на систему Земли. Несмотря на недавний прогресс, модели системы Земли по-прежнему прогнозируют широкий диапазон возможных уровней потепления. Авторы используют обобщённую стохастическую модель климата с целью получения оператора отклика, вычисляющего глобальную среднюю температуру поверхности с учётом конкретных сценариев воздействия для количественной оценки воздействия прошлых выбросов на текущее потепление. Этот подход позволяет систематически разделять «прямые, вызванные принуждением» и «непрямые, вызванные памятью» тенденции. Основываясь на исторических записях, авторы обнаружили, что реакция прямого воздействия слаба, в то время как бо́льшая часть наблюдаемой тенденции глобального потепления приходится на косвенные реакции памяти, накопленные из прошлых выбросов. По сравнению с моделированием CMIP6 этот подход, основанный на данных, прогнозирует более низкие уровни глобального потепления в течение следующих нескольких десятилетий. Представленные результаты показывают, что модели CMIP6 могут иметь более высокую чувствительность к переходному климату, чем это оправдано данными наблюдений, из-за того, что они обладают большей долговременной памятью, чем наблюдаемая.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00298-8

Набор данных оценок температуры поверхности моря (ТПМ) генерируется на основе наблюдений за температурой дрейфующих буёв в рамках программы NOAA Global Drifter Program. Оценки ТПМ на регулярных часовых шагах по траекториям дрифтера получаются путём подгонки к наблюдениям математической модели, представляющей одновременно данные суточной изменчивости ТПМ с тремя гармониками суточной частоты и низкочастотную изменчивость ТПМ с полиномом первой степени. Последующие оценки несуточной ТПМ, её суточных аномалий и общей ТПМ в виде их суммы предоставляются с соответствующими стандартными неопределённостями. Этот лагранжев набор данных ТПМ был разработан в соответствии с существующим и текущим почасовым набором данных о положении и скорости из программы Global Drifter Program.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01670-2

Мы, главы государств-членов Шанхайской организации сотрудничества (далее – ШОС), единогласно признаем, что с каждым днем усугубляются негативныепоследствия изменения климата, и в связи с тем повышается актуальность принятия глобальных действий. Реагирование на изменение климата и содействие восстановлению мировой экономики после пандемии COVID-19 – одна из ключевых задач нашего времени. На территории государств-членов живет почти половина населения мира. В интересах их и всего мирового сообщества подтверждаем нашу общую решимость развивать сотрудничество по реагированию на вызовы, связанные с изменением климата.
Признаем, что изменение климата, а также его негативные последствия представляют собой проблему глобального характера и бросают вызов устойчивому развитию человечества. Решение данной проблемы требует усилий всего мирового сообщества, на основе фундаментальных принципов Рамочной конвенции ООН об изменении климата (далее – Конвенция), в интересах укрепления международного сотрудничества и в целях совместного реагирования на дальнейшую трансформацию экономики и общества в направлении устойчивого и инклюзивного развития.
Государства-члены считают, что Парижское соглашение должно выполняться на основе принципа общей, но дифференцированной ответственности и соответствующих возможностей, в свете различных национальных условий. Отмечаем, что для достижения температурной цели Парижского соглашения решающее значение имеет как сокращение, так и поглощение выбросов парниковых газов и что страны вправе самостоятельно устанавливать национальные цели в области предотвращения изменения климата и пути их достижения.
Государства-члены вносят эффективный вклад в достижение глобальных целейпо предотвращению изменения климата и адаптации к нему.Несмотря на то, что перед нашими странами стоят задачи по восстановлению экономики от последствий пандемии COVID-19 и повышению уровня жизни населения, мы показали пример международному сообществу, предприняв решительные меры по реагированию на изменение климата и продемонстрировав амбициозность поставленных задач в определяемых на национальном уровне вкладах.
Подчеркиваем, что поддержка, оказываемая развитыми странами в соответствии с Приложением II к Конвенции, должна быть соизмерима с действиями по борьбе с изменением климата, предпринимаемыми развивающимися странами. Предоставление и мобилизация ресурсов на борьбу с изменением климата являются обязательствомразвитых стран (Приложение II к Конвенции) по отношению к развивающимся странам.
С глубокой озабоченностью отмечаем, что развитые страны (Приложение II к Конвенции) еще не выполнили свои обязательства по климатическому финансированию, включая мобилизацию 100 миллиардов долларов США в год к 2020 году. Призываем их выполнить обязательства как можно скорее до КС-27, чтобы внести существенный вклад в установление новой коллективной количественной цели по климатическому финансированию на период после 2025 года и увеличить необходимую поддержку развивающихся стран в области финансирования, разработки и передачи технологий и наращивания потенциала, чтобы помочь развивающимся странам принять меры по борьбе с изменением климата в контексте устойчивого развития.
Государства-члены выступают за сбалансированное соотношение между сокращением выбросов и развитием, поддерживая «справедливый переход». Подчеркиваем, что выбросы парниковых газов на душу населения в развивающихся странах ниже, чем в развитых странах. Права развивающихся стран на независимое и устойчивое развитие должны быть обеспечены. В Парижском соглашении зафиксировано, что в процессе устойчивого развития и искоренения нищеты достижение пика выбросов парниковых газов потребует более длительного времени от развивающихся стран. Односторонние принудительные меры нарушают многосторонние принципы, серьезно подрывают многостороннее сотрудничество, коллективные и национальные усилия по решению проблем с изменением климата, а также ослабляют способность стран к решению проблем с изменением климата.
Государства-члены убеждены в недопустимости использования климатической повестки для введения мер, ограничивающих торговое и инвестиционное сотрудничество. Они призывают к сохранению открытого, недискриминационного режима, основанного на принципах добровольности климатических усилий.
Государства-члены высоко оценивают ключевую роль Конвенции в международных переговорах и сотрудничестве по вопросам борьбы с изменением климата и отмечают 30-летие с момента ее подписания. Руководствуясь основополагающими принципами Конвенции, они готовы работать со всеми сторонами для полной и эффективной реализации Конвенции и Парижского соглашения.
Государства-члены отмечают, что Парижское соглашение направлено на удержание прироста глобальной средней температуры намного ниже 2°С сверх доиндустриальных уровней и приложение усилий в целях ограничения роста температуры до 1,5°С, приветствуют итоги 26-й Конференции Сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата, поддерживают усилия Египта в подготовке и проведении 27-й Конференции Сторон РКИК ООН.
Государства-члены подтверждают готовность прилагать совместные усилия в контексте предстоящей Конференции и работать со всеми Сторонами Конвенции на основе взаимной инициативы, принципов открытости, прозрачности, инклюзивности, консенсуса, а также с учетом различных национальных обстоятельств с целью достижения желаемых результатов.
Государства-члены, поддерживая инициативу Республики Таджикистан об объявлении 2025 года «Международным Годом защиты ледников», отмечают предложение о создании Международного фонда по сохранению ледников.
Признавая роль международных углеродных рынков в достижении целей Конвенции и Парижского соглашения, государства-члены считают целесообразным обмен опытом и лучшими практиками по обеспечению экономической эффективности мер по адаптации и предотвращению изменения климата на основе инклюзивных и справедливых подходов, а также принципа общей, но дифференцированной ответственности.
Государства-члены, продолжая практическую реализацию Концепции сотрудничества в области охраны окружающей среды государств-членов ШОС (г. Циндао, 2018 г.) и Программы «Зеленого пояса» Шанхайской организации сотрудничества (г. Душанбе, 2021г.), намерены предпринять следующие дополнительные меры:
– содействовать устойчивому развитию, снижению выбросов парниковых газов, совершенствованию и модернизации инфраструктуры, в том числе в секторе энергетики;
– расширять сотрудничество в сфере развития и внедрения ресурсосберегающих, энергоэффективных, «зеленых» и низкоэмиссионных технологий;
– рассмотреть возможность принятия совместных мер в связи с влиянием изменения климата на морскую флору и фауну;
– расширять обмен опытом в области инвестиционных стандартов, устойчивых проектов, в том числе зеленых таксономий;
– рассмотреть перспективы углубления сотрудничества по мобилизации финансирования для предотвращения изменения климата и адаптации к нему;
– наладить диалог между государствами-членами ШОС по углеродным рынкам, включая подходы к участию в международных углеродных рынках;
– развивать кадровый потенциал, формировать системы обучения специалистов в области климата, создавать программы переподготовки специалистов на основе взаимного сотрудничества государств-членов ШОС;
– проводить в рамках ШОС семинары, форумы, круглые столы с привлечением представителей государственных структур, деловых кругов, исследовательских центров, ученых и других экспертов для обсуждения взаимодействия по обмену опытом в области изменения климата;
– придерживаться открытости для привлечения заинтересованных государств-наблюдателей и партнеров по диалогу ШОС к сотрудничеству в вышеуказанных областях.

Ссылка: http://kremlin.ru/supplement/5842

Множество биогеохимических механизмов обратной связи определяют чувствительность климата Земли в ответ на возмущения радиационного баланса. Один механизм обратной связи, который по-прежнему отсутствовал в большинстве современных моделей системы Земля, применяемых для прогнозирования будущего изменения климата в Шестом докладе МГЭИК, — это воздействие более высоких температур на выбросы биогенных летучих органических соединений (БЛОС) и их последующее воздействие на концентрации гидроксильного радикала (ОН). ОН, в свою очередь, является основным стоком многих газообразных соединений, включая метан - второй среди наиболее важных антропогенных парниковых газов. В данной работе исследовано влияние этого механизма обратной связи с помощью двух моделей: химико-транспортных одномерной модели и глобальной модели. Результаты показывают, что в сценарии повышения температуры на 6 K обратная связь БЛОС -OH-CH₄ увеличивает время жизни метана на 11,4% локально в бореальной области, когда повышение температуры влияет только на скорость химических реакций, а не одновременно на химию и выбросы БЛОС. Это приведёт к локальному увеличению радиационного форсинга через метан (ΔRF_CH4) примерно на 0,013 Вт м^-2 в год, что составляет 2,1% от текущего ΔRF_CH4. Во всем Северном полушарии прогнозируется увеличение концентрации метана на 0,024% в год, по сравнению с модельным повышением температуры только в «химии» или повышением температуры в «химии» и выбросами БЛОС. Это соответствует примерно 7% годового прироста метана в 2008–2017 гг. (6,6 ± 0,3 частей на миллиард в год) и приводит к ΔRF_CH4, равному 1,9 мВт м^-2 в год.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00292-0

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05058-5  

Пространственно подробная сетка распределения населения может играть важную роль в решении проблем изменения климата, управления ресурсами, устойчивого развития и других областей. Уже существует несколько наборов данных с привязкой к сетке, но глобальных данных, особенно данных с высоким разрешением о будущих популяциях, в значительной степени не хватает. На основе набора данных WorldPop авторы представляют глобальный набор данных о населении с координатной сеткой, охватывающий 248 стран или территорий с пространственным разрешением 30 угловых секунд (приблизительно 1 км) с 5-летними интервалами за период 2020–2100 гг., путём реализации алгоритма Random Forest (RF). Этот набор данных количественно согласуется с населением страны в соответствии с общими социально-экономическими путями (SSP). Пространственно подробный набор данных о населении, предсказанный в этом исследовании, подтверждается путём сравнения его с набором данных WorldPop как на субнациональном уровне, так и на уровне сетки. Для верификации взяты 3569 провинций (почти все провинции мира) и более 480 тысяч сеток, и результаты показывают, что этот набор данных может служить входом для прогнозных исследований в различных областях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01675-x

Отступление арктического морского льда связывают с внеполярным переносом тепловой энергии, в то время как потенциальное влияние теплового стока панарктических рек на потерю морского льда остаётся нерешённым. Авторы реконструировали историю арктического морского льда и теплового стока российских панарктических рек в период голоцена, объединив данные об обломках льда и скорость осадконакопления на Восточно-Сибирском арктическом шельфе с компиляцией опубликованных палеоклиматических данных и данных наблюдений. В середине голоцена раннелетняя (июнь-июль) солнечная инсоляция была выше, чем в позднем голоцене, что привело к большему тепловому стоку российских панарктических рек и способствовало большему отступлению арктических морских льдов. Это усиленное сокращение морского льда в начале лета ускорило таяние морского льда в течение летнего периода за счёт снижения регионального альбедо. Эти результаты подчёркивают важное влияние большего теплового стока панарктических рек, способного усилить потерю арктического морского льда летом в контексте глобального потепления.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33106-1

Антарктический морской лёд играет важную роль в формировании антарктических донных вод, перемещающихся по океанам и влияющих на глобальный климат. Авторы демонстрируют, что десятилетнюю изменчивость состояния морского льда в западных антарктических морях можно предсказать, используя сопряжённую модель общей циркуляции. Представлены три десятилетних эксперимента по прогнозу с корректировкой, в которых только либо температура поверхности моря, либо температура поверхности моря и концентрация морского льда, либо температура поверхности моря, концентрация морского льда и температура и солёность подповерхностного океана инициализируются наблюдениями. Обнаружено, что инициализация всех трёх компонентов приводит к самым лучшим результатам прогнозирования сплочённости морского льда в море Амундсена-Беллинсгаузена. Этот эксперимент фиксирует десятилетнее увеличение морского льда после конца 2000-х годов, что связано с аномальной адвекцией морского льда из моря Росса и аномальным охлаждением подповерхностного океана за счёт усиления Антарктического циркумполярного течения. Умелое предсказание десятилетней изменчивости морского льда выигрывает от комбинированной инициализации океанского и морского льда.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00529-z

Мониторинг качества прибрежных вод необходим для отслеживания и смягчения последствий выбросов сточных вод, разливов нефти, повышения температуры поверхности моря и вредоносного цветения водорослей. Одним из способов измерения параметров качества воды является прямой отбор проб воды в полевых условиях. Тем не менее, такой отбор часто занимает много времени, средств и труда, а в странах с низким и средним уровнем дохода собирается мало данных.
Дистанционное зондирование с помощью мульти- и гиперспектральных спутников служит для расширения наборов полевых данных, предоставляя данные с более высоким временным и пространственным разрешением. Спутники обычно вращаются вокруг Земли, некоторые из них ежедневно проходят над определённой областью, и используют датчики для сбора электромагнитного излучения, отражённого от суши и океанов. Видимое и ближнее инфракрасное излучение являются наиболее актуальными для мониторинга качества прибрежных вод. Изображения обрабатываются для маскировки облаков и солнечных бликов, сводя к минимуму или устраняя атмосферные эффекты, влияющие на отражательную способность воды. Затем применяются компьютерные алгоритмы для оценки параметров качества воды на основе скорректированных данных отражательной способности. Эти алгоритмы могут быть простыми для реализации эмпирических или полуэмпирических формул, откалиброванных для конкретных регионов, что часто предпочтительнее для индивидуальных особенностей побережья или сложных мутных вод. Подходы машинного обучения и глубокого обучения выгодны, поскольку они могут количественно объединять спутниковые данные, выходные данные моделей и метеорологические переменные в выходные данные.
Дистанционное зондирование с помощью спутников быстро становится мощным инструментом для мониторинга таких параметров, как температура поверхности моря, мутность и уровни хлорофилла-а, что позволяет отслеживать потепление океана и вредоносное цветение водорослей в больших регионах. Для стран с ограниченными ресурсами, таких как страны Латинской Америки, эти данные дистанционного зондирования могут быть единственным существенным набором данных. С 2020 года наборы спутниковых данных успешно используются для регистрации улучшений качества воды в прибрежных районах во время карантина из-за COVID-19, в том числе вокруг Белиза в Центральной Америке. Текущие результаты с использованием данных дистанционного зондирования используются для планирования будущих спутниковых миссий, таких как миссия PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem), её запуск запланирован на начало 2024 года. Эта миссия позволит различать волны разных типов с высокой точностью.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00337-1