Наземная биосфера играет важную роль в глобальном углеродном цикле, и существует признанная необходимость в регулярно обновляемых оценках обмена «суша-атмосфера» в региональном и глобальном масштабах. Международный ансамбль динамических глобальных моделей растительности (Dynamic Global Vegetation Models, DGVM), известный как проект «Тенденции и движущие силы наземных источников и стоков углекислого газа в региональном масштабе» (Trends and drivers of the regional scale terrestrial sources and sinks of carbon dioxide, TRENDY), количественно оценивает процессы биофизического обмена на суше и биогеохимические циклы в поддержку ежегодной оценки глобального углеродного бюджета и региональной оценки углеродного цикла и процессов, проект фазы 2. DGVM используют общий протокол и наборы управляющих данных. Набор факторных моделей позволяет отнести пространственно-временные изменения в процессах на поверхности суши к трём основным факторам глобальных изменений: изменениям в атмосферном содержании CO₂, изменению и изменчивости климата, а также изменениям в землепользовании и земельном покрове. Авторы описывают проект TRENDY, оценивают производительность DGVM с использованием данных дистанционного зондирования и других наблюдений и представляют результаты за современный период. Результаты моделирования показывают значительный глобальный сток углерода в естественную растительность в 2012–2021 гг., что объясняется эффектом удобрений CO₂ (3,8 ± 0,8 ПгС/год) и климатом (-0,58 ± 0,54 ПгС/год). Леса и полузасушливые экосистемы примерно в равной степени вносят вклад в среднее значение и тенденцию естественного стока на суше, а полузасушливые экосистемы продолжают доминировать в межгодовой изменчивости. Естественный сток компенсируется чистыми выбросами от изменений в землепользовании и земельном покрове (-1,6 ± 0,5 ПгС/год), при этом чистый сток на суше составляет 1,7 ± 0,6 ПгС/год. Несмотря на то, что наибольшие валовые потоки имеют место в тропиках, самый крупный чистый обмен между сушей и атмосферой, по модельным оценкам, происходит во внетропических регионах.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008102

Ускоренное потепление планеты, обусловленное антропогенным изменением климата, вызывает серьёзную тревогу, поскольку его эффект может оказаться масштабным, а последствия — широкомасштабными. Одним из последствий изменения климата, вызывающим значительный интерес со стороны учёных, политиков, средств массовой информации и широкой общественности, являются предполагаемые изменения в динамике инфекционных заболеваний. Изменение климата потенциально может изменить передачу болезней за счёт распространения инфекции на население, ранее не подвергавшееся воздействию, или за счёт ухудшения факторов риска. Однако существуют ограничения в способности специалистов прогнозировать климат и болезни, в том числе, как учесть изменения в поведении человека и как связать климатические/погодные явления исключительно с исходом инфекционного заболевания. Широкие заявления о влиянии климата на инфекционные заболевания могут оказаться бесполезными, поскольку эти взаимосвязи очень сложны и, вероятно, приводят к чрезмерному упрощению. Междисциплинарная область исследований климата и здоровья привлекает внимание тех, кто не занимается наукой, и на тех, кто участвует, лежит ответственность сообщать об атрибуции на доказательной основе для улучшения научной коммуникации и оптимизации государственных расходов. Неопределённость последствий изменения климата является призывом к действию, чтобы не допустить погружение систем Земли в неизведанное.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s44168-024-00115-3

Последнее поколение климатических моделей, которые легли в основу Шестого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), характеризуется наличием нескольких моделей с более высокой равновесной чувствительностью климата (Equilibrium Climate Sensitivities, ECS) и переходными климатическими реакциями (Transient Climate Responses, TCR), чем демонстрировало предыдущее поколение. Частично по этой причине в Шестом докладе не приведены какие-либо прямые количественные оценки ECS и TCR на основе моделирования 4×CO₂ и 1pctCO₂, а при оценке фактических ECS и TCR Земли использовались другие данные. Здесь использованы исторические наблюдения глобальной средней температуры и результаты моделирования, полученные в рамках проекта взаимного сравнения моделей обнаружения и атрибуции, чтобы ограничить рамки ECS, TCR и историческое охлаждение, связанное с аэрозолями. Введены критерии аддитивности, которые исключают 8 из 16 участвующих моделей из рассмотрения в расчётах усреднения по нескольким моделям. На основе оставшихся восьми моделей получена средняя скорректированная ECS 3,5 ± 0,4 K и TCR 1,8 ± 0,3 K (обе при доверительной вероятности 68%). Обе согласуются с оценками Шестого доклада, но со значительно меньшими неопределённостями. Кроме того, важно, что оптимальное охлаждение из-за кратковременных климатических факторов, согласующееся с наблюдаемыми температурными рекордами, должно в среднем составлять около 47% ± 39% от того, что эти модели оценивают в своих расчётах при учёте только аэрозолей. Это даёт среднее по мультимодельному ансамблю глобальное среднегодовое похолодание из-за краткосрочных климатических факторов за 2000–2014 гг. по сравнению с 1850–1899 гг., равное 0,24 ± 0,11 K (при доверительной вероятности 68%). Оценка соответствует, но находится в нижней части весьма вероятного диапазона неопределённости Шестого доклада МГЭИК. Существует корреляция между модельными ECS и аэрозольным охлаждением, при этом модели с большими ECS, как правило, также связаны с сильным аэрозольным охлаждением. Результаты подразумевают, что уменьшение охлаждения, связанного с аэрозолями, наряду с более умеренной корректировкой потепления, обусловленного парниковыми газами, для большинства моделей приведёт к тому, что историческая средняя глобальная температура, воспроизведённая этими моделями, будет лучше согласовываться с наблюдениями.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/8105/2024/

Снег — самая отражающая естественная поверхность на Земле. Поскольку свежий снег на голом морском льду увеличивает альбедо поверхности, воздействие накопления снега летом может иметь отрицательный радиационный эффект, который будет препятствовать таянию поверхности морского льда и потенциально замедлять его исчезновение. Однако неизвестно, как часто, где и когда на арктическом морском льду происходят летние снегопады. В этом исследовании авторы использовали натурные и модельные данные о глубине снежного покрова в сочетании с альбедо поверхности и атмосферными условиями, полученными со спутников, чтобы охарактеризовать летнее накопление снега на арктическом морском льду с 2003 по 2017 гг. Обнаружено, что в Арктике ежегодно в первоначально бесснежных условиях происходило ~2 случая накопления снега. Средняя высота снега и увеличение альбедо составили ~2 см и 0,08 соответственно. 16,5% случаев накопления снега были оптически толстыми (глубиной >3 см) и длились на 2,9 дня дольше, чем среднее событие накопления снега (3,4 дня). На основе простой модели переноса излучения с многократным рассеянием авторы оценили изменение среднегодового радиационного воздействия в верхних слоях атмосферы на -0,086 ± 0,020 Вт/м² для летних снегопадов в 2003–2017 гг. Работа предоставляет новую информацию о частоте, распределении и продолжительности наблюдаемых явлений накопления снега над арктическим морским льдом летом. Такие результаты могут быть особенно полезны для понимания воздействий эфемерной летней погоды на альбедо поверхности и на радиационное воздействие на арктический морской лёд, а также для оценки климатическими моделями летних атмосферно-ледяных процессов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040667

В этом исследовании анализируются две взаимосвязанные опасности, угрожающие морским операциям в Арктике: морской лёд и океанские волны. Здесь климатические модели используются для прогнозирования будущего состояния морского льда и структуры арктических волн. На основании этого получен 50-летний ансамблевый прогноз эволюции морского льда и волн с целью проанализировать, как обе опасности развиваются вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода. В результате этого исследования авторы пришли к выводу, что по мере снижения риска от морского льда в регионе наблюдается значительный рост волн. Это явление различается в зависимости от месяца, поскольку в летние и зимние месяцы - июль и ноябрь - наблюдаются схожие тенденции в уменьшении риска от морского льда, а в последнем месяце наблюдается быстрое усиление волнового климата по сравнению с предыдущим месяцем. 

Продолжающееся и прогнозируемое отступление арктического морского льда вызвало международный интерес к использованию арктических морских коридоров для судоходства, туризма и развития. Тем не менее, учитывая потенциал увеличения трафика в арктических регионах, важно учитывать дополнительные экологические переменные, на которые влияет изменение климата и которые могут поставить под угрозу морские операции. Здесь использованы четыре прогноза климатической модели для океанских волн и исследованы будущая величина и сезонность риска от морского льда в сочетании с волновыми опасностями. Анализируя потенциальный пятимесячный сезон судоходства, охватывающий июль-ноябрь, вдоль морского маршрута Северо-Западного прохода в период с 2020 по 2070 гг., авторы показывают существенное снижение риска от морского льда за период анализа, что приводит к почти открытой воде на маршруте для пяти месяцев к 2070 году. Однако по мере сокращения сезонного ледяного покрова наблюдается значительная тенденция к увеличению высоты волн вдоль маршрута в июле и ноябре, при этом время наибольшей высоты волн смещается с сентября к более позднему сезону. Этот результат важен, поскольку возможность беспрецедентных по сезону экстремальных волн в сочетании с низкими температурами поздней осени создаёт особенно опасную окружающую среду, подчёркивая тем самым важность учёта взаимодействия между развивающимся морским льдом и взаимозависимыми опасностями при прогнозировании рисков и проблем, с которыми сталкивается арктическое морское судоходство.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400355121

Крупномасштабные колебания климатической системы создают временные засушливые периоды, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, что требует дорогостоящих инвестиций в инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Здесь разработаны методы построения теории о том, какие подходы к увеличению водоснабжения являются надёжными и экономически эффективными для решения общих структур колебаний климата в странах Африки к югу от Сахары. Авторы обнаружили, что длительные десятилетние колебания требуют крупнейших инвестиций в инфраструктуру, если используются традиционные методы планирования. Однако мониторинг колебаний и реагирование с помощью временных решений, соответствующих периоду колебаний, могут снизить потребность в новой инфраструктуре. Это подчёркивает важность адаптационного потенциала в решении проблемы долгосрочной изменчивости климата и целенаправленных инвестиций в инфраструктуру для адаптации к климату. 

Колебания климата, продолжающиеся от нескольких лет до десятилетий, приводят к изменчивости осадков во многих речных бассейнах по всему миру. В результате многим регионам потребуются инвестиции в новую водную инфраструктуру для поддержания надёжного водоснабжения. Однако нынешние подходы к адаптации сосредоточены на долгосрочных тенденциях с подготовкой к средним климатическим условиям середины или конца столетия. Влияние климатических колебаний, приводящих к длительным и переменным, но временным засушливым периодам, на потребности в увеличении водоснабжения, неизвестно. Современные подходы к развитию теории систем «природа-общество» ограничены в своей способности реалистично отражать воздействие климатических колебаний на водоснабжение. Здесь авторы разрабатывают подход к построению теории среднего уровня того, как обычные климатические колебания влияют на недорогие и надёжные стратегии увеличения водоснабжения. Были извлечены контрастные черты климатических колебаний в странах Африки к югу от Сахары и изучено их влияние на общую систему водоснабжения. Этот подход объединяет прогнозы климатических моделей, нестационарную обработку сигналов, генерацию стохастической погоды и достижения на основе обучения с подкреплением в области стохастического динамического управления. Обнаружено, что более длительные климатические колебания часто требуют большей мощности по увеличению водоснабжения, но больше выгоды - от динамических подходов. Таким образом, в условиях адаптивной способности часто пересматривать решения по планированию более длительные колебания климата не требуют большей мощности. Создавая теорию взаимосвязи между колебаниями климата и наименее затратным надёжным увеличением водоснабжения, авторы полагают, что их выводы могут помочь специалистам по планированию ориентироваться на дефицитные ресурсы и направлять водные технологии и инновации в политике. Этот подход можно использовать для поддержки планирования адаптации к изменению климата в крупных пространственных масштабах в секторах, на которые влияет изменчивость климата.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215681120%4010.1073/pnas.2024.121.issue-29

Ожидается, что высыхание ландшафтов, связанное с таянием многолетней мерзлоты, приведёт к усилению микробного окисления метана в арктических почвах. Здесь показано, что богатые льдом отложения многолетней мерзлоты Едомы, содержащие непропорционально большую долю углерода панарктических почв, представляют собой альтернативную траекторию. Полевые и лабораторные наблюдения свидетельствуют, что развитие таликов (многолетнеталых почв в многолетней мерзлоте) на ненасыщенных Едомских возвышенностях приводит к неожиданно большим выбросам метана (35–78 мг м^-2 сут^-1 летом, 150–180 мг м^-2 сут^-1 зимой). Выбросы талика возвышенности Едома в год были почти в три раза выше, чем выбросы северных водно-болотных угодий в расчёте на площадь. Примерно 70% выбросов произошло зимой, когда замерзание поверхности почвы уменьшило метанотрофию, увеличивая выход метана из талика. Дистанционное зондирование и численное моделирование указывают на возможность широкого распространения горных таликов на территории панарктического региона Едома в XXI и XXII веках. Вопреки предсказаниям нынешних климатических моделей, эти результаты предполагают положительную и гораздо более значительную обратную связь между многолетней мерзлотой, метаном и климатом нагорья Едома.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50346-5

Морской лёд охлаждает Землю, уменьшая поглощённую ею солнечную энергию. Авторы сочетают моделирование переноса радиации со спутниковыми данными об альбедо поверхности, распределении морского льда и облаков, чтобы количественно оценить радиационный эффект морского льда в верхней части атмосферы. Усреднённые за 1980–2023 гг. значения радиационного эффекта морского льда в Арктике и Антарктике варьируются от –0,64 до –0,86 Вт/м² и от –0,85 до –0,98 Вт/м² соответственно, с разными наборами данных по облакам и предположениями о климатологической и ежегодно меняющейся облачности. Однако тенденции радиационного эффекта морского льда относительно нечувствительны к этим предположениям. Арктический радиационный эффект морского льда ослаблялся квазилинейно со скоростью 0,04–0,05 Вт·м^-2 за десятилетие, что означает снижение отражательной способности арктического морского льда на 21–27% с 1980 года. В 2016 году режим морского льда Антарктики изменился, в результате чего радиационный эффект морского льда в Антарктике и мире в 2016–2023 гг. был на 0,08–0,12 и 0,22–0,27 Вт/м² соответственно слабее по сравнению с 1980–1988 гг. Таким образом, глобальный морской лёд потерял 13–15% своего планетарного охлаждающего эффекта с начала/середины 1980-х годов, а предполагаемая обратная связь глобального альбедо морского льда составляет 0,24–0,38 Вт · м^-2 · К^-1.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL109608

Радиационное воздействие чёрного углерода подвержено множеству сложных, взаимосвязанных источников неопределённости. Здесь авторы выделяют роль показателя преломления, определяющего степень поглощения и рассеяния излучения чёрным углеродом. При сохранении других параметров постоянными изменение показателя преломления чёрного углерода от m_550nm = 1,75–0,44 до m_550nm = 1,95–0,79 увеличивает оптическую толщину моделируемого поглощающего аэрозоля на 42 % и эффективное радиационное воздействие от взаимодействия чёрного углерода с излучением на 47%. Увеличение оптической толщины поглощающего аэрозоля сопоставимо с её увеличением, полученным из недавних обновлений кадастров выбросов аэрозолей, а в регионах-источниках Британской Колумбии оно на треть превышает разницу в оптической толщине поглощающего аэрозоля, полученную со спутников MISR и POLDER-GRASP. Увеличение эффективного радиационного воздействия от взаимодействия чёрного углерода с излучением сопоставимо с масштабом неопределённости в недавних литературных оценках. Хотя чувствительность модели к выбору показателя преломления чёрного углерода модулируется другими вариантами параметризации, представленные результаты подчёркивают важность учёта разнообразия показателей преломления в проектах взаимного сравнения моделей.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1796/

Закись азота (N₂O) представляет собой парниковый газ и вещество, разрушающее стратосферный озоновый слой, с большими и растущими антропогенными выбросами. Предыдущие исследования показали, что приток воздуха, обеднённого N₂O, из стратосферы частично является причиной сезонности содержания N₂O в тропосфере (aN₂O), но другие факторы остаются неясными. Авторы объединили поверхностные потоки из восьми моделей суши и четырёх моделей океана из фазы 2 проекта по сравнению моделей азота и N₂O с модельными результатами переноса в тропосфере для моделирования aN₂O в восьми удалённых точках отбора проб воздуха для современного и доиндустриального периода. Модели показывают общее согласие в отношении сезонной поэтапности среднезональных потоков N₂O для большинства участков, но сезонные размахи амплитуд различаются в разных моделях в несколько раз. Смоделированная сезонная амплитуда приземного aN₂O колеблется от 0,25 до 0,80 частей на миллиард (межквартильный диапазон 21–52% от медианы) для суши, 0,14–0,25 частей на миллиард (17–68%) для океана и 0,28–0,77 частей на миллиард (23–52%) для совокупного вклада потоков. Наблюдаемая сезонная амплитуда для этих участков колеблется от 0,34 до 1,08 частей на миллиард. Стратосферные вклады в aN₂O, выведенные на основе разницы между моделью приземно-тропосферной среды и наблюдениями, показывают на 16–126% большие амплитуды и минимумы с задержкой примерно на один месяц по сравнению с наблюдениями в северном полушарии. Потоки с поверхности суши и их сезонная амплитуда увеличились с доиндустриальной эпохи и, согласно прогнозам, будут и дальше расти в результате антропогенной деятельности. Эти результаты демонстрируют растущую важность потоков с поверхности суши. Учитывая большой разброс модельных результатов, наблюдения aN₂O in situ и модели химии переноса в атмосфере предоставят возможности для снижения неопределённостей в моделях наземной и океанической биосферы, что имеет решающее значение для прогнозирования циклов углерода и азота в условиях продолжающегося глобального потепления.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GB008010