Арктическая среда сильно изменилась за последние десятилетия. Аэрозольные частицы участвуют в многочисленных механизмах обратных связей в Арктике, например, во взаимодействиях аэрозоля, облачности и радиации, имеющих важные последствия для климата. Чтобы понять изменения в различных типах и количественных концентрациях арктических аэрозолей, авторы провели анализ тенденций распределения числа частиц по размерам, их свойств и связанной с ними истории воздушных масс на исследовательской станции Виллум (Villum), северо-восточная Гренландия, с 2010 по 2018 гг. Обнаружено, что в весенний период существенно увеличиваются общая концентрация аэрозольных частиц и частиц малых размеров (Dp < 100 nm), а также время нахождения воздушных масс над открытым океаном, что можно объяснить изменением схемы переноса в сторону более частого притока из незамерзающего Гренландского моря. В течение лета значительно увеличиваются общая концентрация и концентрация малых частиц, частота возникновения кластеров нуклеации (т.е. кластеров новообразования частиц из газа) и время пребывания воздушных масс над открытым океаном. Это также можно объяснить изменением схемы переноса, в данном случае воздушные массы чаще прибывают из Баффинова залива. Наконец, обнаружено, что в течение осени концентрация малых частиц и частота образования кластеров частиц в чистых, естественные арктических фоновых условиях значительно увеличиваются, что, вероятно, связано с увеличением количества накопленных осадков на траекторном пути и сокращением времени пребывания воздушных масс над слоем перемешивания, соответственно. Эти результаты показывают, что изменение характера циркуляции и выпадения осадков является факторами, преимущественно влияющими на тенденции в количественных концентрациях аэрозольных частиц и появлении различных типов аэрозолей на северо-востоке Гренландии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00286-y

Взаимодействия аэрозолей и облачности потенциально оказывают большое влияние на климат, но плохо поддаются количественной оценке и, таким образом, вносят существенную и долговременную неопределённость в прогнозы климата. Воздействия, оцениваемые с помощью климатических моделей, плохо согласуются с наблюдениями, поскольку извлечению надёжных крупномасштабных сигналов взаимодействия аэрозолей и облаков часто препятствует значительный шум, обусловленный метеорологической изменчивостью. Эффузивное извержение исландского вулкана Холухраун (Holuhraun) в 2014 году привело к образованию массивного аэрозольного шлейфа в почти незатронутой окружающей среде и, таким образом, стало идеальным естественным экспериментом для количественной оценки реакции облаков на аэрозольные возмущения. Авторы отделили значимые сигналы от шума, вызванного метеорологической изменчивостью, используя подход машинного обучения на основе спутниковых данных. Анализ показывает, что выброшенные при извержении аэрозоли увеличили облачный покров примерно на 10%, и это, по-видимому, является основной причиной климатического воздействия, а не осветление облаков, как считалось ранее. Обнаружено, что вулканические аэрозоли делают облака ярче за счёт уменьшения размера капель, но это оказывает заметно меньшее радиационное воздействие, чем изменения в облачности. Эти результаты добавляют существенные ограничения для наблюдения за охлаждающим воздействием аэрозолей. Такие ограничения имеют решающее значение для улучшения качества моделей климата, которые всё ещё неадекватно отражают сложные макрофизические и микрофизические воздействия, обусловленные взаимодействиями аэрозоля и облачности.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-022-00991-6  ,

https://www.nature.com/articles/s41561-022-00992-5

Лето 2022 года показало, что инфраструктура не готова к изменению климата. Дата-центры крупнейших технологических компаний в США и Европе отключались из-за перегрева, лишив пользователей доступа к ключевым сервисам. Метеорологи считают, что пора готовиться к новой норме — и это означает, что нужно не просто увеличить охлаждающие мощности, но изменить сам подход к проектированию центров обработки данных.

В конце июля, когда в Великобритании были зафиксированы температурные рекорды, центры обработки данных Google Cloud в Лондоне на один день отключились из-за сбоев в охлаждении. Последствия затронули не только район вокруг дата-центра: он обслуживает клиентов в США и Тихоокеанском регионе, и перебои в работе ограничили их доступ к ключевым сервисам Google на несколько часов.

Лондонский ЦОД Oracle также пострадал от жары, что привело к перебоям в работе американских клиентов. В качестве причины компания назвала «нетипичные для сезона температуры».

Метеорологическое управление Великобритании считает, что центрам обработки данных необходимо подготовиться к новой норме.

По оценке Всемирной метеорологической организации, с вероятностью в 93% до 2026 года мир ждут новые температурные рекорды.

«До тех пор, пока парниковые газы будут выделяться, температура продолжит расти», — говорит Петтери Таалас, генеральный секретарь ВМО.

«И наряду с этим наши океаны продолжат становиться более теплыми и кислыми, морской лед и ледники будут таять, уровень моря будет продолжать повышаться, а наша погода станет более экстремальной», — добавляет он.

Изменение погоды окажет влияние на всю созданную человеком инфраструктуру, включая дата-центры, которые поддерживают коллективные знания нашей планеты в режиме онлайн. Вопрос в том, насколько они готовы к таким условиям.

Согласно опросу Uptime Institute, агентства по стандартизации цифровых услуг, 45% центров обработки данных в США уже столкнулись с экстремальными погодными явлениями, которые поставили под угрозу их работоспособность.

София Флукер, директор британской консалтинговой компании Operational Intelligence, объясняет, что проектирование систем охлаждения ЦОД может включать анализ температурных данных. Обычно их предоставляют метеостанции, расположенные недалеко от будущего дата-центра.

Однако этот подход имеет серьезный недостаток: как правило, это исторические данные, и они отражают период до температурных рекордов.

«Не так давно мы разрабатывали системы охлаждения для максимальной температуры наружного воздуха в 32°C, — говорит Джон Хили из британской консалтинговой компании Keysourc. — Сейчас она более чем на 8°C выше, чем проектировалось».

Требования к оборудованию становятся все более жесткими, но девелоперы и их клиенты по-прежнему ориентированы на получение прибыли. Данные консалтинговой компании Turner & Townsend свидетельствуют о том, что в последние годы стоимость строительства центров обработки данных выросла почти на всех рынках, и строительным компаниям рекомендуется снижать затраты.

Хили объясняет, что повышение планки с 32°C до 42°C подразумевает значительно более высокие требования к технике. Сейчас компании, проектирующие ЦОД, начинают использовать не исторические данные, а прогнозы.

Флукер отмечает, что центры обработки данных редко работают на полную мощность. Исследования Cushman & Wakefield свидетельствуют, что на 8 из 55 рынков дата-центров загружены на 95% или выше, — и в настоящее время они испытывают напряжение при самых высоких температурах лишь несколько дней в году.

Центры обработки данных, которые не работают на 100% мощности, могут лучше справляться с высокими внешними температурами, поскольку отказ оборудования с меньшей вероятностью повлияет на производительность. Но это почти наверняка изменится, поскольку чрезвычайная ситуация с климатом начнет постоянно изменять температуру нашей окружающей среды, а допустимая погрешность сократится.

Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) разработало рекомендации по рабочей температуре для оборудования для обработки данных, такого как серверы, входящие в состав центров обработки данных. Так, предлагается подавать воздух, прокачиваемый через центры обработки данных, при температуре не более 27°C.

Но поскольку температура продолжает повышаться, центрам обработки данных необходимо вносить изменения.

«Существует множество устаревших ЦОД, построенных банками и финансовыми компаниями, которые нуждаются в обновлении и переоборудовании», — говорит Саймон Харрис, руководитель отдела критической инфраструктуры консалтинговой компании Business Critical Solutions.

Он советует компаниям рассмотреть критерии проектирования, которые могут справиться с изменением климата, а не сводить к минимуму его последствия. В частности, использовать более крупные холодильные установки и испарительное охлаждение.

Компании уже тестируют некоторые необычные способы решения этих проблем: в период с 2018 по 2020 год Microsoft запустила проект Natick, в рамках которого центр обработки данных был погружен на глубину 35,7 м под водой у берегов Шотландии, чтобы, помимо прочего, изолировать его от колебаний температуры.

Харрис говорит, что один из способов избежать жары — строить центры обработки данных в северных регионах, но это сопряжено со своими проблемами.

«Девелоперы будут бороться за постоянно сокращающийся набор потенциальных площадок», — говорит он. Проблема в том, что в последнее время центры обработки данных перемещаются все ближе к точке потребления данных, и часто это более жаркие городские районы.

Сейчас дата-центры применяют воздушное охлаждение, но жидкостное охлаждение может быть эффективнее. Однако метод не получил широкого распространения из-за сложности. Стоит отметить, что помимо самого ИТ-оборудования, следующим по величине потребителем энергии в ЦОД являются устройства для охлаждения.

«Если мы сможем отойти от традиционного способа ведения дел, — отмечает Флукер, — то в первую очередь это предотвратит изменение климата».

Ссылка: https://rb.ru/story/data-centers-climate-change/

Реакция ячейки Хэдли на глобальное увеличение концентрации CO₂ является пространственно сложной, с усиленной восходящей и ослабленной нисходящей ветвями. Чтобы лучше понять эти изменения, авторы исследуют чувствительность ячейки Хэдли к идеализированному радиационному воздействию в различных диапазонах широт. Отклик ячейки Хэдли в первую очередь определяется широтной структурой воздействия. Усиление восходящей ветви приписывается тропическому воздействию, тогда как ослабление нисходящей ветви - внетропическому. Эти прямые радиационно-вынужденные реакции ячейки Хэдли усиливаются за счёт изменений переноса атмосферного вихревого тепла, но частично компенсируются изменениями общей стабильности влажности и поглощения тепла океаном. Радиационные обратные связи дополнительно модулируют реакцию ячейки Хэдли, изменяя меридиональный градиент энергии атмосферы. Таким образом, модельные прогнозы эволюции ячейки Хэдли при глобальном потеплении являются сочетанием противоположных и, таким образом, компенсирующих эффектов тропического и внетропического радиационного воздействия.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00287-x https://www.nature.com/articles/s41561-022-00992-5

Главными темами номера являются:

• - В России завершена разработка отраслевых планов адаптации к изменениям климата - 14-й саммит БРИКС (23-24 июня, Китай)
• - Петербургский международный экономический форум (15-18 июня, Санкт-Петербург).

Также в выпуске:

Потери углерода и азота из-за деградации водно-болотных угодий и выбросы метана из затопленных водно-болотных угодий являются важными источниками выбросов парниковых газов. Однако зависимость суммарного обмена от гидротермических условий и целостности водно-болотных угодий остаётся неясной. Используя глобальную базу данных по суммарному обмену парниковыми газами, авторы показали различие характера выбросов CO₂, CH₄ и N₂O в зависимости от гидрологии. Они обнаружили, что суммарные выбросы CO₂ из водно-болотных угодий сводятся к минимуму, когда уровень грунтовых вод находится близко к поверхности. Напротив, скорость обмена парниковыми газами достигает пика в условиях затопления и осушения. Экстраполируя текущую тенденцию деградации, авторы оценили, что в период с 2021 по 2100 гг. водно-болотные угодья могут привести к выбросам парниковых газов, эквивалентным примерно 408 гигатоннам CO₂. Однако повторное заболачивание водно-болотных угодий может уменьшить эти выбросы, так что радиационное воздействие, вызванное CH₄ и N₂O, будет полностью компенсировано поглощением CO₂. Поскольку баланс парниковых газов с водно-болотных угодий очень чувствителен к изменениям их площади, итоговое воздействие водно-болотных угодий на климат будет зависеть от баланса между их будущими деградацией и восстановлением.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-022-00989-0

Антарктида сохраняет крупнейший на Земле ледяной щит, который в ответ на потепление климата может потерять ледяную массу и поднять уровень моря на несколько метров. Слой ледяного покрова оказывает решающее влияние на динамическую потерю массы за счёт обратной связи между водными и тепловыми потоками, топографическими воздействиями, деформацией и базальным скольжением. Здесь показано, что осадочные бассейны могут усиливать критические обратные связи, как известно, влияющие на динамику отступления ледниковых щитов. Авторы создали классификацию подледниковой геологии Антарктиды с высоким разрешением, применяя контролируемый метод машинного обучения к геофизическим данным, раскрывая распределение осадочных бассейнов. Гидромеханическое численное моделирование показывает, что во время отступления ледников, где существуют осадочные бассейны, скорость стока подземных вод зависит от скорости потерь льда. Наиболее динамичные ледяные потоки Антарктиды, в том числе ледники Туэйтс и Пайн-Айленд (Thwaites and Pine Island glaciers), имеют осадочные бассейны в своих верхних водосборах. Повышенный сток подземных вод и связанные с ним обратные связи, вероятно, усилят базальное скольжение и повысят уязвимость этих водосборов к быстрому отступлению льда и усилению динамической потери массы.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-022-00992-5

На протяжении тысячелетий торфяники выступали в роли чистых поглотителей CO₂, оказывая влияние на глобальное охлаждение климата. Быстрое потепление в северных широтах, где много торфяников, может нарушить их функцию стока СО₂. Здесь показано, что чувствительность к потеплению суммарного обмена CO₂ в торфяниках меняется по знаку и величине в зависимости от сезона, что приводит к сложным реакциям суммарного поглощения CO₂. Авторы использовали многолетние наблюдения за нетто-обменом CO₂ в 20 северных торфяниках, чтобы показать, что более тёплое начало лета связано с увеличением суммарного поглощения CO₂, в то время как более тёплый конец лета приводит к уменьшению его суммарного поглощения. Таким образом, нетто-стоки CO₂ торфяников в регионах, переживающих потепление в начале лета, таких как Центральная Сибирь, с большей вероятностью сохранятся в более тёплых климатических условиях по сравнению с другими регионами. Эти результаты будут полезны для улучшения конструкции будущих экспериментов по изучению потепления и для лучшей интерпретации крупномасштабных тенденций в суммарном поглощении торфяниками CO₂ в ближайшие несколько десятилетий.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-022-01428-z

Механизмы, лежащие в основе десятилетней изменчивости арктического морского льда, активно обсуждаются. Здесь показано, что изменчивость выбросов бореального сжигания биомассы сильно влияет на состояние смоделированного арктического морского льда в мультидесятилетних временных масштабах. В частности, обнаружено, что сильное ускорение сокращения морского льда в начале XXI века в расчётах модели CESM2, связано с повышенной изменчивостью предписанных выбросов бореального сжигания биомассы в рамках Проекта CMIP6 в результате взаимодействия аэрозолей с облачностью в летнее время. Кроме того, авторы утверждают, что более половины зарегистрированного улучшения чувствительности морского льда к выбросам CO₂ и глобальному потеплению от CMIP5 к CMIP6 можно отнести к повышенной изменчивости бореального сжигания биомассы, по крайней мере, для модели CESM2. Эти результаты подчёркивают новый вид неопределённости, который необходимо учитывать при включении новых данных наблюдений в модели, а также поднимают вопросы о роли выбросов бореального сжигания биомассы в наблюдаемой потере арктического морского льда.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo2405

Температура приземного воздуха в Арктике повышается намного быстрее, чем в среднем по Земному шару, - явление, известное как арктическое усиление. Изменение поверхностного слоя Северного Ледовитого океана может повлиять на климат через его взаимодействие с морским льдом, атмосферой и глобальным океаном, но оно менее изучено. Здесь показано, что верхние 2000 м Северного Ледовитого океана нагреваются в 2,3 раза быстрее по сравнению со средней глобальной скоростью в этом диапазоне глубин, осреднённой за XXI век в сценарии SSP-585 CMIP6. Авторы назвали это явление «Арктическим усилением в океане». Усиленное потепление Северного Ледовитого океана можно объяснить значительным увеличением переноса тепла океаном к полюсу, который в будущем будет по-прежнему превышать потери тепла морской поверхностью. Арктическое усиление как атмосферы, так и океана указывает на то, что Арктика в целом является одним из регионов Земли, наиболее подверженных изменению климата.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9755