Хотя парниковые газы поглощают в основном длинноволновое излучение, они также поглощают коротковолновое излучение. Недавние исследования подчеркнули важность коротковолнового поглощения метана, усиливающего его радиационное воздействие с поправкой на стратосферу на ~15%. Однако соответствующие воздействия на климат оценивались лишь косвенно и, таким образом, по большей части не поддаются количественной оценке. Авторы представляют систематический анализ с использованием одной модели и отдельных расчётов с учётом и без учёта поглощения метаном коротковолнового излучения. Обнаружено, что коротковолновое поглощение метана противодействует примерно 30% поверхностного потепления, связанного с его длинноволновым радиационным эффектом. Ещё большее влияние оказывает воздействие на осадки, поскольку коротковолновое поглощение метана компенсирует ~60% увеличения количества осадков по сравнению с его длинноволновым радиационным воздействием. Вызванное метаном коротковолновое охлаждение в основном связано с быстрой адаптацией облаков, включая увеличение облачности нижнего яруса, усиливающей отражение приходящей коротковолновой радиации, и уменьшение облачности верхнего яруса, усиливающей уходящее длинноволновое излучение. Реакции облаков, в свою очередь, связаны с профилем солнечного нагрева атмосферы и соответствующими изменениями температуры и относительной влажности. Несмотря на эти выводы, метан остаётся мощным фактором глобального потепления, и усилия по сокращению выбросов метана имеют жизненно важное значение для удержания глобального потепления значительно ниже 2°C сверх доиндустриальных значений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01144-z

Точный регулярно обновляемый набор данных о температуре приземного воздуха (ТПВ) в Арктике, имеющий более полный пространственный и временной охват и основанный на инструментальных наблюдениях, важен для своевременного мониторинга и улучшения понимания быстрых изменений в арктическом климате. В этом исследовании новый ежемесячный набор данных арктических ТПВ с координатной сеткой, датированный 1979 годом, был реконструирован с помощью метода глубокого обучения путём объединения температур приземного воздуха из нескольких источников данных. Исходные данные включают в себя наблюдения с наземных станций GHCN (Глобальная историческая климатологическая сеть), над океанами ICOADS (Международный комплексный набор океано/атмосферных данных), российской дрейфующей ледовой станции «Северный полюс» и буёв IABP (Международная арктическая программа буёв). Последние два имеют решающее значение для улучшения представления температур, наблюдаемых на месте (in-situ) в Арктике. Недавно реконструированный набор данных включает ежемесячные арктические ТПВ, начиная с 1979 г., и ежедневные арктические ТПВ, начиная с 2011 г. Этот набор данных представляет собой новое усовершенствование в разработке наборов данных наблюдений за температурой и может использоваться для различных приложений. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02059-5  

Оценки глобальной влажности почвы, полученные в ходе текущих спутниковых миссий, страдают от присущих им прерывистых наблюдений и низкого пространственного разрешения, ограничивающих применение, особенно в мелком пространственном масштабе. В этом исследовании был разработан набор ежедневных данных о глобальной беззазорной поверхностной влажности почвы с разрешением в 1 км в период с 2000 по 2020 гг. Это достигается на основе комбинированного продукта поверхностной влажности почвы Европейского космического агентства - Инициативы по изменению климата (ESA-CCI) при разрешении 0,25°. Сперва был разработан оперативный метод заполнения пробелов для восполнения недостающих данных в продукте поверхностной влажности почвы ESA-CCI с использованием поверхностной влажности почвы набора данных реанализа ERA5. Затем был принят алгоритм Random Forest для дезагрегирования поверхностной влажности почвы с грубым разрешением до 1 км с помощью наблюдений на месте (in-situ) Международной сети по влажности почвы и других наборов данных оптического дистанционного зондирования. При перекрёстной проверке сгенерированный 1-километровый продукт поверхностной влажности почвы имел хорошую точность с высоким коэффициентом корреляции (0,89) и низкой несмещённой среднеквадратической ошибкой (0,045 м³/м³). В настоящее время это единственный долгосрочный глобальный беззазорный набор данных о влажности почвы с разрешением 1 км.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-01991-w

Система данных об углероде и закислении океана (OCADS) представляет собой систему управления данными в Национальных центрах экологической информации (NCEI) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Она управляет широким спектром данных об углероде и закислении океана, включая химические, физические и биологические наблюдения, собранные с исследовательских судов, кораблей, попутно выполняющих наблюдения, и неуправляемых платформ, а также результаты лабораторных экспериментов и результаты моделирования. Кроме того, OCADS служит в качестве хранилища связанных биогеохимических основных переменных океана (EOV) Глобальной системы наблюдения за океаном (GOOS), например, кислорода, питательных веществ, переходных индикаторов и стабильных изотопов. OCADS стремится стать одним из ведущих мировых поставщиков данных, информации, продуктов и услуг об углероде и закислении океана. Чтобы предоставить наилучшие услуги по управлению данными сообществу, занимающемуся исследованиями углерода и закисления океана, OCADS уделяет первоочередное внимание внедрению ориентированного на клиента подхода и сбору знаний и опыта исследовательского сообщества для улучшения своих методов управления данными. OCADS стремится сделать все данные об углероде и закислении океана доступными через единый портал и приветствует материалы со всего мира: https://www.ncei.noaa.gov/products/ocean-carbon-acidification-data-system/.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02042-0

Существует острая необходимость в быстром и массовом расширении «негативных» углеродных стратегий, таких как улавливание и хранение углерода. В то же время крупномасштабное улавливание и хранение углерода может обеспечить наращивание крупномасштабного производства водорода, ключевого компонента обезуглероженных энергетических систем. Авторы утверждают, что самая безопасная и наиболее практичная стратегия резкого увеличения запасов CO₂ в недрах состоит в том, чтобы сосредоточиться на регионах, где есть несколько частично истощённых нефтяных и газовых резервуаров. Многие из этих коллекторов обладают достаточной вместимостью, хорошо изучены в геологическом и гидродинамическом отношении и менее подвержены сейсмичности, вызванной закачкой, чем соляные водоносные горизонты. После организации хранилища CO₂ его можно использовать для хранения CO₂ из нескольких источников. Интеграция улавливания и хранения углерода с производством водорода представляется экономически жизнеспособной стратегией резкого сокращения выбросов парниковых газов в течение следующего десятилетия, особенно в нефте- и газодобывающих странах, где имеются многочисленные истощённые резервуары, потенциально пригодные для крупномасштабного хранения углерода.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202397120

Физико-химический обмен газов между атмосферой и обширными недрами океана происходит в небольшом числе мест в высоких широтах в зимние месяцы, часто в экстремальных погодных условиях. В результате существует мало прямых наблюдений. Растворённые инертные газы и их изотопы, химически и биологически нереакционноспособные, являются полезными инструментами для количественной оценки газообмена между воздухом и морем. Здесь представлены высокоточные данные о растворённых инертных газах из глубин Северной Атлантики для оценки газообмена с использованием модели циркуляции океана. Полученные результаты предполагают большую роль газообмена, опосредованного пузырьками, и использованная авторами модель позволяет изолировать биологические источники азота от физических источников в глубинном океане, что имеет отношение к циклу азота в морской среде и его роли в хранении углерода в океане.

Газообмен между атмосферой и недрами океана оказывает существенное влияние на глобальный климат и биогеохимию. Однако наше понимание соответствующих физических процессов по-прежнему ограничено недостатком прямых наблюдений. Растворённые инертные газы в глубинах океана являются мощными индикаторами физического взаимодействия воздуха и моря из-за их химической и биологической инертности, однако соотношение их изотопов остаётся недостаточно изученным. Авторы представляют высокоточные соотношения изотопов и элементов инертных газов из глубин Северной Атлантики (~32° с.ш., 64° з.д.) для оценки параметров газообмена с использованием модели циркуляции океана. Беспрецедентная точность этих данных свидетельствует о недонасыщенности глубоких слоёв океана тяжёлыми инертными газами и изотопами в результате переноса газа из воздуха в море при охлаждении, связанного с глубокой конвекцией в высоких северных широтах. Эти данные также указывают на недооценённую и большую роль газообмена, опосредованного пузырьками, в глобальном переносе малорастворимых газов, включая O₂, N₂ и SF₆. Использование инертных газов для проверки физического представления газообмена между воздухом и морем в модели также даёт уникальную возможность отличить физические сигналы от биогеохимических. В качестве тематического исследования сравниваются измерения растворённого N₂/Ar в глубинах Северной Атлантики с прогнозами чисто физической модели, обнаружен избыток N₂ в результате денитрификации бентоса в более старых глубоководных районах (ниже 2,9 км). Эти данные показывают, что скорость удаления фиксированного азота в глубинах северо-восточной Атлантики по крайней мере в три раза выше, чем глобальная средняя глубинного океана, что предполагает тесную связь с экспортом органического углерода и повышает потенциальные будущие последствия для морского азотного цикла.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217946120

Поверхностная влажность почвы (ПВП) является важной переменной в мониторинге засух, прогнозировании наводнений, прогнозировании погоды и т.д. и играет решающую роль в водном и теплообмене между землей и атмосферой. Продукты ПВП из наблюдений в L-диапазоне, такие как Миссия Soil Moisture Active Passive (SMAP), оказались оптимальными глобальными оценками. Хотя X-диапазон имеет более низкую чувствительность к влажности почвы, чем L-диапазон, китайские спутники серии FengYun-3 (FY-3A/B/C/D) с 2008 года предоставляют устойчивые и ежедневные множественные продукты ПВП в X-диапазоне. В рамках этого исследования был разработан новый глобальный продукт ПВП (NNsm-FY) от FY-3B MWRI с 2010 по 2019 гг., который перенёс высокую точность L-диапазона SMAP в X-диапазон FY-3B. NNsm-FY показывает хорошее согласие с натурными наблюдениями и продуктом SMAP и имеет более высокую точность, чем официальный продукт FY-3B. С этим новым набором данных китайские спутники FY-3 могут играть более важную роль и предоставлять возможности для устойчивой и долгосрочной записи данных о влажности почвы для гидрологических исследований. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02007-3 

Печать

Глобальные выбросы CO₂ в 2022 г. увеличились на 1,5% по сравнению с 2021 г. (+7,9% и +2,0% относительно 2020 и 2019 гг. соответственно), достигнув 36,1 Гт CO₂. Эти выбросы в 2022 году израсходовали 13–36% оставшегося углеродного бюджета, чтобы ограничить потепление до 1,5°C. В этом случае допустимые выбросы могут быть истощены в течение 2–7 лет (вероятность 67%).
Пандемия COVID-19 вызвала рекордное годовое сокращение глобальных выбросов углерода в 2020 г., сократившись на 5,4% (1,9 Гт CO₂) по сравнению с 2019 г.^1,2. Однако это падение было недолгим, о чём свидетельствует восстановление глобальных выбросов CO₂ почти до допандемического уровня в 2021 году, увеличившись на 6,3% (2,1 Гт CO₂)^{3, 4, 5}. Учитывая короткие сроки для достижения международных климатических целей и, таким образом, ограничения антропогенного потепления до 1,5 или 2°C, крайне важно детальное отслеживание глобальных выбросов в режиме, близком к реальному времени. Здесь представлены и проанализированы ежедневные, национальные и отраслевые выбросы CO₂ за 2022 год с использованием данных проекта Carbon Monitor, полученных почти в реальном времени^1,2.

Глобальные выбросы CO₂ в 2022 г.

В 2022 г. глобальные выбросы CO₂ от сжигания ископаемого топлива и производства цемента достигли 36,1 ± 0,3 Гт CO₂ (рис. 1). Для сравнения, выбросы составили 35,3, 33,4 и 35,5 Гт CO₂ в 2019, 2020 и 2021 годах соответственно, что отражает увеличение в 2022 году на 2,0%, 7,9% и 1,5% по сравнению с теми годами. Этот рост с 2021 по 2022 год на 1,5% (0,9–2,6%), предложенный данными Carbon Monitor, в целом согласуется с другими подходами к прогнозированию, основанными на потреблении энергии, включая рост на 1,0 ± 0,9%, прогнозируемый Глобальным углеродным проектом (GCP)⁶ и <1,0% от Международного энергетического агентства (МЭА)⁷. Эти изменения указывают на восстановление после резкого спада, связанного с COVID-19, в 2020 году, за которым последовал рост, превышающий допандемический уровень. Соответственно, глобальные выбросы CO₂, возможно, вернулись к допандемической тенденции непрерывного роста, что свидетельствует о том, что пик выбросов ещё не достигнут.

Рис. 1. Глобальные выбросы СО₂ в 1970-2022 гг.

Исторические выбросы CO₂ от сжигания ископаемого топлива и процесса производства цемента («Fossil CO₂»)¹⁰, окрашенные по отраслям промышленности, и выбросы в результате изменений в землепользовании (LUC)⁶ («Fossil + LUC»). Международные бункеры описывают выбросы от международной авиации и международного судоходства. На врезке показаны ежедневные выбросы CO₂ почти в реальном времени с 2019 года в рамках инициативы Carbon Monitor^1,2 и процентные изменения в годовом исчислении. Обратите внимание, что общие выбросы и процентные изменения были немного пересмотрены по сравнению с более ранними оценками³. Глобальные выбросы CO₂ продолжают расти после кратковременного снижения в 2020 году, и, если они сохранятся, оставшиеся 1,5°C углеродного бюджета будут израсходованы в течение 2–7 лет.

Отраслевая разбивка выбросов CO₂ в 2022 году показывает, что их структуры в целом совпадают со структурами предыдущих лет. На долю энергетики приходилось 39,3% от общего объёма выбросов CO₂, на промышленность 28,9%, на наземный транспорт 17,9%, на жилой сектор 9,9%, на международные бункеровки (международная авиация и морские перевозки) 3,1% и на внутреннюю авиацию 0,9%. По сравнению с быстрым восстановлением в большинстве секторов в 2021 г. темпы роста выбросов замедлились в 2022 г. (энергетика: с  + 6,9% до  + 0,8%; промышленность: с  + 5,7% до  + 1,1%; наземный транспорт: с  + 8,8% до + 2,5%, внутренняя авиация: от + 25,5% до –0,9%). Исключение составляет сектор международной авиации, выбросы которого в 2022 году увеличились на 44% по сравнению с 2021 годом. Тем не менее, выбросы углерода международной авиацией всё ещё не полностью восстановились и остаются на 25% ниже допандемических уровней 2019 года.
Хотя разбивка по секторам осталась прежней, выбросы от пяти основных источников выбросов в мире (в сумме 23,3 Гт CO₂, что составляет 65% от общемирового объёма) в 2022 году существенно изменились. Например, Китай, крупнейший в мире источник выбросов, продемонстрировал первое сокращение выбросов CO₂, возможно, из-за расширенной политики нулевого COVID; выбросы в годовом исчислении выросли на 1,2% в 2020 г. (несмотря на пандемию) и на 6,0% в 2021 г., но снизились на 1,5% в 2022 г. Тем не менее выбросы по-прежнему остаются на 5,6% выше, чем до пандемии в 2019 г. Выбросы в США и ЕС увеличились на 3,2% и 0,5% соответственно в 2022 г. (относительно 2021 г.), достигнув лишь незначительно отличающихся от 2019 г. уровней (на 0,9% меньше в США и на 0,4% выше в ЕС). Выбросы в Индии продолжали быстро расти, увеличившись на 7% в 2022 г. по сравнению с 2021 г. (на 7,9% выше, чем в 2019 г.), и в 2023 г. они могут превзойти ЕС и стать третьим по величине источником выбросов в мире. Выбросы в России, пятом по величине эмитенте, увеличивались каждый год с 2019 по 2021 год, но снизились на 1,8% в 2022 году.
Таким образом, хотя в большинстве секторов и стран наблюдалось замедление роста выбросов в 2022 году по сравнению с 2021 годом, продолжающийся рост свидетельствует о том, что глобальный пик выбросов ещё не достигнут. Хотя прогноз Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) о том, что глобальные выбросы не достигнут пика до 2025 года, остаётся верным, этот продолжающийся рост приведёт к дальнейшему сокращению оставшегося углеродного бюджета.

Обратный отсчёт углеродного бюджета

Оценки количества углерода, который всё ещё может выбрасываться при ограничении антропогенного потепления до заданных уровней, дают полезную информацию для отслеживания прогресса. Согласно отчету МГЭИК 2021 г.⁸, оставшийся углеродный баланс, начиная с 2020 г., для ограничения антропогенного потепления на 1,5°C и 2°C выше доиндустриального уровня, составляет 400 Гт CO₂ и 1150 Гт CO₂ соответственно с вероятностью 67%, или 300 Гт CO₂ и 900 Гт CO₂ с вероятностью 83%.
Глобальные выбросы CO₂ (включая выбросы от производства ископаемого топлива и цемента, а также изменения в землепользовании⁶) быстро истощают этот бюджет. Например, при отсутствии сценариев превышения выбросы в 2022 г. использовали 10,0% бюджета 1,5°C (вероятность 67%), наращивая 9,9% по сравнению с 2021 г. и 9,4% в течение 2020 г. Таким образом, остается 283 Гт CO₂. Следовательно, если текущий темп роста выбросов сохранится, запас в 1,5°C будет исчерпан всего за 7,1 года (вероятность 67%). Для бюджета 2°C в 1150 Гт CO₂ (вероятность 67%) в 2022 г. было использовано 3,5%, в результате чего осталось 1033 Гт CO₂; если выбросы останутся прежними, то до опустошения бюджета останется только 25,8 года, что на 4,2 года раньше, чем в предыдущих оценках³.
Однако более новые оценки указывают на меньший углеродный бюджет, чем у МГЭИК. В частности, было высказано предположение, что, начиная с января 2022 года, для достижения целевого показателя Парижского соглашения в 1,5°C остаётся только 300 Гт CO₂ с вероятностью 50% или 110 Гт CO₂ с вероятностью 66%⁹. Согласно этому, выбросы 2022 года использовали 36,5% бюджета 1,5°C (вероятность 66%), в результате чего осталось 70 Гт CO₂. Если выбросы продолжатся, этот бюджет будет использован в течение 1,7 года. Для 2°C остаётся только 1265 Гт CO₂ или 990 Гт CO₂ с вероятностью 50% и 66% соответственно. На выбросы в 2022 г. было потрачено 4,1% бюджета 2°C (вероятность 66%), в результате чего осталось 950 Гт CO₂, которые будут израсходованы за 23,7 года. При рассмотрении факторов, не связанных с CO₂, в антропогенном потеплении, таких как метан, закись азота и фторсодержащие газы, баланс оставшегося углерода становится ещё меньше⁹.
Эти оценки показывают, что глобальные выбросы углерода продолжают расти, несмотря на предпринимаемые усилия по сокращению использования ископаемой энергии, и поэтому время для достижения международных климатических целей сокращается. Соответственно, такие сектора, как энергетика, транспорт и промышленность, которые вносят наибольший вклад в глобальные выбросы CO₂, должны предпринять большие усилия по декарбонизации и увеличить долю потребления возобновляемой энергии. Кроме того, странам следует принять незамедлительные меры для выполнения своих обязательств по нулевому выбросу вредных веществ, что требует международного сотрудничества и скоординированных усилий для поддержки перехода к низкоуглеродной экономике и обеспечения успеха глобальных усилий по борьбе с изменением климата. Непрерывный мониторинг выбросов в режиме, близком к реальному времени, полезен для как можно более раннего определения того, насколько успешными являются усилия по смягчению последствий.

Ссылки

1. Liu, Z. et al. Global patterns of daily CO₂ emissions reductions in the first year of COVID-19. Nat. Geosci. 15, 615–620 (2022).
2. Liu, Z. et al. Near-real-time monitoring of global CO₂ emissions reveals the effects of the COVID-19 pandemic. Nat. Commun. 11, 5172 (2020).
3. Liu, Z., Deng, Z., Davis, S. J., Giron, C. & Ciais, P. Monitoring global carbon emissions in 2021. Nat. Rev. Earth Environ. 3, 217–219 (2022).
4. Davis, S. J. et al. Emissions rebound from the COVID-19 pandemic. Nat. Clim. Chang. 12, 412–414 (2022). 
5. Jackson, R. B. et al. Global fossil carbon emissions rebound near pre-COVID-19 levels. Environ. Res. Lett. 17, 031001 (2022). 
6. Friedlingstein, P. et al. Global Carbon Budget 2022. Earth System Science Data 14, 4811–4900 (2022). 
7. Defying Expectations, CO₂ Emissions from Global Fossil Fuel Combustion are Set to Grow in 2022 by Only a Fraction of Last Year’s Big Increase (IEA, 2022); https://www.iea.org/news/defying-expectations-co2-emissions-from-global-fossil-fuel-combustion-are-set-to-grow-in-2022-by-only-a-fraction-of-last-year-s-big-increase.
8. IPCC Climate Change 2021: The Physical Science Basis (eds Masson-Delmotte, V. et al.) (Cambridge Univ. Press, 2021).
9. Lamboll, R. et al. Assessing the size and uncertainty of remaining carbon budgets. Preprint available at Res. Square https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1934427/v1 (2022).
10. Crippa, M. et al. Fossil CO₂ and GHG Emissions of all World Countries: 2020 Report (Publications Office of the European Union, 2020); https://data.europa.eu/doi/10.2760/143674

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-023-00406-z

Исчезновение арктического морского льда стало символом продолжающегося изменения климата, однако климатические модели до сих пор не могут точно его воспроизвести, не говоря уже о том, чтобы предсказать его. Причиной этого является всё более очевидная роль океана, особенно «атлантического слоя», в процессах формирования морского льда. Авторы количественно оценивают систематические ошибки в этом атлантическом слое и более глубоких слоях Северного Ледовитого океана в 14 репрезентативных моделях, участвовавших в проекте взаимного сравнения климатических моделей CMIP6. По сравнению с данными наблюдений за климатологией и гидрографическими профилями смоделированное ядро атлантического слоя слишком холодное в среднем на -0,4°C и расположено на 400 м глубже в котловине Нансена. Атлантический слой слишком толстый и в некоторых моделях доходит до морского дна. Глубинные и придонные воды, наоборот, слишком тёплые (на 1,1 и 1,2°С). Кроме того, смоделированные свойства почти не меняются по всей Арктике. Авторы приписывают эти погрешности неточному представлению шельфовых процессов: кажется, что только три модели воспроизводят плотные разливы воды в слишком небольшом числе мест, которые не погружаются достаточно глубоко. Ни одна модель не компенсирует глубоководную конвекцию в открытом океане. Следовательно, свойства задаются неточными объёмными потоками через пролив Фрама, смещёнными вниз до 6 Зв, но связанными со слишком тёплым проливом Фрама, что приводит к отчасти точному притоку тепла. Эти потоки связаны с погрешностями в северных морях, которые ранее приписывались неточной протяжённости морского льда и атмосферным режимам изменчивости, что подчёркивает необходимость общего улучшения различных компонентов модели и их взаимосвязи.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-22-0194.1/JCLI-D-22-0194.1.xml