Чтобы справиться с серьёзными проблемами при моделировании крайне нелинейной физики антарктического морского льда, разработано многомерное сбалансированное атмосферное ансамблевое воздействие на основе компонента реанализа ERA5 с высоким разрешением, учитывающего взаимосвязь между различными переменными и последовательными временами. Чтобы проверить эффективность этого нового воздействия, с 1 января 2016 г. по 28 февраля 2017 г. были проведены эксперименты. По сравнению с моделированием, форсированным с помощью ансамблевого компонента ERA5, ансамблевое атмосферное воздействие, разработанное в этом исследовании, создаёт более резонный модельный ансамбль, подавляющий ошибки при моделировании сплочённости морского льда, и даёт более точную оценку его неопределённостей. Дальнейший анализ баланса толщины морского льда показывает, что это влияние атмосферного ансамблевого воздействия на моделирование морского льда связано с модуляцией термодинамических процессов атмосфера-океан и морской лёд-океан. Эти результаты закладывают основу для дальнейшего улучшения усвоения данных о морском льду Антарктики и вероятностного прогнозирования.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL101139

Аномалии в частоте речных паводков, т.е. периоды с их высоким или низким уровнем, вызывают погрешности в оценках риска паводков и, таким образом, снижают эффективность мер по адаптации к изменению климата. Хотя наблюдения недавно подтвердили наличие аномалий паводков в Европе, их точные причины не ясны. Авторы анализируют речной сток и наблюдения за климатом в период 1960-2010 гг., чтобы показать, что сдвиги в процессах формирования паводков в большей степени способствуют возникновению региональных аномалий, чем изменения количества экстремальных осадков. Переход от дождя на сухую почву к дождю на влажную почву на 5% увеличил частоту периодов наводнений в Атлантическом регионе, а противоположный сдвиг в Средиземноморском регионе увеличил частоту периодов с низким уровнем паводков, но, вероятно, единичные экстремальные наводнения случаются чаще. Аномалии, вызванные изменением процессов формирования паводков в Европе, могут ещё больше усилиться в условиях потепления климата и должны учитываться при оценке паводков и управлении ими.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00714-8

Структура аномалий приземной температуры воздуха «тёплая Арктика - холодная Евразия» (ТАХЕ) является характерной чертой изменений климата Евразии во время бореальной зимы. Межгодовые аномалии ТАХЕ сопровождаются таянием морского льда в Баренцевом и Карском морях, однако причинно-следственная связь между ними остаётся спорной из-за большой внутренней атмосферной изменчивости над субарктической Евразией зимой. Авторы выделяют вклад потери морского льда в Баренцевом и Карском морях в аномалии ТАХЕ на основе подхода статистической декомпозиции. Обнаружено, что аномалия антициклонической циркуляции над субарктической Евразией, вызывающая аномалии ТАХЕ, достигает своего пика за три дня до потери морского льда в Баренцевом и Карском морях. После исключения этого предшествующего атмосферного воздействия похолодание в Восточной Азии созревает примерно на 15 дней позже в результате ослабления переноса влаги, связанного с усиленным нисходящим гребнем в Баренцевом и Карском морях и Восточно-Азиатским жёлобом из-за потери морского льда в Баренцевом и Карском морях. Результаты показывают, что потеря морского льда в Баренцевом и Карском морях способствует ~ 65% и ~ 81% связанного с ТАХЕ похолодания в Восточной Азии и потепления в Арктике в межгодовом временном масштабе, соответственно, тогда как похолодание, связанное с ТАХЕ над центральной Евразией, в основном является результатом внутренней атмосферной изменчивости. Такое запаздывающее менее чем на месяц похолодание в Восточной Азии, вызванное исчезновением морского льда в Баренцевом и Карском морях, может помочь в прогнозировании зимних экстремальных холодов в Восточной Азии.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368495880_Observed_contribution_of_Barents-Kara_sea_ice_loss_to_Warm_Arctic-Cold_Eurasia_anomalies_by_submonthly_processes_in_winter

В Европе морская ветровая энергетика играет ключевую роль в переходе к возобновляемым источникам энергии, и ожидается, что её использование возрастет в ближайшие несколько десятилетий. В соответствии с режимами работы ветроустановки производство ветровой энергии может быть нарушено экстремальными атмосферными явлениями, связанными с малой и высокой скоростями ветра (ниже и выше предельной, соответственно). Целью данной работы является оценка поведения экстремальных ветров на европейской панораме за период 1950-2020 гг., чтобы исследовать связанные с ними крупномасштабные погодные режимы и их влияние на доступность морской ветровой энергии. Обнаружены значительные изменения в частоте сильных и слабых экстремальных ветровых явлений, которые доказывают, что изменение климата или его долгосрочная изменчивость уже повлияли на выходную мощность морского ветра. Более того, анализ погодных режимов показал, что над Европой могут одновременно возникать явления сильного и слабого экстремального ветра. Эти результаты свидетельствуют о необходимости внедрения эффективной европейской политики управления энергопотреблением, чтобы свести к минимуму дефицит ветровой энергии.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/368696524_Climate_change_on_extreme_winds_already_affects_off-shore_wind_power_availability_in_Europe

Подземные воды являются одним из крупнейших резервуаров воды на Земле, но имеют относительно небольшие потоки по сравнению с их объёмом. Их перемещение преувеличено на глубинах ниже 500 м, где находится бо́льшая часть подземных вод и где задокументировано их время пребывания от миллионов до даже миллиардов лет. Однако степень взаимодействия между глубокими подземными водами (> 500 м) и остальной частью наземного водного цикла в глобальном масштабе неясна из-за проблем с обнаружением их вклада в речной сток. Авторы использовали подход баланса массы хлоридов для количественной оценки вклада глубоких подземных вод в глобальный речной сток. Глубокие подземные воды, вероятно, составляют менее 0,1% глобального речного стока и лишь слабо и спорадически связаны с остальной частью водного цикла в геологических временных масштабах. Несмотря на эту слабую связь с речным стоком, обнаружено, что глубокие подземные воды важны для глобального цикла хлоридов, обеспечивая ~ 7% потока хлоридов в океан.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00697-6

Оцениваются отклонения температуры поверхности моря (ТПМ) в расчётах моделей CMIP5 и CMIP6. В целом, модели CMIP6 работают лучше, чем модели CMIP5, в воспроизведении климатологии ТПМ, с более низким глобальным средним абсолютным отклонением мультимодельного среднего по ансамблю (1,17 против 1,31 K). Это отклонение в глобальной среднегодовой ТПМ переходит от охлаждения (-0,09 ± 0,52 K) к потеплению (0,23 ± 0,60 K). На региональном уровне в CMIP6 систематическая ошибка похолодания над северо-западной частью Тихого океана и Северной Атлантикой снижается на 20% и 18%, а погрешность потепления над северо-восточной частью Тихого океана, юго-восточной Атлантикой и Южным океаном увеличивается на 25%, 16% и 107% соответственно. Эти изменения в основном связаны с комбинированным эффектом усугубления положительного (или ослабления отрицательного) отклонения в нисходящей длинноволновой радиации в условиях ясного неба и ослабления отрицательного отклонения в радиационном эффекте облаков, частично уменьшенного усиленным отклонением охлаждения нисходящим коротковолновым излучением в условиях ясного неба.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL100888

Пространственная картина межмодельного разброса приземной температуры аналогична абсолютной ошибке смоделированной приземной температуры по отношению к наблюдениям, что подразумевает возможность использования межмодельного разброса для понимания погрешностей модели. Районы с максимальным межмодельным разбросом приземной температуры расположены в северных полярных и южных полярных регионах, а также в регионах с крупными орографическими особенностями, такими как Тибетское нагорье. Исследование показало, что: (а) зимнее усиление межмодельного разброса приземной температуры существует над обоими полярными регионами, но максимальный межмодельный разброс приземной температуры над Тибетским нагорьем происходит весной и летом со слабой сезонностью; (б) анализ поверхностного энергетического баланса показывает заметный контраст между сушей и морем во взаимосвязи между физическими процессами; (в) над Северным Ледовитым и Южным океанами максимальные разбросы альбедо поверхности, вызванные морским льдом, проявляются летом, когда межмодельные разбросы приземной температуры самые слабые, поскольку влияние альбедо поверхности компенсируется накоплением тепла в океанах; (г) благодаря межсезонной связи периода накопления тепла (летнее накопление и зимнее выделение океанического тепла), летнее альбедо поверхности может косвенно способствовать зимнему усилению межмодельного разброса приземной температуры над полярными океанами. Над сушей такой межсезонной связи процессов не существует. Также предложен метод выделения роли локальных и нелокальных динамических процессов во вкладе нисходящей длинноволновой радиации в условиях ясного неба в межмодельный разброс приземной температуры. 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022JD037509

Климатическое моделирование, восстанавливающее температуру поверхности моря (ТПМ) в Северной Атлантике, использовалось для изучения климатических воздействий атлантической мультидесятилетней изменчивости. Однако, несмотря на модельные результаты и наблюдения, демонстрирующие аналогичные аномалии ТПМ в Северной Атлантике, эксперименты с активным восстановлением ТПМ в её тропической части демонстрируют сильные положительные поверхностные потоки тепла из океана с тёплыми аномалиями ТПМ, не воспроизводимые в других модельных расчётах или наблюдениях. Установлено, что восходящие поверхностные тепловые потоки, систематически вызываемые активным восстановлением ТПМ в тропической части Северной Атлантики, имеют решающее значение для создания сильной локальной реакции на осадки и связанного с этим удалённого воздействия на тихоокеанскую циркуляцию Уокера, которые отсутствуют в других модельных расчётах. Результаты этого исследования убедительно свидетельствуют о том, что эксперименты с использованием восстановления ТПМ (или заданных ТПМ) в тропической части Северной Атлантики преувеличивают влияние Атлантики на закономерности глобальных климатических аномалий и её роль в недавних мультидесятилетних трендах ТПМ.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00335-0

Для более точного прогнозирования изменения климата требуется более точная характеристика источников и стоков метана CH₄ и двуокиси углерода CO₂ в уязвимой арктической среде. В сентябре 2020 года прошла масштабная авиационная кампания, ориентированная на сибирское арктическое побережье. CH₄ и CO₂, измерявшиеся на месте (in situ) во время кампании, составляют основу этого исследования. В качестве индикаторов используются измеренные значения концентраций озона O₃ и окиси углерода CO. Медианные отношения смеси CH₄ значительно выше, чем среднемесячные эталонные полушарные значения (Мауна-Лоа, Гавайи, США): 1890–1969 млрд-1 против 1887 млрд^-1 соответственно, в то время как отношения смеси CO₂ на всех рейсах ниже (408,09–411,50 млн^-1 против 411,52 млн^-1). Проведены три тематических исследования. Анализ авторов свидетельствует о том, что в период кампании европейская часть российской Арктики и западная Сибирь подвергались дальнему переносу загрязнённых воздушных масс, тогда как восточная часть находилась в основном под влиянием локальных выбросов парниковых газов. Относительные вклады основных антропогенных и естественных источников CH₄ моделируются с использованием лагранжевой модели FLEXPART для выявления доминирующих источников в пограничном слое и в свободной тропосфере. При западных полётах над сушей на состав воздушной массы влияли выбросы от водно-болотных угодий и антропогенная деятельность (обращение с отходами, производство ископаемого топлива и, в меньшей степени, сельскохозяйственный сектор), в то время как на востоке в выбросах преобладают пресноводные, водно-болотные угодья и океан, с вероятным вкладом антропогенных источников, связанных с ископаемым топливом. Полученные результаты подчёркивают важность вклада выбросов пресноводных источников и океана. Учитывая большие неопределённости, связанные с ними, исследование предполагает, что выбросам из этих водных источников в Сибири следует уделить больше внимания.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/2293/2023/

Изменение топографии, вызванное таянием льда в арктических почвах, может ускорить таяние многолетней мерзлоты и вызвать резкие и крупномасштабные изменения в Арктике. Авторы расширили модель термальной гидрологии многолетней мерзлоты в масштабе участка, чтобы представить проседание грунта, и объединили её с новыми и существующими данными из хорошо охарактеризованного участка тундры, чтобы лучше понять последствия проседания в результате оттаивания в потеплевшей Арктике. Эти модели с пространственным разрешением репрезентативного участка тундры, богатой углеродом, показывают, что опускание не приведёт к значительному ускорению таяния многолетней мерзлоты и вызовет её резкое таяние на больших площадях. Однако проседание талых вод, вероятно, приведёт к увеличению стока и значительно ускорит высыхание ландшафта тундры в условиях потепления климата, что серьёзно повлияет на чувствительные арктические экосистемы.

Авторы использовали модель гидрологии многолетней мерзлоты, основанную на подробных измерениях содержания льда в почве, чтобы лучше понять потенциальный риск её внезапного таяния, вызванного таянием подземного льда, — ключевой открытый вопрос, связанный с реакцией многолетней мерзлоты на потепление в Арктике. Результаты, полученные с высоким пространственным разрешением, для хорошо охарактеризованного участка в тундре недалеко от Уткиагвика (Utqiaġvik), Аляска, хорошо согласуются с несколькими типами наблюдений в текущем климате. По прогнозам, с 2006 по 2100 гг. в сценарии RCP8.5 с сильным потеплением произойдёт общее опускание на 63 см. Оттаивание многолетней мерзлоты, измеряемое увеличением толщины активного слоя — толщины слоя почвы, оттаивающего каждое лето, — ускоряется из-за проседания, но эффект относительно невелик. Толщина активного слоя увеличивается от текущего значения ~50 см до ~180 см к 2100 году, когда учитывается оседание, по сравнению с ~160 см, когда им пренебрегают. В этих расчётах выявленная ранее положительная обратная связь между оседанием и оттаиванием самоограничивается в десятилетних временных рамках, поскольку ландшафтный сток и увеличение эвапотранспирации приводят к более сухой тундре с более слабой связью между поверхностью и атмосферой. Эти результаты для участка тундры, являющегося репрезентативным для больших участков северного склона Аляски, показывают, что опускание вряд ли приведёт к резкой оттепели на больших площадях. Однако оседание оказывает значительное влияние на гидрологию тундры. В частности, оседание увеличивает ландшафтный сток, что помогает поддерживать речной сток в условиях повышенной эвапотранспирации, но также приводит к более засушливым условиям тундры, что может иметь пагубные последствия для чувствительных экосистем арктических водно-болотных угодий. 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2212171120