Статья посвящена описанию и оценке предложенной модели калибровки на основе нейронной сети для постобработки двух основных метеорологических параметров, а именно приземной температуры воздуха (на уровне 2 м) и суточного накопления осадков. Основная идея этой работы заключается в улучшении краткосрочных (до трёх дней) прогнозов, предоставляемых глобальной моделью численного прогнозирования погоды ECMWF (Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды). По сравнению с существующими локальными моделями погоды, обычно предоставляющими прогнозы погоды для ограниченных географических областей (например, в пределах одной страны, которые более точны), ECMWF предлагает прогнозы погодных явлений по всему миру. Ещё одним значительным преимуществом этой глобальной модели численного прогнозирования погоды является тот факт, что при её использовании в нескольких известных онлайн-приложениях прогнозы находятся в свободном доступе, в то время как выходные данные локальных моделей часто необходимо оплачивать. Предлагаемая расширяющая возможности ECMWF модель использует комбинацию необработанных данных ECMWF и дополнительных входных параметров, полезных для оценки ошибки ECMWF и её последующей коррекции. Наземные данные, используемые для этапа обучения этой модели, состоят из реальных наблюдений с метеостанций, расположенных в 10 городах двух европейских стран. Результаты, полученные с помощью перекрестной проверки, показывают, что предложенная параметрическая модель превосходит точность стандартного прогноза ECMWF и приближается к точности прогноза локальных моделей численного прогнозирования погоды.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11936-9

Тропосферный озон (O3) оказывает влияние на климат Земли и здоровье человека. Особый интерес представляют летучие органические соединения (ЛОС), вносящие значительный вклад в формирование O3. Как правило, измеренные концентрации ЛОС и O3 демонстрируют нелинейный или даже противоположный во времени тренд. Авторы объясняют это явление недостаточным пониманием фотохимии летучих органических соединений, выбрасываемых различными источниками в окружающую среду и расходуемых на образование O3, при чрезмерном внимании к их измеренным концентрациям. Как данные наблюдений, так и модельные результаты свидетельствуют о том, что фотохимия ЛОС является ключом к формированию O3. Предложена улучшенная модель для количественной оценки вклада фотохимии ЛОС в источники (биогенные выбросы, испарение бензина, промышленность и т. д.) и их влияние на образование O3, успешно избегающая ошибочной идентификации доминирующих источников ЛОС, возникающих из-за систематической ошибки. Систематическая ошибка оставшихся в воздухе ЛОС, обнаруженная в этом исследовании, подчёркивает недостаточность прямой фокусировки на измеренных концентрациях ЛОС и демонстрирует необходимость идентификации источников ЛОС, способствующих образованию O3.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-022-00261-7

Всемирный призыв к защите среды обитания направлен на прекращение утраты биоразнообразия. Авторы разработали стандартизированный и воспроизводимый ход работ с открытым исходным кодом, который вычисляет два индекса для мониторинга протяжённости прибрежных и морских мест обитания в пределах охраняемых территорий и других эффективных мер по их сохранению. Индекс локальной доли защищенных мест обитания (Local Proportion of Habitats Protected Index, LPHPI) определяет юрисдикции с наибольшими возможностями для расширения своих охраняемых территорий, а Глобальный индекс доли охраняемых мест обитания (Global Proportion of Habitats Protected Index, GPHPI) показывает, какие юрисдикции вносят наибольший вклад в защиту этих мест обитания во всём мире. Произведена оценка, какие юрисдикции обладают наибольшими возможностями для внесения глобального вклада в защиту среды обитания, достигнув цели охвата 30%. Было обнаружено, что районы за пределами национальной юрисдикции обладают наибольшим потенциалом для этого. Предложенный ход работ также можно легко распространить на наземные и пресноводные среды обитания. Эти индексы полезны для мониторинга аспектов Цели 14 в области устойчивого развития и формирования рамок в области биоразнообразия на период после 2020 года, чтобы понять текущее состояние международного сотрудничества в области сохранения прибрежных и морских местообитаний.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01296-4

После того как США и Европа десятилетиями работали над сокращением загрязнения воздуха ради здоровья людей и планеты, учёные обнаружили непреднамеренное и сложное последствие: увеличение числа тропических штормов в некоторых регионах. 

Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что за последние четыре десятилетия 50%-ное уменьшение количества аэрозолей — крошечных частиц в воздухе — над Северной Америкой и Европой привело к 33%-ному увеличению числа тропических циклонов в Северной Атлантике. 

Исследование также показало, что на другом конце света, в Китае и Индии, 40%-ное увеличение аэрозольного загрязнения за тот же период времени вызвало 14%-ное снижение числа тропических циклонов на западе северной части Тихого океана. В то время загрязнение воздуха в Китае и Индии значительно возросло из-за экономического и промышленного роста этих стран.

«Уменьшение выбросов аэрозолей — это хорошо для здоровья человека, но, с другой стороны, мы обнаружили некоторые негативные последствия сокращения выбросов аэрозолей — и это ураганная активность», — Хиро Мураками (Hiro Murakami), ведущий автор исследования и учёный Лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). 

Аэрозоли не похожи на парниковые газы. Это крошечные частицы, плавающие в воздухе, отражают солнечный свет обратно в космос, обуславливая тем самым охлаждающее воздействие. Существуют аэрозоли естественного происхождения, но большая часть загрязнения в начале и середине ХХ века исходила из таких источников, как промышленные дымовые трубы и выхлопные газы автомобилей. 

Мураками обнаружил, что по мере того, как аэрозольное загрязнение уменьшалось в течение десятилетий после принятия Закона США о чистом воздухе и аналогичных действий в Европе, океан мог поглощать больше солнечной энергии, что приводило к повышению температуры поверхности моря, а далее вызывало большее число штормов. 

Мураками предупреждает, что его результаты не означают, что нужно прекратить контролировать загрязнение воздуха. По его словам, сокращение выбросов аэрозолей похоже на отказ от курения. Когда человек бросает курить, он улучшает свое здоровье и может избежать рака. Но в некоторых случаях отказ от курения также сопровождается побочными эффектами, включая увеличение веса и чувство стресса.

«Уменьшение аэрозолей на самом деле аналогично», — сказал он. «Уменьшение аэрозолей в воздухе может привести к улучшению здоровья, но, с другой стороны, увеличивается риск ураганов. Здесь хорошие вещи сопровождают плохие. Это вроде как плюсы и минусы». 

Джим Коссин (Jim Kossin), старший специалист по ураганам в Климатической службе, который ревьюировал исследование, сказал, что оно важно, чтобы помочь отличить, как штормы реагируют на загрязнение воздуха по сравнению с их реакцией на парниковые газы. 

«Тропические циклоны — довольно случайные животные, и они реагируют на случайный характер атмосферы в любой момент времени», — сказал Коссин. «Но, безусловно, это устойчивое нагревание океана, происходящее в Атлантике из-за увеличения количества парниковых газов и уменьшения загрязнения твёрдыми частицами, оказывает глубокое влияние, а изменения в загрязнении твёрдыми частицами гораздо сильнее сказываются на ураганах». 

Другие учёные, не участвовавшие в исследовании, сообщили, что результаты соответствуют тому, что им известно о сложной природе загрязнения воздуха, и что они дополняют растущий объём исследований о том, как климатический кризис может влиять на ураганы. 

«Это исследование очень хорошо показывает, что воздействие аэрозолей не изолировано от Атлантики, а связано с глобальным сдвигом в распределении тропических циклонов», — сказал Габриэль Векки (Gabriel Vecchi), профессор климата и наук о Земле Принстонского университета. «Аэрозоли являются одними из самых неопределённых элементов климатической системы, поэтому я думаю, что нужны — и я предсказываю, что будут — дополнительные исследования, изучающие чувствительность результатов к ряду неопределённостей, связанных с аэрозолями».

Том Кнутсон (Tom Knutson), старший научный сотрудник Лаборатории геофизической гидродинамики NOAA, не участвовавший в исследовании, сказал, что аэрозольное загрязнение является ещё одним важным способом, которым люди изменили активность ураганов за последние 40 лет. 

«Это похоже на то, как аэрозоли создали своего рода отдых от ураганов в Атлантике, но затем, когда мы уменьшили воздействие аэрозоля, оно как бы возвращается», — сказал Кнутсон. «У нас есть несколько факторов, которые, как мы думаем, имеют место в Атлантике, и эта статья относится к числу тех, которые пытаются выявить относительное влияние этих разных факторов». 

Мураками сказал, что, по его прогнозам, аэрозольное загрязнение останется стабильным, поэтому выбросы парниковых газов со временем начнут оказывать более сильное влияние на ураганы, особенно на их интенсивность. «Наука о климате очень сложна, и работа продолжается, особенно в отношении активности ураганов», — сказал Мураками. «То, что мы видели за последние 40 лет, может оказаться неприменимым к будущему, поэтому, возможно, мы увидим нечто совсем другое».

Ссылка: https://edition.cnn.com/2022/05/11/us/air-pollution-atlantic-hurricanes-climate/index.html

ы

Рис. 1. Увеличение возраста океанической земной коры по мере удаления от срединно-океанических хребтов. Красный цвет — более молодая земная кора, синий — более древняя (шкала в млн лет). Рисунок с сайта en.wikipedia.orgРис. 1. Увеличение возраста океанической земной коры по мере удаления от срединно-океанических хребтов. Красный цвет — более молодая земная кора, синий — более древняя (шкала в млн лет). Рисунок с сайта en.wikipedia.org

ы

Магнитные полюса Земли иногда меняются местами. Информация об этом записана в остаточной намагниченности некоторых минералов, входящих в состав океанической коры: они, по сути, несут в себе палеомагнитную летопись Земли за последние десятки миллионов лет. Океаническая кора рождается в зонах срединно-океанических хребтов, поэтому чем дальше от них, тем кора древнее. Проанализировав палеомагнитные данные за последние 19 млн лет, ученые пришли к выводу, что начиная с середины миоцена скорость спрединга и, соответственно, образования новой океанической коры постепенно снижается. Сейчас она примерно на 40 процентов ниже, чем 15 млн лет назад.

Как правило, горные породы в середине океанов моложе, чем по краям (вблизи континентов). В зонах срединно-океанических хребтов литосферные плиты расходятся (этот процесс называется спредингом) и поступающая из мантии магма постепенно формирует новую земную кору океанического типа. А у материков, в зонах субдукции, тяжелые океанические плиты постепенно пододвигаются под более легкие континентальные, погружаясь в мантию. Так работает глобальный конвейер тектоники плит. От его скорости зависит интенсивность практически всех геологических процессов на Земле — вулканизма, сейсмической активности, образования и разрушения гор, геохимических циклов элементов. Тектоника — важнейший фактор, во многом определяющий уровень моря, климат на планете и состав атмосферы.

Американские геофизики во главе с Коллин Далтон (Colleen Dalton) из Университета Брауна с помощью палеомагнитного метода с высокой степенью разрешения определили возраст пород, образовавшихся за последние 19 млн лет с двух сторон от 18 главных подводных хребтов Мирового океана. Метод основан на явлении палеомагнетизма. Магнитные полюса Земли периодически меняются местами. Эпизоды инверсии ученые фиксируют по смене ориентации магнитных минералов в застывших вулканических породах и используют их как реперы для построения изохрон — линий на геологической карте, все точки которых имеют одинаковый возраст (рис. 2). 

Рис. 2. Зоны спрединга, в которых оценивали скорость образования новой океанической коры. Цветные линии — изохроны (возраст указан в млн лет).Буквенные сокращения — названия литосферных плит: PAC — Тихоокеанская, JDF — Хуан-де-Фука, RIV — Ривера, MAT — Центральноамериканский желоб, COC — Кокос, NAZ — Наска, ANT — Антарктическая, AUS — Австралийская, SAM — Южно-Американская, NAM — Северо-Американская, EUR — Евразийская, NUB — Африканская (Нубийская), SOM — Сомалийская, ARA — Аравийская, IND — Индостанская, CAP — Козерога (см. Capricorn Plate). Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Выяснилось, что образование новой океанической коры в рифтовых зонах хребтов быстрее всего шло в среднем миоцене. Затем началось замедление, и сейчас скорость спрединга во всех срединно-океанических хребтах, кроме Южно-Тихоокеанского поднятия, примерно на 35–40% меньше, чем 15 млн лет назад. Сегодня скорость спрединга варьируется от 15 до 180 мм/год, составляя в среднем по планете 140 мм/год, а 15 млн лет назад она, по расчетам авторов, была на уровне 200 мм/год.

Исключение из общего правила представляет граница между Антарктической и Тихоокеанской плитами (ANT—PAC), расположенная в районе Южно-Тихоокеанского поднятия — самой тектонически активной на сегодня зоне океана. Здесь скорость спрединга неуклонно растет. Еще в двух зонах (ANT–AUS и CAP–SOM) производство новой коры в период с 19 до 9 млн лет назад снижалось, а потом снова начало расти. В остальных зонах тренд снижения вполне отчетливый (рис. 3). При этом 70–75% от общего объема новой океанической коры на Земле образуется на пяти границах раздела: PAC–NAZ, PAC–COC и ANT–PAC в Тихом океане, NUB–SAM в Атлантическом и ANT–AUS в Индийском.

Рис. 3. Изменение параметров крупнейших зон спрединга за последние 19 млн лет: a — образование новой океанической коры на границах раздела плит, в млн км2 за млн лет; b — протяженность хребтов, в тыс. км; c — скорость спрединга, в мм/год; d — глобальное производство океанической коры, в млн км2 за млн лет; e — суммарная протяженность хребтов, в тыс. км; f — средняя скорость спрединга, в мм/год. По горизонтали везде — время, в млн лет назад. Буквенные обозначения плит — те же, что на рис. 2. Цвет на графиках d–f: синий — по данным авторов; черный и красный — по данным других исследований. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Причина общего снижения динамики спрединга остается непонятной. Суммарная протяженность подводных хребтов за 19 млн лет практически не изменилась, лишь хребет на границе между Тихоокеанской плитой и плитой Кокос (PAC–COC) за это время стал короче на 2 тыс. км, а граница ANT–PAC — на 1,4 тыс. км длиннее. Но учитывая общую протяженность глобальной сети срединно-океанических хребтов, уменьшение на 0,6 тыс. км можно не принимать во внимание. При этом только за период с 14,9 до 6,0 млн лет назад производство коры снизилось на 37%.

Возможно, считают авторы, объяснение надо искать не в спрединговых хребтах, а в зонах субдукции. Известно, что субдуцирующие (погружающиеся) плиты двигаются примерно в 4 раза быстрее, чем несубдуцирующие — те, которые упираются в другие плиты, а не погружаются в мантию. И если в середине океанов динамика литосферных плит примерно на 90% зависит от глубинных процессов, определяющих режим конвекции — движения вещества в мантии, и только на 10% — от толщины самой плиты (см. C. Lithgow-Bertelloni, M. Richards, 1995. Cenozoic plate driving forces), то в зонах субдукции соотношение этих факторов меняется. Здесь скорость погружения литосферной плиты на 60–70% определяется соотношением направлений мантийных потоков, обеспечивающих затягивание или выталкивание, весом океанической плиты, а также силой трения с континентальной плитой, под которую она погружается (C. Conrad, C. Lithgow-Bertelloni, 2004. The temporal evolution of plate driving forces: Importance of «slab suction» versus «slab pull» during the Cenozoic).

Возможно, причину резкого снижения скорости спрединга — более чем на 20% всего за 5 млн лет — надо искать именно в действии региональных факторов, потому что за такое короткое время не могла произойти глобальная перестройка режима мантийной конвекции. Так, замедление движения восточной части Тихоокеанской плиты авторы связывают с образованием гор на западной окраине Северной и Южной Америки. «Нагруженная» горами континентальная плита сильнее давит на находящуюся под ней океаническую, увеличивая трение и снижая скорость погружения. В других частях планеты ключевую роль могли играть какие-то другие процессы.

Кроме того, замедление скорости движения одной из плит тут же «стопорит» движение остальных. Например, коллизия (столкновение) Индостанской и Евразийской плит с образованием Гималайских гор привела к возникновению вязких напряжений и снижению скорости спрединга на границах IND–SOM, SOM–NUB и NUB–NAM. На рис. 4 показано, как остановка плиты Наска и Южно-Американской плиты вызвала резкое снижение скорости спрединга на сопряженных границах.

aaaa

Рис. 4. Изменение скорости спрединга на границах плиты Наска (a) и Южно-Американской плиты (b) относительно нынешней, в мм/год. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters

Авторы планируют продолжить исследование, расширив его временные рамки, чтобы понять, является ли наблюдаемое в последние 19 млн лет замедление скорости спрединга самостоятельным явлением или частью долгосрочного тренда. Для этого им надо будет с той же детальностью изучить породы, расположенные на большем удалении от осей срединно-океанических хребтов. Теоретически можно отследить динамику литосферных плит до середины юрского периода. Самая древняя океаническая кора находится в котловине Пигафетта в Тихом океане и имеет возраст 156 млн лет. Более древние породы на дне океанов не сохранились.

Ссылка: https://elementy.ru/novosti_nauki/433964/Okeany_rasshiryayutsya_vsyo_medlennee

Индийский и Тихий океаны омывают Морской континент*. Основные режимы изменчивости температуры поверхности моря в обоих океанах, включая диполь Индийского океана (ДИО) и Эль-Ниньо–Южное колебание (ЭНЮК), могут сильно влиять на осадки на Морском континенте. Распространённость пожаров на Морском континенте тесно связана с количеством осадков и запасами грунтовых вод в сентябре и октябре. Осадки и запасы наземной воды, являющиеся мерой гидрологических условий засухи, в значительной степени зависят от диполя Индийского океана и явлений Эль-Ниньо. Авторы использовали наборы долгосрочных данных для изучения комбинированного воздействия ЭНЮК и ДИО на осадки над Морским континентом за последние 100 лет (1900–2019 гг.) и обнаружили, что сокращение осадков и запасов наземных вод более заметно в годы, когда Эль-Ниньо и положительная фаза ДИО совпадали. Комбинированные негативные эффекты возникают в основном за счёт усиленного уменьшения восходящего движения над Морским континентом. Совпадающие явления Эль-Ниньо и положительная фаза ДИО происходили чаще после 1965 года. Однако климатические модели не прогнозируют их более частое совпадение в условиях сильного потепления, подразумевая, что не глобальное потепление, а естественная изменчивость могут быть ведущей причиной этого явления.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11663-1

*Морской континент - регион Юго-Восточной Азии, включающий Индонезию, Филиппины и Папуа-Новую Гвинею.

В условиях глобального изменения климата и быстрой урбанизации часты городские наводнения и засухи, а городские системы водоснабжения сталкиваются с целым рядом серьёзных проблем. Крайне важно оценить устойчивость городских систем водоснабжения и разработать соответствующие стратегии смягчения последствий стихийных бедствий и улучшения ситуации. Системы городского водоснабжения включают в себя множество подсистем, но существующие исследования обычно сосредоточены лишь на одной подсистеме. Поэтому в данной статье предлагаются методы корреляционного и факторного анализа для системы индексов оценки устойчивости городских систем водоснабжения путём объединения подсистем и применения теории серых систем. Метод может отражать четыре фактора процесса водоснабжения (источник воды, водопровод, водопроводно-распределительная сеть и пользователи) и пять факторов системы управления городом (общество, природная среда, экономика, физика и организация). Авторы использовали многоуровневую интегрированную модель оценки, основанную на облачной модели, применив её в качестве примера для анализа устойчивости системы водоснабжения Циндао (города на берегу Жёлтого моря). Результаты обеспечивают поддержку принятия решений для планирования и создания систем устойчивости городских сетей водоснабжения в краткосрочной и долгосрочной перспективе на основе четырёх основных факторов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11436-w

В июне 2021 года на западе Северной Америки наблюдалась рекордная волна тепла, выходящая за рамки ранее наблюдаемых температур. Хотя ясно, что это событие было экстремальным, не известно, происходили ли в других районах мира события, выходящие далеко за пределы их естественной изменчивости. Используя новую оценку экстремальных температур, авторы исследуют, насколько экстремальным было это событие в глобальном контексте. Если характеризовать относительную интенсивность события как число стандартных отклонений от среднего значения, волна тепла в западной части Северной Америки примечательна тем, что имеет более четырёх стандартных отклонений. На всём земном шаре по эпизодам, о которых есть надёжные данные, с 1960 года было найдено только пять других волн тепла, оказавшихся более экстремальными. Обнаружено, что как в реанализах, так и в климатических сценарных прогнозах статистическое распределение экстремальных явлений увеличивается со временем в соответствии со средним сдвигом распределения. из-за изменения климата. Регионы, в которых по воле случая не было недавней экстремальной жары, могут быть менее подготовлены к потенциально неизбежным событиям.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm6860

Уменьшение воздействия заморозков при зимнем потеплении имеет последствия для связывания углерода северными лесами. Однако количественная оценка этого воздействия на рост деревьев представляет собой сложную задачу из-за изменчивости морозостойкости и фенологических признаков между видами деревьев и внутри них. Здесь дана всесторонняя оценка отклика роста деревьев на частоту заморозков в холодное время года на основе обширного набора данных годичных колец, охватывающего леса Канады. Это исследование показывает, что реакция роста деревьев на воздействие заморозков различается по направлению и величине в зависимости от клады* и вида, а также в зависимости от особенностей распускания листвы, возраста и размера дерева и факторов окружающей среды. Такая количественная оценка может помочь предсказать динамику углерода суши в условиях изменения климата.

Поскольку северные широты испытывают быстрое зимнее потепление, существует острая необходимость в оценке влияния различных зимних условий на рост деревьев и способность лесов поглощать углерод. Авторы изучили реакцию роста деревьев на изменчивость частоты морозных дней в холодный сезон (ноябрь – апрель) с 1951 по 2018 гг., используя данные годичных колец 35 217 деревьев и 57 видов на 4375 участках, расположенных по всей территории Канады. Они обнаружили, что ежегодные реакции радиального роста на частоту морозных дней варьировались в зависимости от вида, с некоторыми общими чертами среди родов и клад. Рост голосеменных растений с поздневесенним распусканием листьев был отрицательно связан с частотой морозных дней; годы с высокой частотой морозных дней оказались наиболее губительными для годового прироста Pinus Banksiana, Pinus contorta, Larix lyalli, Abies amabilis и Abies lasiocarpa. Напротив, рост покрытосеменных растений с ранним распусканием листьев, а именно Populus tremuloides и Betula papyrifera, был лучше в самые холодные годы, а у голосеменных растений с промежуточным временем распускания листьев, таких как широко распространенные Picea mariana и Picea glauca, не было стабильного роста в зависимости от частоты морозных дней. Реакция роста деревьев на частоту морозных дней дополнительно зависела от размера деревьев, их возраста, регионального климата (т.е. средней температуры холодного сезона) и местных условий. В целом, полученные результаты показывают, что умеренно тёплые зимы могут временно улучшить рост широко распространённых сосен и некоторых высокогорных хвойных деревьев в западной Канаде, но одновременно нанести ущерб росту широко распространённых бореальных покрытосеменных растений. Эти результаты также подчёркивают ценность использования взаимосвязей между климатом и ростом для конкретных видов для уточнения прогнозов динамики углерода в лесах.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2117464119

*Клада - группа, содержащая общего предка и всех его прямых потомков

Чтобы управлять водными ресурсами и защищать их, необходимо понимать круговорот воды. Пассивные микроволновые радиометры на борту спутников используются для мониторинга водных ресурсов, таких как влажность почвы. Однако эти микроволновые датчики слишком грубы, чтобы фиксировать мелкомасштабные метеорологические особенности, способные влиять на крупномасштабные явления, происходящие в круговороте воды. Другие космические инструменты производят изображения с более высоким разрешением, но эти инструменты гораздо более чувствительны к помехам, создаваемым облаками, что ограничивает их полезный охват.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-022-00303-x