Солнечное фотоэлектричество — это прямое использование солнечных ресурсов для выработки электроэнергии, что является одним из важнейших подходов к использованию возобновляемой энергии. Региональный выход фотоэлектрических систем может зависеть от местных особенностей температуры и освещённости, на которые влияет изменение климата. В этом исследовании изучается влияние изменения климата на выход энергии от солнечных фотоэлектрических систем по всему Китаю в будущем в рамках сценариев со средним SSP245 и с высоким уровнем выбросов SSP585 путём расчёта потенциала фотоэлектрических систем с использованием данных о солнечной радиации на наклонной поверхности и температуре. В целом, в рамках сценария SSP245 солнечная радиация увеличилась на 0,8% и 2,15%, а выход фотоэлектрической энергии - на 0,28% и 1,21% в 2020–2060 и 2061–2099 гг. соответственно. В сценарии SSP585 солнечная радиация увеличилась на 0,73% и 1,35%, а выходы фотоэлектрической энергии - на 0,04% и -1,21% в 2020–2060 и 2061–2099 гг. соответственно. В обоих сценариях потенциал фотоэлектрической энергии показал очевидный рост в юго-восточном и центральном Китае и значительное снижение в северо-западном Китае, Тибете и Внутренней Монголии. Поэтому предполагается, что в сценарии со средним уровнем выбросов изменение климата может увеличить потенциал фотоэлектрической энергии, тогда как в сценарии с высоким уровнем выбросов оно может подавить потенциал фотоэлектрической энергии в Китае.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/8/939

Осадки в Европе существенно влияют на местное сельское хозяйство и водные ресурсы. Многочисленные исследовательские работы изучали влияние тропосферных переменных на изменчивость осадков в Европе. Недавние исследования выявили связь между изменениями уровней стратосферного озона в высоких широтах и характером осадков по всей Евразии. В этом исследовании изучается корреляция между тенденциями стратосферы в высоких широтах и осадками в Западной Европе с использованием данных наблюдений, реанализа и атмосферных моделей, что даёт новые сведения о том, что содержание озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере в северных высоких широтах в значительной степени влияет на весенние и осенние осадки в Западной Европе, и объясняется соответствующий механизм. Рост содержания озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере имеет тенденцию увеличивать осадки в Западной Европе, и наоборот. Дальнейший анализ показывает, что повышенный уровень озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере за счёт излучения нагревает местный регион, смещая полярное струйное течение над Европой к экватору весной и осенью, что приводит к циклонической аномалии над Западной Европой. Это усиливает конвекцию над Западной Европой и переносит больше водяного пара из Атлантического океана. Влияние изменений в уровне озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере на характер осадков в Западной Европе было дополнительно подтверждено экспериментами по чувствительности с климатической моделью. Увеличение на 20% содержания озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере по всей Европе относительно многолетнего среднего значения увеличивает количество осадков в Западной Европе на 2,6–8 мм/месяц и уменьшает его на 10 мм/месяц на севере. В целом выводы авторов подчёркивают значительное влияние уровней озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере на модуляцию весенних и осенних осадков в Западной Европе, открывая важные дополнительные возможности для прогнозирования будущих изменений осадков.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07363-3

Значения плотности NO₂ в вертикальном столбе в тропосфере, измеренные прибором мониторинга тропосферы TROPOMI, использовались для изучения изменчивости содержания NO₂ и оценки городских выбросов NO_x для 261 крупного города по всему миру. Используемый алгоритм выделил три компонента в данных по тропосферному содержанию NO₂: фоновый, из городских источников и из промышленных точечных источников, а затем каждый из этих компонентов анализировался отдельно. Метод основан на подгонке спутниковых данных с помощью статистической модели с эмпирическими функциями дисперсии шлейфа, управляемыми метеорологическим реанализом. В отличие от других подобных исследований, в которых изучались шлейфы из точечных источников выбросов, это исследование включало фоновый компонент как функцию высоты в анализе и отделяло городские выбросы от выбросов из промышленных точечных источников. В анализе использовались данные о плотности населения и высоте поверхности, а также координаты промышленных источников. Наибольшие выбросы на душу населения были обнаружены на Ближнем Востоке, а наименьшие — в Индии и Южной Африке. Наибольший фоновый компонент наблюдался над Китаем и частями Европы, а наименьший — над Южной Америкой, Австралией и Новой Зеландией. Также были изучены различия между выбросами в рабочие и выходные дни. Городские выбросы по воскресеньям (или пятницам для некоторых стран) обычно на 20–50% меньше выбросов в рабочие дни для всех регионов, кроме Китая. Фоновый компонент обычно не показывает существенных различий между рабочими и выходными днями, что позволяет предположить, что фоновый NO₂ имеет существенно более длительное время жизни по сравнению с выбросами в шлейфах.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1991/

 Прогнозируется, что эрозия многолетней мерзлоты в Арктике к 2100 году увеличится в два– три раза. Однако потоки органического вещества из многолетней мерзлоты в океан до сих пор не учитывались в моделях системы Земли. Здесь авторы рассматривают эрозию многолетней мерзлоты в модели системы Земли и проводят моделирование с различными свойствами органического вещества многолетней мерзлоты, такими как фракция оседания и содержание питательных веществ. Обнаружено, что эрозия побережья снижает поглощение CO₂ Северным Ледовитым океаном из атмосферы во всех расчётах: на 4,6–13,2 Тг С в год к 2100 году, что составляет ~7–14% от поглощения внутренним Северным Ледовитым океаном. Показано, что эрозия многолетней мерзлоты в прибрежной зоне оказывает положительное биогеохимическое обратное воздействие на климат, увеличивая содержание CO₂ в атмосфере на 1–2 Тг С в год на градус повышения глобальной температуры приземного воздуха. Эта работа позволит учитывать эрозию многолетней мерзлоты в прибрежной зоне в будущих оценках изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02074-3Nature 

Палеоклиматические записи использовались для оценки чувствительности современного равновесного климата. Однако для этого необходимо понимать, как обратные связи, управляющие реакцией климата, изменяются в зависимости от самого климата. Авторы «нагревают» и «охлаждают» современную климатическую модель, чтобы смоделировать континуум климатов от почти покрытой льдом Snowball Earth до почти свободной ото льда теплицы. Обнаружено, что доиндустриальный климат близок к оптимуму стабильности: потепление приводит к менее стабильному (более чувствительному) климату, как и охлаждение более чем на 2 К. Физически интерпретируя результаты, авторы обнаружили, что снижение стабильности для климатов холоднее доиндустриального происходит в основном из-за обратных связей альбедо и градиента температуры, а снижение стабильности для более тёплых климатов - в основном из-за обратной связи облаков. Эти результаты подразумевают, что палеоклиматические записи обеспечивают более сильное ограничение, чем было рассчитано в предыдущих исследованиях, что предполагает сокращение диапазона неопределённости чувствительности климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-50406-w

2023 год был самым тёплым за всю историю наблюдений в мире и вторым самым тёплым в Европе. Авторы применили эпидемиологические модели к данным о температуре и смертности в 823 смежных регионах из 35 стран, чтобы оценить связанную с жарой смертность в Европе в 2023 году по полу и возрасту, а также количественно оценить бремя смертности, которого удалось избежать благодаря адаптации общества к повышению температуры с 2000 года. Были оценены 47 690 (95%-ный доверительный интервал: 28 853–66 525) смертей, связанных с жарой, в 2023 году, что является вторым по величине бременем смертности в период исследования 2015–2023 гг., превзойдённым только к 2022 году. Авторы также оценили, что бремя смертности, связанное с жарой, было бы на +80,0% выше при отсутствии адаптации в текущем столетии, особенно среди пожилых людей (+100,7% среди людей в возрасте 80+ лет). Эти результаты подчёркивают важность исторических и текущих адаптаций в спасении жизней в течение недавних летних сезонов, а также необходимость разработки более эффективных стратегий для дальнейшего снижения смертности в предстоящие более жаркие летние сезоны.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41591-024-03186-1

Фракционный древесный покров облегчает отображение плотности леса и её изменений. Однако по-прежнему сложно оценить древесный покров по спутниковым данным, что приводит к существенным неопределённостям в анализе изменений лесного покрова. В этой статье был создан глобальный ежегодный набор данных о фракционном древесном покрове с 2000 по 2021 гг. с разрешением 250 м (GLOBMAP FTC). Ежегодные наблюдения MODIS были перестроены на уровне пикселей в общую фенологию и использованы для извлечения двенадцати признаков, которые могут различать деревья и травянистую растительность, что значительно снизило размерность признаков. Был собран массив обучающих данных, состоящий из 465,88 миллионов точек выборки из четырёх глобальных продуктов лесного покрова с высоким разрешением, для обучения модели нейронной сети прямого распространения для прогнозирования древесного покрова. По сравнению с наборами данных проверки, полученными из справочного набора данных USGS по глобальному покрову Земли за 2010 год, значения коэффициента детерминации R², средней абсолютной ошибки MAE и корня квадратного из среднеквадратичной ошибки RMSE составили 0,73, 10,55% и 17,98% соответственно. Этот набор данных можно применять для оценки изменений лесного покрова, включая как резкую потерю лесов, так и постепенное их увеличение.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03671-9

В XXI веке прогнозируются широкое распространение засухи, вызванной глобальным потеплением, и удвоение уровня CO₂. Однако потенциальное взаимодействие между увеличением содержания CO₂ и уменьшением влажности почвы для функции растений неопределённо, поскольку предыдущие работы не смогли успешно разделить и количественно оценить эти два конкурирующих эффекта. Авторы оценили взаимодействие между влажностью почвы и содержанием CO₂, используя измерения стабильного изотопа углерода в растении Arabidopsis, выращенном при одновременной модуляции исчерпывающего диапазона обеих переменных. Результаты показали, что как увеличение содержания воды в почве, так и рост концентрации CO₂ увеличили изотопную дискриминацию, и что эффект влажности почвы не был затронут уровнем CO₂ и наоборот. Эти данные подтверждают, что изменения в записи изотопов углерода наземного органического вещества, сохранившегося в геологической летописи, лучше всего интерпретируются как происходящие из изменений в атмосферном CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01576-4

Новое исследование рассматривает, как самый распространённый элемент нашей атмосферы циркулирует через Северный Ледовитый океан, и как изменение климата может повлиять на этот процесс.

Фитопланктон небольшой, но мощный. Будучи одним из крупнейших переносчиков первичной продукции в океанах Земли, он преобразует солнечный свет и углекислый газ (CO₂) в химическую энергию, формируя основу водной пищевой цепи и ежегодно перемещая около 10 миллиардов метрических тонн углерода из атмосферы в глубины океана.

Несмотря на то, что азот является самым распространённым элементом в атмосфере Земли, он является ограничивающим фактором для роста фитопланктона в большей части океана. Это особенно актуально для Северного Ледовитого океана, где географические и климатические факторы способствуют особенно сложному циклу азота.

Арриго и др. (Arrigo et al.) рассматривают современные знания о том, как азот попадает в воды Арктики и изменяет формы, а также о том, как эта динамика может преобразиться при изменении климата.

Среди важнейших источников азота в Северном Ледовитом океане — горизонтальные потоки воды из других океанов, в частности Атлантического, который переносит в Арктику почти в четыре раза больше воды, чем Тихий океан. Другие источники включают подъём глубинных вод и реки.

Азот принимает множество форм в океане, включая многочисленные органические и неорганические виды, которые могут быть как растворёнными, так и твёрдыми. Ранней весной растворённый нитрат является основной формой азота на поверхности Арктики (но фитопланктон быстро потребляет его), а затем переходит к переработанному аммонию в качестве своего основного источника позже в течение сезона. Большая часть твёрдого органического азота, произведённого как побочный продукт роста фитопланктона, тонет и откладывается либо в отложениях, либо в глубокой воде вблизи морского дна. Этот органический азот может потребляться бактериями и трансформироваться в формы, которые могут возвращаться выше в толщу воды или обратно в атмосферу, чтобы продолжить цикл.

Авторы предполагают, что изменение климата будет всё больше влиять на азотный цикл Северного Ледовитого океана. Более частые арктические лесные пожары будут означать большие выбросы углерода и азота. Повышение уровня CO₂ в океане способствует закислению океана, что, вероятно, повлияет на нитрификацию (превращение аммония в нитрит и нитрат), хотя неясно, как именно. Таяние морского льда, вероятно, также будет иметь сложные эффекты: больше пресной воды, поступающей в океан, может привести к увеличению стратификации океана, но это также оставит большую часть океана открытой для ветра, что может увеличить перемешивание океана и уменьшить стратификацию. (Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, https://doi.org/10.1029/2024JG008088, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/the-many-adventures-of-nitrogen-in-the-arctic-ocean

Исследования в климатических камерах показывают, что влажность увеличивает опасность, но анализ показателей смертности среди населения говорит об обратном.

Прошлым летом, когда Северное полушарие переживало рекордную жару, статья в журнале Environmental Health Perspectives вызвала переполох среди учёных, изучающих риски жары для здоровья. В статье указывалось на поразительное несоответствие между двумя лагерями исследователей по вопросу о том, делает ли влажность более смертоносной жаркую погоду.

Физиологи нашли убедительные доказательства того, что влажность имеет значение: при заданной температуре большая влажность затрудняет поддержание организмом безопасной внутренней температуры и предотвращение теплового удара. Эпидемиологи, напротив, пришли к выводу, что температура сама по себе точно предсказывает показатели смертности, связанные с жарой; добавление влажности мало что делает для улучшения их прогнозов.

До упомянутой выше статьи «никто прямо не говорил: «Смотрите, эти две области развиваются параллельно с совершенно разными выводами»», — говорит её первый автор, климатолог Джейн Болдуин (Jane Baldwin) из Калифорнийского университета в Ирвайне, которая подчеркнула эту загадку на семинаре Колумбийского университета по экстремальной жаре в прошлом месяце. «И если так будет продолжаться, это может стать реальной проблемой для прогнозирования последствий изменения климата».

«Дебаты о влажности — это очень живые дебаты», — добавляет Крис Каллахан (Chris Callahan), учёный по системам Земли в Стэнфордском университете. «Мы на самом деле не знаем, какова роль влажности в формировании смертности».

Ставки в выяснении этого вопроса высоки. Повышение глобальной температуры подвергает всё больше людей риску смерти, связанной с жарой, и многие из самых жарких частей мира — например, Южная и Юго-Восточная Азия и Персидский залив — также испытывают удушающую влажность. В результате выводы учёных о роли влажности могут повлиять на всё: от пороговых значений для правительственных рекомендаций по жаре до рекомендуемых методов охлаждения.

Влажное тепло ощущается более угнетающим, чем сухое, и вполне логично, что оно будет более смертоносным: как только температура воздуха превышает примерно 35˚C, единственный способ, которым тело может эффективно охладиться, — это испарение пота. Чем больше воды содержится в воздухе, тем меньше пота может испаряться, что снижает его эффективность как механизма охлаждения.

Тем не менее, исследование 2019 года, в котором был проанализирован огромный набор данных о погоде и показателях смертности из 445 городов в 24 странах, многие из которых собирались десятилетиями, не обнаружило практически никакой связи между влажностью и смертностью после поправки на температуру. «Мы должны провести больше исследований, чтобы выяснить, почему», — говорит первый автор Бен Армстронг (Ben Armstrong), эпидемиолог-статистик Лондонской школы гигиены и тропической медицины.

Второе крупное исследование, опубликованное в 2023 году, пришло к аналогичному выводу: показатели теплового стресса, включающие влажность, не лучше, чем одна только температура, при оценке смертности в тёплый сезон в 604 местах в 39 странах. Исходя из данных, использованных в исследовании, исключение влажности «не даст вам предвзятого результата [смертности]», — говорит ведущий автор исследования, эпидемиолог-эколог Ана Виседо-Кабрера (Ana Vicedo-Cabrera) из Бернского университета.

Тем не менее, другие исследования утверждают, что влажность усугубляет эффект жары, и что у людей есть физиологический предел, выше которого они не могут переносить сочетание этих двух факторов. В основополагающей статье 2010 года были использованы принципы биофизики для теоретического обоснования того, что предел выживаемости человека, выше которого внутренняя температура начинает неконтролируемо расти, фактически поджаривая внутренние органы, наступает при температуре влажного термометра 35°C (температура влажного термометра включает в себя как тепло, так и влажность и измеряется с помощью термометра, шарик которого обёрнут мокрой тканью. Чем выше влажность, тем меньше охлаждается шарик за счёт испарения всей воды из ткани).

В 2022 году биометеоролог Дэн Вечеллио (Dan Vecellio), который сейчас работает в Университете Небраски в Омахе, и его коллеги из Университета штата Пенсильвания проверили предложенный порог эмпирически, изучая молодых здоровых людей в климатической камере. Наблюдая за добровольцами, постепенно повышая либо температуру, либо влажность в камере, исследователи подтолкнули их к точке перегиба, в которой их внутренняя температура начала расти до того, что в конечном итоге стало бы смертельной вершиной, если бы эксперименты не были остановлены. Команда пришла к выводу, что для молодых здоровых людей, имеющих лёгкую физическую активность, порог выживания в жаркой влажной среде был ниже, чем предполагалось ранее: 31° температуры влажного термометра, что может ощущаться как 40-50°C в зависимости от уровня влажности.

В последующем анализе Вечеллио и его коллеги использовали климатические модели для прогнозирования степени потепления, при которой глобальные «горячие точки» могут стать непригодными для жизни в условиях жаркой и влажной погоды: от потепления на 1,5°C в некоторых частях долины реки Инд и на Ближнем Востоке до потепления на 3°C на Среднем Западе США.

Одна из возможных причин, по которой эпидемиологи не увидели влияния влажности, заключается в том, что их наборы данных сильно смещены в сторону более прохладного и сухого Глобального Севера. Это может затруднить выявление смертельного воздействия влажности в странах Глобального Юга, где сложнее получить точные данные о смертности. (например, набор данных, использованный в анализах 2019 и 2023 годов, включает только одну африканскую страну и не включает Индию, Пакистан и Бангладеш, среди других густонаселенных и влажных азиатских стран). Некоторые исследователи также предполагают, что малоподвижный образ жизни на Глобальном Севере может означать, что для того, чтобы влажность проявила её опасности, необходимы чрезвычайно высокие температуры и уровни влажности.

Другая проблема заключается в том, что данные о температуре и влажности метеостанций, которые обычно используются эпидемиологами, не отражают условия, которым подвергаются люди, если они остаются в своих домах, говорит Олли Джей (Ollie Jay), физиолог из Сиднейского университета, соавтор недавней статьи Environmental Health Perspectives. «Это может быть одной из причин того, что мы на самом деле не видим особенно сильной связи [смертности] с влажностью».

Демографические данные тех, кто умирает в периоды сильной жары, также могут маскировать вредное воздействие влажности. Пожилые люди, на которых сегодня приходится большинство смертей, связанных с жарой в развитых странах, имеют пониженное потоотделение, что означает, что влажность может не так сильно влиять на их способность к охлаждению, как на молодых, здоровых людей с полным потоотделением.

Учитывая ограниченность данных, «отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия», когда речь идёт об увеличении рисков из-за влажности, признаёт Виседо-Кабрера. В настоящее время она начинает исследование в Республике Гамбия, в ходе которого будет тщательно отслеживаться жизнь 60 человек, чтобы выяснить, изменяются ли физиологические признаки теплового стресса в зависимости от уровня влажности и как именно.

Какими бы ни были причины этого разрыва, выводы как из физиологии, так и из эпидемиологии всё равно могут помочь усилиям общественного здравоохранения, говорит Амрута Нори-Сарма (Amruta Nori-Sarma), учёный по охране окружающей среды в Школе общественного здравоохранения Бостонского университета, которая изучала влияние волн тепла на смертность на северо-западе Индии. «Индивидуальная точка зрения», представленная в выводах физиологов, например, утверждает, что следует подчёркивать необходимость дополнительного потребления воды для восполнения жидкости, потерянной при потоотделении. С другой стороны, «эпидемиологический анализ может потенциально способствовать более масштабным вмешательствам», говорит она, например, открытию охлаждающих центров с кондиционированием воздуха в зависимости от температуры для предотвращения всплесков смертности, которые хорошо документированы в эпидемиологических исследованиях.

Вечеллио говорит, что учёные и правительства не должны ждать, пока головоломка будет решена, чтобы действовать. «Люди уже умирают от жары», — говорит он. «Нам нужно найти способы защитить людей во время экстремальных тепловых явлений уже сейчас».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/does-humidity-make-heat-more-deadly-scientists-are-divided