В рамках проекта «CO₂ Human Emissions» были созданы реалистичные 9-километровые глобальные поля с высоким разрешением атмосферных трассеров углерода для содействия исследованиям углеродного цикла с текущими и планируемыми спутниковыми миссиями, а также с ростом данных наблюдений на местах (in situ). Реалистичные атмосферные поля CO₂, CH4 и CO могут служить ориентиром для оценки планируемых сетей новых спутниковых и локальных данных, а также для изучения атмосферной изменчивости трассеров, обусловленных погодой. Модельные результаты, охватывающие 2015 г., основаны на прогнозах службы мониторинга атмосферы Copernicus в Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды с улучшениями в различных компонентах модели и входных данных, таких как антропогенные выбросы, в рамках подготовки системы поддержки мониторинга и контроля CO₂. Относительный вклад различных выбросов и естественных потоков в наблюдаемую атмосферную изменчивость диагностируется при моделировании с помощью дополнительных помеченных трассеров. Оценка таких имитаций моделей с высоким разрешением может использоваться для выявления недостатков модели и её дальнейшего развития.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-022-01228-2

«Кривая» — это серия, рассказывающая о загадочном росте содержания метана в земной атмосфере и поиске его источника.

Как ни странно, основополагающий факт об изменении климата отсутствует в общественном сознании.

Одна из причин: в нём есть загадка, которую учёные ещё не разгадали.

Метан, мощный парниковый газ, проникает в атмосферу в ускоренном темпе с 2007 года. Но причина ускорения остается неизвестной.

Сегодня NOAA сообщила более отрезвляющие новости. Согласно предварительному анализу еженедельных измерений, проводимых в 40 точках по всему миру, в 2021 году уровень метана вырос больше, чем в любой другой год за всю историю наблюдений. Ранее 2020 год также побил рекорды.

Академические журналы пестрят теориями появления метана. Сессии конференций превращаются в мозговой штурм. Одна группа учёных пошла на экстраординарный шаг, разослав опросы, чтобы узнать мнение других исследователей по этому вопросу.

Редко когда кажется, что изменение климата — это загадка. Когда была сформирована Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), оспаривались даже основные факты: нагревается ли планета? повышается ли уровень моря?

Эти споры давно улеглись, а на их место встали политические заторы. Пока законодатели спорят, люди страдают и гибнут от жары и штормов, усугубленных изменением климата. Когда так много поставлено на карту, усиливается ощущение, что наукой всё доказано. Историк науки Наоми Орескес (Naomi Oreskes) призвала к прекращению дискуссий МГЭИК по физическим наукам об изменении климата, утверждая, что вместо этого все усилия должны быть направлены на поиск решений.

Но когда дело доходит до метана, научных доказательств нет. И это важно.

Метан является одним из самых мощных рычагов для быстрой остановки потепления. Согласно последнему докладу МГЭИК, достижение целей Парижского соглашения невозможно без сокращения выбросов метана на треть в этом десятилетии.

Хорошая новость заключается в том, что известно, с чего начать. По данным МГЭИК и других организаций, большая часть выбросов метана, обусловленных нефте- и газодобычей, может быть сокращена с помощью существующих недорогих технологий. Многие крупные игроки отрасли говорят, что они согласны с этим планом.

Но учёные опасаются, что даже если мы сократим выбросы от ископаемого топлива, содержание метана в атмосфере продолжит расти. Более высокие выбросы могут быть связаны с естественными трясинами и болотами, а также, вероятно, вырастут антропогенные выбросы, связанные с домашним скотом и свалками. Таяние многолетней мерзлоты на севере также имеет большое значение.

«Это очень страшная и серьёзная ситуация», — сказал Бен Поултер (Ben Poulter), климатолог из NASA, более десяти лет изучающий метан в атмосфере.

Кривая концентрации метана в атмосфере является источником бесконечного любопытства — и тревоги — для учёных.

Я пишу эту серию статей «Кривая» для того, чтобы отметить загадочный рост содержания метана в нашей атмосфере и задокументировать поиски его источника исследователями.

Впервые мне стало известно о загадке роста метана в прошлом году. С тех пор мне довелось путешествовать с учёными, которые ищут ответы от порога Арктики до тропических мангровых зарослей побережья Мексиканского залива. Попутно исследователь за исследователем описывали кривую метана — одна даже нарисовала её в воздухе пальцами, форму, которую она знает по памяти.

Теперь у нас есть ещё один пункт данных, чтобы добавить: метан вырос на 16,99 частей на миллиард в прошлом году. Годом ранее он увеличился на 15,27 частей на миллиард, что стало предыдущим рекордом с момента начала измерений в 1983 году. Значение на 2021 год всё ещё проверяется учёными и может немного снизиться, когда в конце этого года будут опубликованы официальные данные.

Но эта история больше, чем метан. Поскольку политики внедряют технологии сокращения выбросов углерода в невиданных ранее масштабах и темпах, я думаю, что мы можем извлечь урок из этой загадки: меры по борьбе с изменением климата могут включать в себя дополнительные исследования, дискуссии и право на ошибку.

Первая глава нашей климатической истории была проиллюстрирована драматическим восходящим потоком углекислого газа с течением времени. Кривая Килинга стала одной из самых известных (или печально известных) характеристик изменения климата на Земле.

В нашей следующей главе, я надеюсь, что метан и его кривая окажутся в центре внимания.

Ссылка: https://eos.org/articles/a-climate-mystery-warns-us-to-heed-the-unknown

Наземное испарение (E) является ключевой климатической переменной, контролируемой множеством факторов окружающей среды. Ограничения, которые регулируют испарение с листьев растений (или транспирацию, Et), особенно сложны, однако часто предполагается, что они взаимодействуют линейно в глобальных моделях из-за ограниченных знаний, основанных на местных исследованиях. Авторы посредством алгоритмов глубокого обучения, используя данные о вихревой ковариации и сокодвижении вместе со спутниковыми наблюдениями, моделируют транспирационный стресс (St), т. е. уменьшение Et от его теоретического максимума. Они встраивают новую формулировку St в модель, описывающую процессы наземного испарения, чтобы получить глобальную гибридную модель E. В этой гибридной модели формулировка St интерактивно связана с базовой моделью в суточных временных масштабах. Сравнения с данными на месте (in situ) и спутниковыми прокси-данными демонстрируют расширенные возможности оценки St и E в глобальном масштабе. Предлагаемая структура может быть расширена для улучшения оценки E в моделях системы Земли и улучшения понимания этой важной климатической переменной.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29543-7

Будущие изменения в сезонной эволюции Эль-Ниньо — Южного колебания (ЭНЮК) на этапах его возникновения и затухания привлекли мало внимания исследовательского сообщества. В этой работе исследуются предполагаемые изменения пространственно-временной эволюции явлений Эль-Ниньо в XXI веке с использованием мультимодельного ансамбля моделей общей циркуляции, учитывающих антропогенное воздействие. Показано, что Эль-Ниньо, по прогнозам, будет (1) расти более быстрыми темпами, (2) дольше сохраняться в восточной и дальневосточной частях Тихого океана и (3) иметь более сильные и отчётливые воздействия через отдалённые связи. Эти изменения связаны со значительными изменениями среднего состояния тропической части Тихого океана, доминирующими процессами обратных связей ЭНЮК и усилением стохастического воздействия порывов западного ветра в западной экваториальной части Тихого океана. Они могут привести к более значительным и устойчивым глобальным воздействиям Эль-Ниньо в будущем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29519-7

Прогнозы системы Земли, такие как прогнозы погоды и прогнозы климата, требуют использования моделей, основанных на наблюдениях на многих уровнях. Некоторые методы интеграции моделей и наблюдений очень систематичны и комплексны (например, усвоение данных), а некоторые предназначены для одной цели и адаптированы (например, для проверки качества модели). Авторы рассматривают современные методы и лучшие подходы для интеграции моделей и наблюдений. Они анализируют, как будущие разработки могут позволить передовым разнородным сетям наблюдений и моделям улучшить прогнозы системы Земли (включая атмосферу, поверхность Земли, океаны, криосферу и химический состав) в масштабах от погоды до климата. Поскольку сообщество стремится разработать следующее поколение моделей и систем данных, необходимо использовать более целостный, комплексный и скоординированный подход к моделям, наблюдениям и их неопределённостям, чтобы максимизировать пользу для прогнозирования системы Земли и воздействия на общество.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3488

Температура поверхности моря (ТПМ) быстро падает, когда тайфун проходит на западе северной части Тихого океана. В целом более интенсивные тайфуны в день прихода вызывают более сильное охлаждение ТПМ за счёт турбулентного вертикального перемешивания океана. Более того, после прохождения интенсивных тайфунов бывают случаи, когда ТПМ ещё больше снижается, а холод сохраняется примерно в течение двух недель. В этом исследовании предлагаются возможные механизмы, с помощью которых длительные холодные отклики ТПМ на воздействие тайфунов связаны с возникновением циркуляции океана, подобной холодному ядру. Атмосферная поверхностная циклоническая циркуляция вызывает расходящиеся против часовой стрелки верхние океанические течения за счет экмановского переноса, который, в свою очередь, создаёт дальнейший апвеллинг и усиливает холодную ТПМ. В реанализе океана ERA5 реакции океанских течений, подобные холодному ядру, были сильными в пяти из 12 интенсивных тайфунов, прошедших через 30° с.ш. на западе северной части Тихого океана с 2001 по 2019 гг. Благоприятными условиями для возникновения циркуляции холодного ядра можно считать медленную скорость миграции тайфунов с большой интенсивностью, хорошую стратификацию вертикальных слоёв океана и отсутствие крупномасштабных сильных фоновых течений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-022-09833-2

Интенсивное потепление в Арктике (арктическое усиление) в последние десятилетия было связано с несколькими факторами, включая состояние морского льда и Атлантическое мультидесятилетнее колебание. Однако остаётся неясным, как эти факторы повлияли на вариации арктического усиления в долгосрочной перспективе. Путём реконструкции миллениального индекса арктического усиления, сочетающего моделирование климата с недавних пор доступными прокси-данными, эта работа определяет важное влияние Атлантического мультидесятилетнего колебания и антропогенного воздействия парниковых газов на вариации арктического усиления в последнем тысячелетии, что приводит к выявлению значительной тенденции к снижению арктического усиления на пике устойчивой сильной модуляции Атлантического мультидесятилетнего колебания в мультидесятилетних масштабах. Уменьшение арктического усиления в индустриальную эпоху было тесно связано с антропогенным воздействием, что доказывает возрастающую роль воздействия в снижении интенсивности арктического усиления.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29523-x

Перед российской наукой тоже опустился «железный занавес» — прекратились совместные проекты, заморозились привычные связи. Крупнейшие мировые издатели научных журналов приостановили подписку на свои материалы для российских организаций. Таким образом, наши ученые могут потерять доступ более чем к 97% научной информации.

О том, удастся ли сейчас совершить технологический рывок, как это было во времена СССР, и как наука поможет государству в условиях мобилизационной экономики, с президентом РАН, академиком Александром Сергеевым, беседует «АиФ».

— Александр Михайлович, нашим ученым могут перекрыть доступ к мировой научной базе. Кроме того, что это информационная блокада, именно публикации в зарубежных научных журналах считаются критерием успешности в науке. Очевидно, что от этой системы придется уходить. Как?

— Эта система была закреплена на самом высоком государственном уровне. Достаточно сказать, что в национальном проекте «Наука и университеты» учитываются публикации ученых в Q1 и Q2 (наиболее авторитетные категории международных научных журналов. — Ред.) как один из основных показателей успеха. Фонды, выдающие гранты, тоже ориентируются на эти публикации. Но ведь этот критерий ничего не говорит о том, а какая польза стране от того, что я вошел в число, допустим, ста авторов, сделавших эту публикацию? А вошел я туда, например, потому, что был приглашен на месяц поработать в зарубежный институт, где было проведено исследование. И был там далеко не на первых ролях.

Саванны теплого климата отвечают примерно за 30% биопродуктивности земной суши, на них же приходится 70% площадей земных пожаров. Поэтому считалось, что борьба с пожарами там и зарастание деревьями саванной зоны должны связывать много углекислого газа, тормозя потепление. Новые данные показывают, что все заметно сложнее — и интереснее.

В отличие от большинства зон на планете, основная часть тропических саванн подвергается систематическим пожарам. Порядка 62% выбросов СО2 от пожаров в мире приходятся именно на саванну, жители которой устраивают палы в силу присущих им культурных традиций. Северные леса делают куда меньший вклад в эти выбросы. Базируясь на этом, ученые предлагали бороться с пожарами в таких регионах, а также высаживать там деревья. Считалось, что деревья способны на десятки лет связать углекислый газ в своих тканях, а при беспожарной среде связанный углерод может никогда не покинуть местных почв.

Сами по себе такие призывы ничего не давали. Но рост населения в тропических странах привел к распашке значительной части саванны, в результате чего местные жители стали выжигать ее реже (чаще всего выжигают саванные скотоводы). К тому же идущее на Земле глобальное озеленение резко увеличило количество деревьев в саваннах. Авторы новой работы — международная группа ученых, — опубликованной в Nature, попытались проверить, насколько такие процессы помогли связыванию углекислого газа в этом биоме. И, следовательно, насколько они борются с глобальным потеплением.

Оказалось, серьезное снижение частоты пожаров, наблюдаемое в саваннах в XXI веке, привело к росту надземной древесной биомассы в саваннах на 157%, или в 2,57 раза (за точку отсчета принимали саванны, которые выгорали в среднем раз в три года). Площадь, занятая кронами деревьев в саванне, выросла на 79%, а средняя высота деревьев — на 32%.

Однако общее количество углерода, запасаемого в почве, в саваннах с меньшим числом пожаров практически не изменилось. Как выяснилось, при горении углерод высвобождается в основном из верхних сантиметров почвы. А основная его часть находится на глубинах в десятки сантиметров, и пожары на нее никак не влияют.

Исследователи сравнили общее количество углерода, связанного растительностью в саванне, где 60 лет подавляли пожары, с участками, где пожары были раз в три года. Оказалось, в первой экосистеме общее количество связанного углерода за 60 лет только на 35,4% обогнало количество углерода, связанного в регулярно выжигаемой саванне.

Цифра в 35,4% выглядит внушительно, только если не учитывать, что в год она означает повышение связывания углерода примерно 0,6%. Кроме того, практически вся эта прибавка пришлась на надземную биомассу деревьев. Деревья в саванне живут десятки лет, и вскоре их мертвые стволы упадут на землю, где углерод из них неизбежно вернется в экосистему, сводя долгосрочный перевес в связывании углерода для невыжигаемых саванн примерно к нулю.

Одна из причин такого неожиданного результата, отмечают ученые, еще в том, что саванны, где часты пожары, сохраняют большую часть древесной биомассы в почве. Так происходит с деревьями, чтобы они пускали новые побеги после пожаров. Когда пожаров нет, деревья снижают подземную часть своей биомассы, тем самым замедляя связывание углекислого газа в почве.

Мировая карта саванн (многие районы спорны) / ©Wikimedia Commons

Итоговый вывод авторов нового исследования прост: возможности посадок деревьев в борьбе с глобальным потеплением преувеличены. Здесь стоит добавить еще один момент, который в работе не затронут. Отражающая способность типичной древесной растительности в норме несколько ниже, чем у травы. Поэтому рост числа деревьев в невыжигаемых саваннах означает увеличение теплового бюджета планеты за счет поглощения ею большего количества солнечного света.

Сами тропики от этого нагреваются слабо: дополнительная энергия усиливает конвективный подъем воздуха от поверхности вверх, а такой подъем — основной механизм образования осадков в этой зоне. Однако «подогрев» зарастающей деревьями саванны ведет к движению теплого воздуха к полюсам, поднимая температуру в умеренных и высоких широтах. Все это дополнительно ставит под вопрос идею о том, что зарастание планеты деревьями способно как-то затормозить глобальное потепление.

Ссылка: https://naked-science.ru/article/biology/savanna-co2

Согласно новому исследованию, более высокие температуры и высокий уровень азота в почве заставляют крупнейший наземный биом Земли продвигаться на север.  

Бореальные леса, вместе составляющие крупнейший наземный биом на Земле, занимают около 23% площади лесов нашей планеты и, как правило, испытывают меньшее давление со стороны деятельности человека, чем другие регионы. Однако недавний анализ спутниковых снимков показал, что антропогенное изменение климата достигло биома — и это сцена, достойная Толкина: весь бореальный лес находится в движении. 

Эколог глобальных изменений Логан Бернер (Logan Berner) и эксперт по дистанционному зондированию Скотт Гетц (Scott Goetz) из Университета Северной Аризоны использовали спутниковые снимки Landsat с 1985 по 2019 гг. для изучения изменений земного покрова. Вдоль южной окраины бореальных лесов они наблюдали усиление потемнения, что указывает на отмирание деревьев. С другой стороны, озеленение северной окраины на протяжении десятилетий ползло вверх. 

«Это ясно показывает, что один из крупнейших биомов в мире находится в процессе масштабного перехода», — сказал Терри Чапин (Terry Chapin), эколог из Университета Аляски в Фэрбенксе, не участвовавший в исследовании. «Это забивает ещё один гвоздь в гроб с точки зрения демонстрации того, что изменение климата делает с нашей планетой».

Что вызывает сдвиг? 

Биом бореальных лесов охватывает более 15 миллионов квадратных километров и состоит из лиственных и хвойных деревьев, которые могут выдерживать низкие температуры круглый год. До работы Бернера и Гетца предполагалось, что эти леса сместятся на север из-за изменения климата, но оставалось неясным, смещается ли уже биом. 

Предыдущие исследования изучали движение в локализованных областях с использованием спутниковых данных с грубым разрешением, но исследование Бернера и Гетца является первым, в котором была показана глобальная картина с использованием изображений высокого разрешения Landsat. Чтобы изолировать последствия изменения климата, исследователи исключили лесные массивы, которые зеленели, потому что они восстанавливались после таких нарушений, как лесные пожары и вырубка леса. По словам Чапина, по сравнению с предыдущей работой «это гораздо более чистое исследование, чтобы на его основе делать выводы о влиянии климата». 

Исследователи предположили, что сдвиг вызван прямыми и косвенными факторами. В северных широтах более высокие температуры приводят к увеличению вегетационного периода, что ускоряет развитие лесов. Тем временем температура на южной окраине становится слишком высокой, чтобы поддерживать рост леса, что приводит к потемнению.

Кроме того, сравнение показателей озеленения и потемнения с базой данных об уровне азота в почве выявило ранее упускаемый из виду косвенный эффект — районы, подвергающиеся озеленению, как правило, имели высокие уровни азота в почве. По словам Бернера, потепление в северных широтах, вероятно, стимулирует микробы расщеплять органические вещества и выделять азот, который затем способствует росту деревьев.

Далеко идущие эффекты 

Сравнение темпов озеленения за весь период исследования (1985–2019 гг.) с темпами озеленения за последние два десятилетия показало, что этот сдвиг замедляется — тенденция, по мнению Бернера, сохранится. «При продолжающемся изменении климата мы, вероятно, увидим сокращение бореальных лесов в целом, потому что скорость, с которой деревья умирают, намного выше, чем скорость, с которой они могут расширять свой ареал», — сказал он. По словам Гетца, включение данных о смене лесов в модели «станет нашим лучшим способом спрогнозировать, что может произойти в следующие два–три десятилетия». 

По мнению авторов, этот сдвиг будет иметь далеко идущие последствия, некоторые из которых могут ещё больше усугубить изменение климата. Отмирание деревьев вдоль южной границы будет способствовать увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, если леса не будут заменены растениями, которые столь же хорошо фиксируют углерод. Увеличение лесного покрова на севере приведёт к тому, что этот регион будет поглощать больше солнечного света, что ещё больше согреет регион. Растительность также улавливает снег, который изолирует многолетнюю мерзлоту, что может привести к её таянию и выделению из неё метана и углекислого газа. 

Последствия смещения лесов также коснутся популяций диких животных. Например, усиление озеленения в северных широтах может привести к тому, что кустарники вытеснят лишайники, от которых карибу зависят зимой. Лишайники являются источником пищи, которому уже угрожают лесные пожары. Известно, что карибу формируют леса, вытаптывая растительность и перераспределяя питательные вещества во время миграции. По мере сокращения численности карибу снижается и их способность формировать леса. С другой стороны, популяция бобров в последние годы увеличилась. Увеличение количества древесных растений вдоль северной окраины бореального леса побудит бобров двигаться на север, перекрывая и реконструируя реки по их течению. 

Однако Бернер и Гетц предупредили, что данные дистанционного зондирования не дают полной картины всех изменений экосистемы. Для более глубокого понимания потребуется наземный мониторинг, усовершенствованные модели и расширение дистанционного зондирования. По словам авторов, экологический мониторинг будет особенно важен, поскольку прогнозы показывают, что экстремальные явления, включая периоды сильной жары, засухи и лесные пожары, вероятно, участятся. Эти разрушительные события могут оказать огромное влияние на биом бореальных лесов в ближайшие несколько десятилетий.

Ссылка: https://eos.org/articles/satellites-reveal-slow-shift-of-the-entire-boreal-biome