Количество жидкой пресной воды (liquid freshwater content, LFWC) в Северном Ледовитом океане быстро накапливалось в течение недавнего исторического периода, поскольку несколько источников пресной воды усилились в условиях потепления полярного климата. Многие физические процессы, связанные с изменчивостью количества пресной воды, включая влияние антропогенного потепления, до сих пор не полностью изучены. Используя 22 реализации модели CMIP6 EC-Earth3 с идентичным радиационным воздействием, авторы применяют технику сопоставления пространственных моделей для разделения внутренних и вынужденных пространственно-временных структур в LFWC и реконструкции исторических тенденций. Обнаружено, что количественная оценка внутренней изменчивости и структур внешнего воздействия зависит от точного океанического реанализа для представления исторической тенденции. Полученная с помощью SODA3.3.2 внутренняя изменчивость, возникающая из пространственно-временных структур высоты морской поверхности, составляет 64,5% от общей исторической тенденции LFWC и реконструирует наблюдаемую тенденцию в +0,86 м за десятилетие. В ORAS5 внутренняя изменчивость составляет 94,3% пространственно-временной картины, но производит неконгруэнтную реконструкцию исторических тенденций LFWC. Таким образом, эти результаты подчёркивают необходимость большего количества наблюдений in situ для информирования в реанализах и усилиях по моделированию. В океанических реанализах авторы обнаружили, что внутренняя изменчивость, возникающая из-за Арктического колебания, может представлять собой нижнюю оценку влияния внутренней изменчивости на LFWC, тогда как высота поверхности моря более точно различает долгосрочные пространственно-временные тенденции.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03808-0

 

Авторы расширили недавно разработанную метрику, принимающую данные станций США — накопленный индекс суровости зимнего сезона — до глобального индикатора, основанного на температуре и снегопадах из результатов реанализа. Расширенный индекс анализируется для выявления взаимосвязей между температурами/давлением арктического воздуха и вероятностью суровой зимней погоды в средних широтах Северного полушария. Обнаружена прямая и квазилинейная связь между аномально высокими температурами/давлением Арктики и особо суровой зимней погодой, особенно в северо- восточных континентальных регионах вслед за максимальным региональным арктическим потеплением. Положительные температурные тренды в Арктике связаны с положительными трендами суровой зимней погоды на континентах в середине и конце зимы, совпадая с увеличением нарушений стратосферных полярных вихрей. В эпоху быстрого потепления Арктики изменчивость снизилась над Северным Ледовитым океаном и Европой, но увеличилась в Канаде, северной части США и северо-восточной Азии, что указывает на более выраженные изменения погодных условий.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01720-0

 

Чтобы избежать наихудших последствий изменения климата, Парижское соглашение обязывает страны прилагать усилия по ограничению глобального потепления до 1,5°C путём срочного сокращения выбросов парниковых газов. Однако для расчётов температур и остаточных углеродных бюджетов в основном используются модели, в которых отсутствует обратная связь между пожаром, растительностью и углеродом, что необходимо для понимания будущей устойчивости экосистем. Авторы используют сопряжённую модель пожара и растительности для изучения региональных последствий и обратных связей по уровням глобального потепления. Они рассматривают, соответствует ли цель 1,5°C предотвращению значительных изменений экосистем при учёте изменений в режимах пожаров. Обнаружено, что уровень глобального потепления, при котором пожар начал существенно влиять на глобальное хранение углерода, был на 1,07°C (0,8–1,34°C) выше доиндустриальных уровней, и сделан вывод, что пожар уже играет важную роль в снижении эффективности стока углерода на суше. По оценкам авторов, учёт пожара сокращает остаточный углеродный бюджет на 25 Гт CO₂ (~5%) для ограничения повышения температуры до 1,5°C и на 64 Гт CO₂ (~5%) для её роста на 2,0°C по сравнению с предыдущими оценками. В то время как ограничение потепления до 1,5°C по-прежнему необходимо для предотвращения наихудших последствий изменения климата, во многих случаях уже достигаются точки значительных изменений в экосистемах, богатых углеродом и биоразнообразием.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01554-7

 

Глобальные температуры были исключительно высокими в 2023/24 годах. В каждый месяц с июня 2023 года по июнь 2024 года устанавливался новый рекорд, а сентябрь побил предыдущий рекорд на 0,5°C. Среднегодовая температура 2023 года приблизилась к 1,5°C выше доиндустриального уровня. Это является результатом как долгосрочного потепления, так и внутренней изменчивости с возникновением Эль-Ниньо. Однако амплитуда аномалий 2023/24 годов была выдающейся и удивила научное сообщество. Авторы анализируют редкость глобальных температур 2023/24 годов с точки зрения климата. Показано, что «нормальный» 2023 год примерно соответствовал бы предыдущему годовому рекорду, и что самые экстремальные события 2023/24 годов входят в число самых экстремальных начиная с 1940 года. Анализ авторов показывает, что событие 2023/24 годов можно согласовать с долгосрочной тенденцией и интенсивным, но не невероятным, пиком внутренней изменчивости.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110531

 

В последнее время усовершенствованные модели машинного обучения достигли высокой точности прогнозирования погоды и климата. Однако этим сложным моделям часто не хватает внутренней прозрачности и интерпретируемости, они действуют как «чёрные ящики», которые препятствуют доверию пользователей и мешают дальнейшему совершенствованию моделей. Интерпретируемые методы машинного обучения стали решающими в повышении достоверности и полезности моделирования погоды и климата. В этой статье рассматриваются текущие подходы интерпретируемого машинного обучения, применяемые к метеорологическим прогнозам. Авторы разделяют методы на две основные парадигмы: (1) Методы постфактумной интерпретируемости, которые объясняют предварительно обученные модели, такие как методы атрибуции на основе возмущений, теории игр и градиентов. (2) Разработка изначально интерпретируемых моделей с нуля с использованием архитектур, таких как ансамбли деревьев и объяснимые нейронные сети. Авторы суммируют, как каждый метод обеспечивает понимание прогнозов, раскрывая новые метеорологические связи, зафиксированные машинным обучением. Также обсуждаются проблемы исследований и предлагаются будущие перспективы в области достижения более глубоких соответствующих физическим принципам механистических интерпретаций, разработки стандартизированных критериев оценки, интеграции интерпретируемости в итеративные рабочие процессы развития моделей и обеспечения объяснимости для крупных фундаментальных моделей.

 

Ссылка: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1352231024004722

 

Сообщалось о явном увеличении числа наблюдаемых экстремальных холодов за последние десятилетия в северных средних широтах, в отличие от сильного уменьшения, предсказанного климатическими моделями. Это несоответствие привело к предположениям, что модели не могут точно имитировать изменения погодных условий, вызванные потеплением в Арктике. Авторы показывают, что наблюдаемая частота и интенсивность экстремальных холодов в средних широтах сильно снизились с 1990 года и согласуются с моделируемыми тенденциями. Ранее сообщавшееся увеличение числа экстремальных холодов было переоценено из-за артефакта изменения покрытия данных. Также показано, что доля суши с наблюдаемым увеличением частоты экстремальных холодов за последние десятилетия согласуется с внутренней изменчивостью модели в дополнение к почти равномерному вынужденному сокращению экстремальных холодов в средних широтах. Эти результаты убедительно свидетельствуют об уменьшении экстремальных холодов в средних широтах за последние десятилетия и согласованности между моделями и наблюдениями.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp1346

 

В конечном итоге океан будет хранить большую часть CO₂, выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека. Несмотря на их важность, оценки тенденции в океанском стоке CO₂ в 2000–2022 гг. различаются в два раза между данными наблюдений и модельными оценками. Авторы рассматривают это несоответствие, используя гибридный подход, сохраняющий согласованность учитываемых процессов, но ограничивающий рамки оценок с помощью наблюдений. Показано, что гибридный подход воспроизводит стагнацию океанского стока CO₂ в 1990-х и его оживление в 2000-х годах на основе наблюдений, и соответствует их амплитуде. Это говорит о том, что основанные на процессах модели недооценивают амплитуду десятилетней изменчивости океанского стока CO₂, но основанные на наблюдениях продукты в среднем переоценивают десятилетнюю тенденцию в 2010-х годах. Гибридный подход ограничивает оценку тенденции поглощения CO₂ океаном в 2000– 2022 гг. значением 0,42 ± 0,06 Пг С в год за десятилетие и, как следствие, общее поглощение CO₂ на суше значением 0,28 ± 0,13 Пг С в год за десятилетие.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52641-7

 

Система выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ в атмосферу (GRA²PES) от NOAA и Национального института стандартов и технологий (NIST) объединяет информацию об источниках загрязнения парниковыми газами и качеством воздуха в единую национальную базу данных, предлагая инновационные интерактивные картографические отображения и новые преимущества для решений в области климата и общественного здравоохранения. 

Новая американская система для объединения источников загрязнения качеством воздуха и парниковыми газами в единую национальную исследовательскую базу данных теперь доступна на портале Центра по парниковым газам США. Эти геопространственные данные позволяют руководителям на уровне города, штата и региона легче выявлять и принимать меры для решения проблем качества воздуха, одновременно снижая опасности для населения, связанные с климатом.  

Набор данных — это Система выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ в атмосферу (GRA²PES). Разработанный NOAA и NIST исследовательский проект GRA²PES фиксирует ежемесячную активность выбросов парниковых газов для нескольких секторов экономики, чтобы улучшить измерение и моделирование как содержания парниковых газов, так и загрязняющих веществ в воздухе на всей территории США. 

Наличие компонентов парниковых газов и качества воздуха в одном наборе данных будет чрезвычайно полезным, сказала Ройзин Коммейн (Roisin Commane), специалист по атмосфере из Колумбийского университета, руководитель проекта в Нью-Йорке по улучшению оценок выбросов. 

«Моя работа сосредоточена на выбросах от сжигания ископаемого топлива, чтобы идентифицировать источники парниковых газов», — сказала Коммейн. «Но в данный момент нам приходится использовать мешанину наборов данных, и мы тратим слишком много времени, пытаясь выяснить их различные способы представления вещей». 

Функция городской панели мониторинга GRA²PES на веб-сайте Центра по парниковым газам США позволяет пользователям быстро находить информацию о ежемесячных выбросах парниковых газов и других загрязняющих веществ в основных городских агломерациях США. 

Более полная картина атмосферных условий 

С момента принятия Закона США о чистом воздухе в 1970 году менеджеры по охране окружающей среды добились больших успехов в устранении основных причин загрязнения воздуха, сосредоточившись на отдельных точечных источниках, таких как дымовые трубы, и более широких рассеянных источниках, известных как неточечные источники, таких как выбросы транспортного сектора. Затем, в начале XXI века, США начали устанавливать цели по сокращению выбросов парниковых газов для устранения первопричины изменения климата — снова с акцентом на загрязнение дымовыми трубами и выхлопными трубами. 

Однако атмосфера Земли не различает источники. Парниковые газы, такие как углекислый газ и метан, и загрязнители воздуха, такие как оксид углерода и диоксид азота, часто выбрасываются в результате одной и той же деятельности и свободно смешиваются в атмосфере. Другие менее ценные источники, такие как летучие химикаты, ароматные потребительские товары и даже природные источники, такие как деревья, также могут способствовать ухудшению качества воздуха. 

Планы по ограничению изменения климата путём сокращения выбросов парниковых газов обычно приводят к улучшению качества воздуха, но учёным необходимо детальное понимание точного состава загрязняющих веществ и их источников для разработки наиболее эффективных стратегий защиты чистого воздуха и, в свою очередь, общественного здоровья и благополучия. 

GRA²PES включает данные, собранные двумя путями. Наборы данных по парниковым газам обычно создаются путём оценки скорости выбросов от различных видов деятельности, таких как производство энергии, промышленность, транспорт, сельское хозяйство и землепользование, среди прочего, а затем масштабирования оценок общих уровней активности для данной области. 

Чтобы повысить точность методов «снизу вверх» и получить более точные оценки, новые и расширенные программы мониторинга парниковых газов работают над измерением критериальных загрязнителей воздуха непосредственно в атмосфере. Исследователи используют чувствительные приборы в сети стационарных и/или мобильных платформ на земле и в небе, как в случае с масштабной миссией по исследованию качества воздуха под руководством NOAA в 2023 году и партнёрством NOAA с United Airlines по установке приборов на авиалайнере. Затем данные загружаются в модели, позволяющие исследователям сделать вывод об источнике загрязняющих веществ, предоставляя более полную картину атмосферных условий. 

Удвоение выгоды от климатических решений 

Существуют потенциальные сопутствующие выгоды от сокращения выбросов парниковых газов, которые улучшают качество воздуха и одновременно смягчают воздействие на климат. Например, оксиды азота и углекислый газ являются важными показателями качества воздуха и выбросов парниковых газов. Оба являются побочными продуктами сжигания ископаемого топлива, производимого в основном транспортом и промышленными источниками. 

В исследовании 2024 года группа под руководством учёных NOAA пришла к выводу, что если бы снижение загрязнения аэрозолями и озоном, обусловленное сокращением выбросов, вызванным COVID, наблюдалось в 2020 и 2021 гг., это привело бы к снижению преждевременной смертности, связанной с загрязнением окружающего воздуха, на 4–5%, которая, по их оценкам, составила 200 000 в 2020 году при выбросах в обычном режиме. 

«Используя GRA²PES, мы видим, что с электрификацией транспорта в Нью-Йорке выбросы углекислого газа могут быть сокращены на 43%, а выбросы оксидов азота на 62%», — сказал Брайан Макдональд (Brian McDonald), учёный из Лаборатории химических наук NOAA, чьи исследования сосредоточены на моделировании состава атмосферы. 

Транспорт также является основным городским источником бензола, который был классифицирован EPA как известный канцерогенный воздушный токсин. GRA²PES показывает, что выбросы бензола также могут быть снижены на 60% за счёт электрификации транспортных средств. 

«С GRA²PES мы можем исследовать эту связь между качеством воздуха и выбросами парниковых газов более эффективно, чем в прошлом», — сказал Макдональд. 

Аналогичные изменения выбросов углекислого газа и качества воздуха ожидаются в других городах США, хотя их величина будет варьироваться в зависимости от сочетания местных источников, как учтено в GRA²PES. 

Поскольку климатические решения продолжают влиять на сочетание источников загрязнения воздуха и их концентрацию в атмосфере, GRA²PES поможет экологам выбрать наиболее эффективные меры по улучшению качества воздуха. 

«В будущем менеджеры по качеству воздуха также будут менеджерами по выбросам парниковых газов», — сказал Макдональд.

 

Ссылка: https://research.noaa.gov/2024/09/25/first-of-its-kind-dataset-connects-greenhouse-gases-and-air-quality/

 

Глобальное изменение климата приводит к увеличению сложных жарких-сухих событий, что существенно влияет на среду обитания человека. Анализ причин и последствий этих событий требует точных данных, однако большинство метеорологических данных фокусируются на переменных, а не на экстремальных значениях, что затрудняет соответствующие исследования. Для решения этой проблемы был разработан набор данных ежедневных сложных жарких-сухих событий за период с 1980 по 2100 гг. в рамках различных социально-экономических сценариев с использованием новейшего набора данных NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections (NEX-GDDP-CMIP6). Набор данных имеет пространственное разрешение 0,25 градуса (приблизительно 30 километров), включая три показателя, а именно D (годовая сумма жарких-сухих экстремальных дней), prI (интенсивность суточных осадков) и tasI (интенсивность суточной температуры). Для проверки точности набора данных авторы сравнили их с данными наблюдений из Китая (Национальный центр метеорологической информации, NMIC), Европы (ERA5) и Северной Америки (ERA5). Результаты показывают близкое соответствие с оценочными значениями из набора данных ежедневных наблюдений, как во времени, так и в пространстве. Процент прохождения предиктивного интервала (PI) для набора данных сложных жарких-сухих событий показывает высокие значения. Для 90% PI, D имеет процент прохождения, превышающий 85%, в то время как prI и tasI соответственно показывают процент прохождения выше 70% и 95%. Эти результаты подтверждают пригодность набора для проведения глобальных и региональных исследований сложных горячих-сухих событий.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03883-z

 

Морские волны тепла и общее тепловое воздействие, экстремумы температуры в Мировом океане, серьёзно угрожают морским экосистемам и прибрежным сообществам по мере потепления климата. Однако будущие изменения морских волн тепла и общего теплового воздействия в Северном Ледовитом океане, где присутствуют уникальные морские экосистемы, всё ещё неясны. Здесь, основываясь на последних климатических модельных оценках CMIP6, авторы обнаружили, что как морские волны тепла, так и общее тепловое воздействие в Северном Ледовитом океане, как ожидается, усилятся при потеплении климата, в основном из-за сокращения площади арктического морского льда и долгосрочной тенденции потепления соответственно. Особенно поразительным является прогнозируемый рост средней интенсивности морских волн тепла в течение XXI века в Северном Ледовитом океане, который превзойдёт средний мировой показатель более чем в семь раз по сценарию CMIP6 SSP585. Это явление, получившее название «арктическое усиление морских волн тепла», подчёркивает надвигающуюся и непропорционально возросшую угрозу для морской жизни Арктики, что требует целенаправленных природоохранных и адаптивных стратегий.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52760-1