Температура воздуха (Ta), высота снежного покрова (Sd) и температура почвы (Tg) являются важнейшими переменными для изучения надземных и подземных термических условий, особенно в высоких широтах. Однако наблюдения in-situ часто бывают скудными и непоследовательными в различных наборах данных со значительным объёмом недостающих данных. В этом исследовании собран обширный набор данных натурных наблюдений Ta, Sd и Tg для северного полушария (выше 30° северной широты) за 1960–2021 гг. Этот набор данных включает метаданные и временные ряды ежедневных данных с 27 768, 32 417 и 659 датчиков для Ta, Sd и Tg соответственно. Используя продукт реанализа ERA5-Land, авторы применили методологию глубокого обучения для восстановления недостающих данных, которые составляют 54,5%, 59,3% и 74,3% ежедневных временных рядов Ta, Sd и Tg соответственно. Полученный набор данных с высоким временным разрешением можно использовать для лучшего понимания физических явлений и соответствующих механизмов, таких как динамика обмена энергией между поверхностью земли и атмосферой, снежный покров и многолетняя мерзлота.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03483-x

Результаты двух больших ансамблевых моделирований используются для исследования относительного вклада внешнего воздействия и внутренней изменчивости в изменчивость площади арктического морского льда в различных временных масштабах с 1960 года путём коррекции ошибки реакции моделей на внешнее воздействие с использованием наборов данных наблюдений. Это исследование показывает, что предыдущие подходы могли переоценивать реальное влияние внутренней изменчивости на изменение площади морского льда в Арктике, особенно в долгосрочных масштабах. Полученные результаты свидетельствуют, что как в марте, так и в сентябре внутренняя изменчивость играет доминирующую роль во всех временных масштабах на протяжении ХХ века, в то время как антропогенный сигнал об изменении площади морского льда может быть устойчиво и последовательно обнаружен в масштабе времени более 20 лет после 2000-ых. Также обнаружено, что доминирующий режим внутренней изменчивости в марте демонстрирует постоянство в разных временных масштабах. Напротив, характер внутренней изменчивости в сентябре крайне неоднороден по всей Арктике и варьируется в разных временных масштабах, что указывает на то, что внутренняя изменчивость площади морского льда в сентябре в разных временных масштабах обусловлена ​​разными факторами.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/13/JCLI-D-23-0280.1.xml

Набор ежемесячных данных об осадках Глобальной исторической климатологической сети (GHCN) содержит исторические временные ряды для тысяч наземных станций по всему миру. Первоначально выпущенный в 1992 году и пересмотренный в 1998 году, набор данных за последние три десятилетия использовался в различных приложениях, включая оперативный мониторинг, прикладные исследования и международные оценки. В этой статье описываются данные и методы, использованные для составления последнего издания (версия 4), в которое внесены три основных улучшения. Первое улучшение касается сети станций, размер которой увеличился в пять раз за счёт включения десятков новых исходных наборов данных, в первую очередь GHCN Daily (GHCNd). Второе улучшение — применение алгоритма на основе правил для сравнения и объединения записей, представляющих одно и то же местоположение. Третье усовершенствование касается подхода к обеспечению качества, который теперь включает 18 новых проверок на основе GHCNd и других операционных систем. Обновляемый ежемесячно результирующий набор данных состоит из временных рядов месячных сумм осадков на более чем 120 000 станциях по всему миру, включая более 33 000 активных пунктов наблюдения.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03457-z

Новое исследование предполагает, что распространение тропосферного озона влияет на измерения восстановления стратосферного озона больше, чем предполагалось ранее. 

В последние десятилетия ХХ века истощение стратосферного озона – часто, не совсем точно, называемое озоновой дырой – было широко распространённой проблемой. Галогенуглероды, в том числе хлорфторуглероды, используемые в качестве охлаждающих агентов в холодильниках и аэрозольных баллончиках, начиная с середины 1970-х годов были причиной резкого истончения озонового слоя. Однако глобальные усилия по сокращению использования галогенуглеродов с тех пор привели к медленному, но устойчивому восстановлению стратосферного озонового слоя. 

Около 90% озона Земли находится в стратосфере, где он защищает людей, растения и животных от наиболее разрушительных ультрафиолетовых лучей Солнца. Однако озон также является высокореактивным газом, и 10% его содержания в тропосфере — атмосферном слое между поверхностью Земли и стратосферой — могут нанести вред здоровью человека и окружающей среде. Например, тропосферный озон является основным компонентом смога, и его концентрация росла во всём мире за последние сто лет. 

Молекулы озона образуются в нижних слоях атмосферы, когда загрязняющие вещества, такие как летучие органические соединения и оксиды азота, химически реагируют под воздействием солнечного света. Но, как пишет Пратер (Prather) в новой статье, «то, что происходит в тропосфере, не остаётся в тропосфере». Некоторые из этих молекул поднимаются в стратосферу, когда два слоя атмосферы обмениваются воздухом. Автор предполагает, что такая миграция озона вверх может затруднить точную оценку скорости восстановления истощённого стратосферного озонового слоя, а также может повлиять на то, как исследователи интерпретируют результаты глобального сокращения использования галогенуглеродов. 

Используя химическую модель переноса, он исследовал скорость распространения озона из тропосферы в стратосферу и обнаружил, что около 20% наблюдаемого восстановления стратосферного озона может быть связано с увеличением уровня тропосферного озона. 

Хотя этот перенос озона был учтён в предсказаниях моделей, описывающих всю атмосферу, о тенденциях озона, автор предполагает, что его роль больше, чем учёные учли в оценках восстановления стратосферного озона, и что будущие исследования разрушения озона должны быть скорректированы соответствующим образом. Глобальное сокращение загрязнения воздуха приведёт к снижению уровня тропосферного озона и улучшению качества воздуха, но также приведет к уменьшению содержания стратосферного озона. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001154, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/what-happens-in-the-troposphere-doesnt-stay-in-the-troposphere

Бимодальность в распределении частоты осадков часто проявляется в моделях атмосферы, но редко в наблюдениях. В этом исследовании i) предлагается метрика для объективной количественной оценки бимодальности в распределении осадков, ii) оцениваются модельные расчёты в рамках Проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP), фазы 5 (CMIP5) и 6 (CMIP6), и Проекта DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains (DYAMOND) путём сравнения их со спутниковыми данными и продуктами реанализа осадков и iii) исследуются возможные причины бимодального распределения осадков. Полученные результаты показывают, что около 83% (20 из 24) моделей CMIP5 и 70% (21 из 30) моделей CMIP6, использованных в этом исследовании, демонстрируют бимодальные распределения. Немногие модели DYAMOND, использующие глубокую конвективную параметризацию, также демонстрируют бимодальные распределения, в то время как большинство моделей DYAMOND этого не делают. Как и ожидалось, бимодальность возникает из-за разделения процесса выпадения осадков между разрешённым масштабом сетки и параметризованным масштабом подсетки. Однако в большем числе моделей бимодальность возникает только из-за параметризованных конвективных осадков в подсеточном масштабе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00685-3

Волны тепла являются одними из наиболее изученных атмосферных аномалий, но обычно изучаемые закономерности приземных температур дают лишь ограниченное представление об их сложной структуре. Авторы предлагают и оценивают новый подход к анализу волн тепла как трёхмерного явления, используя реанализ ERA5 в трёх европейских регионах в течение 1979–2022 гг. Введены четыре типа волн тепла в зависимости от их вертикальных сечений температурных аномалий: приземные, нижнетропосферные, верхнетропосферные и вездесущие. Отдельные типы волн тепла различаются по продолжительности, преимущественному проявлению в течение лета и предпосылке увлажнения почвы. В то время как приземные волны тепла могут сохраняться более двух недель, волны тепла, расположенные в основном в верхних слоях тропосферы, являются самыми короткими (максимум пять дней). Из этого следует, что для поддержания длительных волн тепла адвекция тепла должна сопровождаться распространением вниз положительных температурных аномалий за счёт оседания воздуха и диабатического нагрева. Также показано, что предварительное кондиционирование влаги в почве имеет решающее значение только для приповерхностных волн тепла, тем самым указывая на различные движущие механизмы для отдельных типов трёхмерных волн тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01497-2

Атмосферные реки, ответственные за экстремальные погодные условия, представляют собой структуры в средних широтах, способные нанести значительный ущерб прибрежным территориям. Хотя прогнозирование атмосферных рек на срок более двух недель остаётся сложной задачей, прошлые исследования показывают, что потенциальные выгоды могут быть получены при правильном учёте изменений температуры поверхности моря за счёт взаимодействия воздуха и воды. В этой статье авторы исследуют влияние атмосферных рек на температуру поверхности моря над северной частью Тихого океана, анализируя 25-летние данные реанализа океана с использованием уравнения бюджета температуры поверхности моря. Показано, что в области сильной модификации океана его динамика может компенсировать более 100% аномального потепления температуры поверхности моря, которое в противном случае возникло бы в результате атмосферного воздействия. Среди всех океанических процессов агеострофическая адвекция и вертикальное перемешивание (диффузия и унос) являются наиболее важными факторами изменения реакции тенденции температуры поверхности моря. Реакция тенденции температуры поверхности моря на атмосферные реки варьируется в пространстве. Например, в прибрежной Калифорнии движущей силой усиленного потепления температуры поверхности моря является уменьшение агеострофической адвекции из-за аномальных южных ветров. Более того, существует большой регион, где температура поверхности моря демонстрирует реакцию потепления на атмосферные реки, обусловленную общим сокращением количества облаков и последующим увеличением общего количества приходящей коротковолновой радиации.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48486-9

Недавние исследования показывают, что практически все модели глобального климата испытывали трудности с воспроизведением тенденций изменения температуры поверхности моря за последние четыре десятилетия. Модели демонстрируют усиление потепления в восточной части экваториальной части Тихого океана и потепление в Южном океане, в то время как наблюдения показывают усиление потепления в Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне и небольшое похолодание в восточной части экваториальной части Тихого океана и в Южном океане. Используя новейшую модель атмосферы с более высоким разрешением и связанную систему прогнозирования Лаборатории геофизической гидродинамики, авторы показывают, что погрешности модели в характере тренда температуры поверхности моря имеют глубокие последствия для краткосрочных прогнозов статистики сильных штормов, включая частоту появления атмосферных рек, тропических штормов и мезомасштабных конвекционных систем, а также гидрологической и климатической чувствительности. Если будущая картина потепления температуры поверхности моря продолжит напоминать наблюдаемую картину последних нескольких десятилетий, а не оценки, смоделированные/предсказанные моделями глобального климата, результаты авторов предполагают (1) совершенно иной будущий прогноз сильных штормов и связанных с ними изменений гидроклимата, особенно над Западным полушарием, (2) более сильную глобальную гидрологическую чувствительность и (3) существенно меньшее глобальное потепление из-за более сильной отрицательной обратной связи и более низкой чувствительности климата. Роль структур трендов температуры поверхности моря в восточной части экваториальной части Тихого океана, Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне, Южном океане и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике изолируется, оценивается количественно и используется для понимания смоделированных различий. В частности, структуры трендов температуры поверхности моря в восточной части экваториальной части Тихого океана и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике имеют решающее значение для моделируемых различий в частоте появления атмосферных рек и мезомасштабных конвекционных систем, тогда как структуры в Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике важны для различий в частоте тропических штормов над Северной Атлантикой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00681-7

Стратосферный озон является важной составляющей атмосферы. Значительные изменения его концентрации имеют большие последствия для окружающей среды в целом и для экосистем в частности. Авторы анализируют наземные, озонозондовые и спутниковые измерения содержания озона, чтобы изучить разрушение озона и его пространственно-временные тенденции в тропиках за последние десятилетия (1980–2020 гг.). Количество озона в столбе в тропиках относительно невелико (250–270 единиц Добсона, е.Д.) по сравнению с высокими и средними широтами (Северное полушарие: 275–425 е.Д.; Южное полушарие: 275–350 е.Д.). Кроме того, по оценкам на период 1998–2022 гг., тренд общего содержания озона в тропиках очень мал (±0–0,2  е.Д. год^–1). В отличие от недавних заявлений, не обнаружено никаких наблюдательных данных относительно признаков серьёзного истощения стратосферного озона в тропиках. Наконец, нынешнее понимание и данные наблюдений не подтверждают возможность возникновения озоновой дыры за пределами Антарктиды сегодня с учётом современных уровней галогенов в стратосфере.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/6743/2024/

Достижение климатических целей требует смягчения антропогенного изменения климата, а также понимания реакции углеродных систем суши и океана. В этом контексте ключевое значение имеют глобальные запасы углерода в почве и их реакция на изменения окружающей среды. В этой статье количественно оцениваются глобальные обратные связи углерода в почве, вызванные изменениями содержания CO₂ в атмосфере и связанными с ними изменениями климата, для моделей системы Земли в CMIP6. Стандартный подход используется для расчёта обратных связей углеродного цикла, определяемых здесь как параметры обратной связи «концентрация углерода в почве» (β_s) и «углерод-климат» (γs), которые также разбиваются на процессы, приводящие к изменению содержания углерода в почве. Показано, что чувствительность к CO₂ доминирует над изменениями содержания углерода в почве, по крайней мере, до удвоения содержания CO₂ в атмосфере. Однако обнаружено, что чувствительность почвенного углерода к изменению климата становится всё более важным источником неопределённости при более высоких концентрациях CO₂ в атмосфере.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/2759/2024/