В текущих реестрах сжигания биомассы сохраняются большие неопределённости, и выбор этих реестров может существенно повлиять на модельные результаты при оценке влияния аэрозолей сжигания биомассы на погоду и климат. Авторы оценили расхождения между кадастрами выбросов сжигания биомассы, сравнив выбросы угарного газа CO и органического углерода из семи основных регионов сжигания биомассы по всему миру в период с 2013 по 2016 гг. Основные инвентаризации при подходе «снизу вверх», включая Inventory Fire INventory из NCAR 1.5 (FINN1.5) и Global Fire Emissions Database version 4s (GFED4s), а также реестры при подходе «сверху вниз» Quick Fire Emissions Dataset 2.5 (QFED2.5) и инвентарь пожарных выбросов версии 0 на основе радиометра видимой инфракрасной визуализации (VIIRS-) (VFEI0) были выбраны для представленного анализа.

Глобальные выбросы CO колеблются от 252 до 336 Тг, при этом региональные различия достигают шестикратной разницы. Сухое вещество вносит основной вклад в региональные различия в выбросах CO (50%–80%), а на выбросы приходятся оставшиеся 20%–50%. Неопределённости в отношении сухого вещества часто возникают из-за ошибок в расчёте расхода донного топлива и площади выгорания, вызванных методами классификации растительности и продуктами обнаружения пожара. В тропиках торфяники являются источником большей топливной нагрузки и более высоких коэффициентов выбросов, чем луга. В высоких широтах увеличение доли облаков усиливает расхождение в расчётной площади пожара (или мощности излучения огня) на 20%. Глобальные выбросы органического углерода колеблются от 14,9 до 42,9 Тг, демонстрируя более высокую изменчивость, чем выбросы CO, из-за скорректированных коэффициентов выбросов в QFED2.5, при этом региональные различия достигают коэффициента 8,7. 

Кроме того, авторы применили эти кадастры выбросов сжигания биомассы к модели атмосферы сообщества версии 6 (CAM6) и оценили эффективность модели на основе наблюдений. Полученные результаты показывают, что моделирование, основанное на GFED4, лучше всего согласуется с измерениями загрязнения СО в тропосфере (MOPITT). При сравнении результатов моделирования с данными спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS) и аэрозольной роботизированной сетью (AERONET) для оптической толщины аэрозоля, обнаружено, что не существует глобального оптимального выбора для запасов сжигания биомассы. В высоких широтах северного полушария использование GFED4 и QFED2.5 позволяет лучше фиксировать величину оптической толщины аэрозоля и суточные вариации. В экваториальной Азии GFED4 превосходит другие кадастры в представлении ежедневных изменений, особенно во время интенсивных горений. В Юго-Восточной Азии авторы рекомендуют использовать величину выбросов органического углерода из FINN1.5 в сочетании с суточной изменчивостью из QFED2.5. В Южном полушарии последний VFEI0 показал себя относительно хорошо. Это исследование имеет значение для уменьшения неопределённостей в выбросах и улучшения кадастров выбросов сжигания биомассы в дальнейших исследованиях.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/6787/2024/

Предыдущие исследования предположили возможную связь между уменьшением площади арктического морского льда и длительными (>5 дней) холодными погодными явлениями в Евразии и Северной Америке. Авторы документируют возникновение погодных режимов зимой по их продолжительности на основе анализа эмпирических ортогональных функций ежедневных полей геопотенциальных высот на высоте 500 гПа (z500) за период с ноября по март 1979–2019 гг. Значительные изменения в частоте возникновения и устойчивости Уральского гребня и слабого стратосферного полярного вихря были обнаружены между зимами после высокого и низкого осеннего ледяного покрова в Баренцевом и Карском морях. Показано, что усиление Уральского гребня сопровождается ослаблением полярного вихря, которое благоприятствует Гренландскому гребню. Похолодания в Восточной Азии сохраняются ещё пять дней после длительного Уральского гребня. Похолодания от Канады до США происходят через 2–5 дней после длительного Уральского прогиба и связаны с диполем аномалии z500 с центром над Аляской (+) и Гудзоновом заливом (–). Похолодания на востоке США происходят через 1–4 дня после длительного Уральского гребня из-за циркуляции, напоминающей структуру Тихоокеанского региона и Северной Америки. Увеличение случаев Уральского гребня зимой связано с уменьшением распространения синоптических волн на восток из Северной Атлантики в Японию и северную часть Тихого океана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD039868

При антропогенном изменении климата глобальный гидрологический цикл усиливается со скоростью, известной как гидрологическая чувствительность. Глобальные климатические модели демонстрируют значительную неопределённость в гидрологической чувствительности. Прошлые работы показывают, что другая форма гидрологической чувствительности, полученная на основе внутренней изменчивости климата, полезна для сокращения этой неопределённости. Однако эти две формы гидрологической чувствительности слабо связаны. Авторы показывают, что разложение гидрологической чувствительности как по изменению климата, так и по внутренней изменчивости климата, на основе глобального энергетического бюджета, даёт представление о вероятном диапазоне будущих значений гидрологической чувствительности. Обнаружено, что явный теплообмен между атмосферой и океаном не учитывается в балансе энергии атмосферы при внутренней изменчивости климата, маскируя связь между гидрологической чувствительностью при внутренней изменчивости климата и при изменении климата. Если убрать эту зависимость, возникает более тесная связь. Авторы использовали наблюдения в сочетании с этой зависимостью, чтобы предположить сдвиг вверх в вероятном диапазоне будущей гидрологической чувствительности (66%, доверительный интервал: 2,00–2,36 Вт м^-2 K^-1).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00676-4

Усиленное потепление в Арктике вызывает серьёзную обеспокоенность. В частности, это связано с деградацией многолетней мерзлоты, которая, как ожидается, ускорит микробное расщепление органического углерода почвы с его дальнейшим выбросом в атмосферу в виде углекислого газа (CO₂). Мелкомасштабная изменчивость потоков CO₂ в очень мозаичных ландшафтах арктической тундры может дать представление о разнообразных реакциях отдельных растительных сообществ на изменения окружающей среды. В статье авторы вносят свой вклад в восполнение существующих пробелов, исследуя изменчивость скорости потока CO₂ в различных ландшафтных единицах для доминирующих растительных сообществ и видов растений в типичной тундре южной части полуострова Таймыр в Сибири. В целом изменчивость потока CO₂ в почве иллюстрирует четырёхкратное увеличение от несосудистой растительности, главным образом лишайников и мхов (1,05 ± 0,36 мкмоль м^-2 с^-1), по отношению к сосудистым растениям (3,59 ± 0,51 мкмоль м^-2 с^-1). Бесплодная почва («морозное бурление») имеет наименьшее значение — 0,79 ± 0,21 мкмоль м^-2 с^-1, а с учётом феномена арктического «побурения» можно ожидать дальнейшего существенного увеличения потока СО₂ по мере разрастания кустарников. Принимая во внимание высокую корреляцию с температурой верхнего слоя почвы, можно ожидать, что хорошо дренированные и относительно сухие места обитания, такие как бесплодная почва и бессосудистая растительность, будут наиболее чувствительны к наблюдаемому и прогнозируемому росту температуры в Арктике. Для смешанной растительности и сосудистых видов, предпочитающих более влажные условия, влажность почвы, по-видимому, играет большую роль. Основываясь на смоделированной сезонной структуре потока CO₂ в почве и данных об осадках, а также применив моделирование осадков in situ, авторы обрисовали роль осадков в повышении выбросов CO₂ (т.е. эффект «берёзы»). Установлено, что импульсный рост потоков СО2 в почве, наблюдаемый в первые минуты после выпадения осадков на участках с растительностью, достигает 0,99 ± 0,48 мкмоль м^-2 с^-1 на каждый один мм осадков, а на бесплодных почвах - 55-70% сдерживания выбросов CO₂ в течение первых нескольких часов. Среднее аддитивное влияние осадков на поток СО₂ в почве может достигать 7–12% за весь вегетационный период, а прогнозируемый повышенный режим осадков в Арктике может усилить общий выброс СО2 с поверхности почвы в атмосферу в течение вегетационного периода.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/6/698

По прогнозам, из-за продолжающегося изменения климата выбросы метана (CH₄) из водно-болотных угодий с растительностью в XXI веке увеличатся, что поставит под угрозу усилия по смягчению антропогенного изменения климата, направленные на ограничение глобального потепления. Однако, несмотря на сообщения о тенденциях роста выбросов, всесторонняя оценка и объяснение недавних изменений всё ещё отсутствуют. Авторы оценили глобальные выбросы CH₄ на водно-болотных угодьях с 2000 по 2020 гг. на основе совокупности шестнадцати моделей водно-болотных угодий, основанных на технологических процессах. Эти оценки средних глобальных выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях оказались на уровне 158±24 (среднее ± 1σ) Тг CH₄/год за период 2010–2020 гг., со средним десятилетним увеличением на 6–7 Тг CH₄/год по сравнению с десятилетием 2000–2009 гг. Приросты в четырёх широтных полосах 90°ю.ш.–30°ю.ш., 30°ю.ш.–30°с.ш., 30°с.ш.–60°с.ш. и 60°с.ш.–90°с.ш. составили 0,1–0,2 Тг CH₄/год, 3,6–3,7 Тг CH₄/год, 1,8–2,4 Тг CH₄/год и 0,6–0,8 Тг CH₄/год соответственно за два десятилетия. Смоделированные чувствительности CH₄ к температуре демонстрируют разумное соответствие основанным на вихревой ковариации измерениям в 34 местах. Повышение температуры было основным фактором роста, в то время как осадки и повышение концентрации CO₂ в атмосфере играли второстепенную роль с высоким уровнем неопределённости. Эти смоделированные результаты показывают, что изменение климата приводит к увеличению выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях и что для мониторинга развития необходимы прямые и постоянные измерения.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1584/

Переносимая по воздуху минеральная пыль существенно влияет на качество воздуха, здоровье человека и глобальный климат. Из-за немногочисленности наземных датчиков, особенно в регионах-источниках, мониторинг пыли опирается в основном на дистанционное зондирование посредством определения оптической толщины аэрозоля с помощью оптических приборов спутников на полярной орбите. Они ценны, но им не хватает временного разрешения для точного отслеживания шлейфа и определения характеристик источника. Авторы представляют DustSCAN, пятилетний почасовой набор данных о шлейфах пыли, полученный на основе изображений Spinning Enhanced Visible и InfraRed Imager (SEVIRI) со спутников Meteosat на геостационарной орбите. Используя многоканальные инфракрасные изображения, они обнаруживают атмосферную пыль и ежечасно отслеживают запылённые пиксели, которые группируются в дискретные шлейфы с использованием алгоритма пространственной кластеризации приложений с шумом на основе плотности (DBSCAN). DustSCAN включает 9950 отдельных шлейфов за 2018-2022 гг. в Сахаре, Аравийской пустыне, Западной и Центральной Азии. Он дополняет существующие ресурсы и обеспечивает основу для детального анализа источников, траекторий и воздействий пыли. Его отличительная событийная и пространственно-временная детализация позволяет продвинуться в разгадке сложной динамики пыльных бурь.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03452-4

Важность мезомасштабных конвективных систем (МКС) и их осадков хорошо известна, и любые будущие пространственно-временные сдвиги в их частоте или интенсивности могут иметь далеко идущие социальные последствия. В этой работе описывается, как деятельность МКС на территории Соединённых Штатов к востоку от континентального водораздела изменяется в результате двух сценариев будущего изменения климата. В рамках данного исследования МКС идентифицируются на основе результатов региональной климатической модели, допускающей конвекцию (CP-RCM), для трёх 15-летних периодов, а именно: ретроспективного базового уровня (1990–2005 гг.) и двух показателей конца века (2085–2100 гг.) по сценариям изменения климата на основе RCP 4.5 (EoC 4.5) и RCP 8.5 (EoC 8.5). Данные показывают сдвиг активности региональной МКС на восток. Ежегодно число дней с МКС в основном остаётся прежним или уменьшается к западу от реки Миссисипи, тогда как в районах к востоку от неё наблюдается больше дней МКС и осадков. Наибольшее сезонное увеличение числа дней МКС и количества осадков происходит весной в некоторых частях Среднего Запада и Северо-Востока, тогда как наибольшее уменьшение происходит в некоторых частях Южных равнин летом. В целом, EoC 8.5 привёл к более значительным региональным изменениям по сравнению с EoC 4.5, что позволяет предположить, что будущие эксперименты CP-RCM могут выиграть от рассмотрения нескольких сценариев изменения климата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03752-z

Почвы содержат огромное количество углерода, который уязвим к климатическим и антропогенным факторам глобального изменения (например, к засухе и антропогенным отложениям азота). Однако одновременное воздействие растущего числа стрессоров глобальных изменений на хранение и устойчивость почвенного углерода в экосистемах практически неизвестно. Здесь, используя 1880 образцов поверхностной почвы из 68 стран на всех континентах, авторы показывают, что увеличение числа стрессоров глобальных изменений, одновременно превышающих средние и высокие уровни стресса (то есть по отношению к их максимальным уровням, наблюдаемым в природе), имеет отрицательную и значительную корреляцию с запасами углерода в почве и ассоциацией минералов в глобальных биомах. Почвенный углерод особенно уязвим в экосистемах с низкой продуктивностью (например, в пустынях), которые подвергаются большему числу стрессоров глобальных изменений, одновременно превышающих средние и высокие уровни стресса. В совокупности представленная работа показывает, что число стрессоров глобальных изменений является решающим фактором для хранения и устойчивости почвенного углерода во всём мире.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02019-w

Леса являются основным поглотителем углерода на суше, но растущая частота и интенсивность климатических нарушений, таких как засухи, пожары и вспышки биотических агентов, угрожает поглощению и секвестрации углерода. Крайне важно определить, как возмущения, вызванные климатом, могут изменить способность лесного стока углерода в условиях меняющегося климата. Авторы показывают, что чувствительность валовой первичной продуктивности к последующему водному дефициту значительно возросла после первоначальной засухи и пожаров в соседних штатах США. Однако вспышки нашествия насекомых не оказали существенного воздействия. Жаркая и сухая среда обычно проявляла повышенную чувствительность. Оценочная продуктивность экосистем и поглощение углерода наземными организмами заметно снизились в соответствии со сценариями будущего потепления из-за повышенной чувствительности к водному стрессу. Эти результаты показывают, что усиление режимов нарушений, вероятно, ещё больше повлияет на устойчивость лесов и секвестрацию углерода, увеличивая потенциальные риски для будущих наземных поглотителей углерода и смягчения последствий изменения климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02022-1

Чтобы улучшить прогностические возможности биогеохимических моделей экосистем, авторы обсуждают возможность формулирования биогеохимических процессов с использованием физических правил, которые легли в основу многих успехов в вычислительной физике и химии. Они утверждают, что популярные в настоящее время эмпирически обоснованные подходы, такие как мультипликативные эмпирические функции отклика и закон минимума, не приведут к формулировкам биогеохимических моделей экосистем, которые можно будет постоянно совершенствовать для включения улучшенного механистического понимания и эмпирических наблюдений за биогеохимическими процессами. Вместо этого авторы предполагают, что параметризация биогеохимических моделей экосистем, как проблема сжатия данных с потерями, может быть лучше сформулирована с использованием установленных физических правил, широко используемых в вычислительной физике и химии, а различные биогеохимические процессы могут быть более надёжно интегрированы в структуру реактивного транспорта. На нескольких примерах авторы демонстрируют, как математические представления, полученные на основе физических правил, могут улучшить понимание соответствующих биогеохимических процессов и обеспечить более эффективное общение между разработчиками моделей, наблюдателями и экспериментаторами по важным вопросам, например, какие измерения необходимы для значимого информирования моделей и как модели могут генерировать новые гипотезы на уровне процессов для проверки в эмпирических исследованиях. Наконец, хотя эмпирические модели с большим числом параметров часто менее надёжны, физические модели, основанные на правилах, могут быть более надёжными и демонстрировать меньшую прогностическую эквифинальность*, что обусловлено их более высокой согласованностью в представлениях процессов, взаимодействий и пространственного масштабирования.

*Эквифинальность - это принцип, согласно которому в открытых системах заданное конечное состояние может быть достигнуто многими возможными способами.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007674