Проект сравнения моделей химии аэрозолей (Aerosol Chemistry Model Intercomparison Project, AerChemMIP) был одобрен Проектом CMIP6 и был разработан для количественной оценки воздействия аэрозолей и химически активных газов на климат и качество воздуха. AerChemMIP обеспечил первый последовательный расчёт эффективного радиационного воздействия для широкого спектра агентов, что стало важным вкладом в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (AR6). Он поддержал количественную оценку параметров обратной связи между составом атмосферы и климатом и реакции климата на кратковременные климатические факторы (Short-Lived Climate Forcers, SLCF), а также позволил определить будущие последствия смягчения загрязнения воздуха и изучить взаимодействия между климатом и качеством воздуха в переходном моделировании. Авторы подробно рассмотрели AerChemMIP и оценили проект в сравнении с его заявленными целями, его вкладом в проект CMIP6 и в более широкие научные усилия, направленные на понимание роли аэрозолей и химии в земной системе. Оценены успехи проекта, а также оставшиеся проблемы и пробелы. В заключение приведены некоторые рекомендации, которые, как надеются авторы, послужат вкладом в планирование будущих MIP в этой области. В частности, подчёркнута необходимость достаточного размера ансамбля для атрибуции региональных климатических реакций и необходимость координации между проектами для обеспечения решения ключевых научных вопросов.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2528/

Историческая глобальная температурная запись является важным продуктом данных для количественной оценки изменчивости и изменения земной системы. В последние годы стала доступна более точная характеристика неопределённости наблюдений в глобальных и полушарных тенденциях, но эти методологии не обязательно применимы к анализам в меньших региональных областях или ежемесячных или сезонных средних значениях, где разреженность станций и другие систематические проблемы способствуют большей неопределённости. В этом исследовании представлен сеточный ансамбль неопределённости исторических аномалий температуры поверхности из продукта температуры поверхности (GISTEMP) Института космических исследований Годдарда (GISS). Этот ансамбль характеризует сложную пространственную и временную корреляционную структуру неопределённости, обеспечивая лучшее распространение неопределённости для климата и прикладной науки в приложениях исторических температурных продуктов в пространственных масштабах от глобального до регионального и временных масштабах от столетий до месяцев. В этой работе подробно описана методология создания ансамбля неопределённости, представлены ключевые статистические данные об эволюции неопределённости в пространстве и времени, а также лучшие практики для использования ансамбля неопределённости в будущих исследованиях. Сводные статистические данные ансамбля неопределённости хорошо согласуются с предыдущей глобальной оценкой неопределённости GISTEMP, что обеспечивает уверенность в обеих оценках.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2023JD040179

Океан и биосфера суши являются двумя основными стоками антропогенного углерода в настоящее время. Когда антропогенные выбросы углерода окажутся нулевыми, а температуры стабилизируются, океан, как прогнозируется, станет доминирующим и единственным глобальным естественным поглотителем углерода. Несмотря на важность океана для углеродного цикла и, следовательно, климата, неопределённости относительно десятилетней изменчивости этого поглотителя и основных движущих сил этой десятилетней изменчивости остаются большими, поскольку наблюдение за стоком углерода в океане и обнаружение антропогенных изменений с течением времени остаются сложными. Основными инструментами, используемыми для предоставления ежегодно разрешённых оценок стока углерода в океане за последние десятилетия, являются продукты глобальных наблюдений pCO₂, которые экстраполируют разрозненные наблюдения pCO₂ в пространстве и времени, и глобальные биогеохимические модели океана, зависящие от данных атмосферного реанализа. Однако эти инструменты (i) ограничены во времени в течение последних 3–7 десятилетий, что затрудняет статистический анализ движущих сил десятилетних тенденций; (ii) все они основаны на одном и том же внутреннем состоянии климата, что делает невозможным разделение внешнего и внутреннего вклада в десятилетние тенденции; и (iii) не может оценить надёжность драйверов в будущем, особенно когда выбросы углерода сократятся или полностью прекратятся. Здесь использован ансамбль из 12 моделей земной системы из CMIP6 с целью понять драйверы десятилетних тенденций в прошлом, настоящем и будущем стоке углерода в океане. Расчёты с помощью этих моделей земной системы охватывает период с 1850 по 2100 гг. и включают четыре различных сценария будущих общих социально-экономических путей (SSP), от низких выбросов и высокого смягчения до высоких выбросов и низкого смягчения. Используя этот ансамбль, автор показывает, что 80% десятилетних тенденций в стоке углерода в океане можно объяснить изменениями десятилетних тенденций в атмосферном CO₂, пока сток углерода в океане остаётся меньше 4,5 Пг С в год⁻¹. Остальные 20% обусловлены внутренней изменчивостью климата и поглощением тепла океаном, что приводит к потере углерода из океана. Когда сток углерода превышает 4,5 Пг С год⁻¹, что происходит только в сценариях SSP3-7.0 и SSP5-8.5 с высоким уровнем выбросов, содержание CO₂ в атмосфере повышается быстрее, изменение климата ускоряется, а термохалинность океана и химическая способность поглощать углерод из атмосферы снижаются, так что десятилетние тенденции в стоке углерода в океане становятся существенно меньше, чем предполагалось на основе изменений в трендах атмосферного CO₂. Нарушение этой взаимосвязи в обоих сценариях с высоким уровнем выбросов также подразумевает, что десятилетнее увеличение стока углерода в океане фактически ограничено ∼1 Пг С год⁻¹ десятилетие⁻¹ в этих сценариях, даже если тренд содержания CO₂ в атмосфере продолжает расти. Ранее предложенные драйверы, такие как содержание CO₂ в атмосфере или скорость его роста, могут объяснить тенденции в стоке углерода в океане для определённых периодов времени, например, во время экспоненциального роста содержания CO₂ в атмосфере, но терпят неудачу, когда выбросы снова начинают снижаться. Надёжная взаимосвязь по ансамблю из 12 различных моделей земной системы также предполагает, что очень большие положительные и отрицательные десятилетние тенденции в поглощении углерода океаном по некоторым продуктам pCO₂ крайне маловероятны и что изменение десятилетних тенденций в поглощении углерода океаном около 2000 года, вероятно, существенно меньше, чем оценивается по этим продуктам pCO₂.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/3903/2024/

Влияние парникового потепления на мезомасштабное взаимодействие «воздух – море», имеющее решающее значение для модуляции циркуляции океана и изменчивости климата, остаётся в значительной степени неизученным из-за ограниченного разрешения современных климатических моделей. Кроме того, отсутствуют теоретические основы для оценки изменений в мезомасштабном взаимодействии из-за потепления. Авторы устраняют эти пробелы, анализируя результаты вихреразрешающих климатических моделей с высоким разрешением и наблюдений, сосредоточившись на мезомасштабном термическом взаимодействии, в котором доминирует мезомасштабная связь температуры поверхности моря и скрытого потока тепла зимой. Полученные результаты показывают последовательное увеличение мезомасштабной связи «температура поверхности моря - скрытый поток тепла» в основных регионах западных пограничных течений при потеплении, характеризующееся повышенной нелинейностью между тёплыми и холодными вихрями и более выраженным усилением в северном полушарии. Чтобы понять динамику, авторы разработали теоретическую структуру, связывающую изменения мезомасштабной тепловой связи с крупномасштабными факторами, что указывает на то, что прогнозируемые изменения в совокупности определяются историческим фоновым ветром, температурой поверхности моря и скоростью её роста. Среди этих факторов крупномасштабная температура поверхности моря и скорость ее роста являются основными драйверами полушарной асимметрии в усилении мезомасштабной связи. В этом исследовании представлен упрощённый подход к оценке прогнозируемых изменений мезомасштабной тепловой связи в теплеющем мире.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52077-z

Благодаря дронам, мобильным радарам и 3D-принтерам, первая крупная полевая кампания за 45 лет, чтобы перенести исследования града «в XXI век» 

Ураганы получают имена. Торнадо становятся блокбастерами. Когда дело доходит до экстремальных погодных условий, эти штормы «как правило, получают непропорционально большую долю внимания», — говорит Виктор Дженсини (Victor Gensini), метеоролог из Университета Северного Иллинойса. Между тем, градовые ливни остаются незамеченными, в прямом и переносном смысле. 

Однако градовые ливни уничтожают автомобили, крыши и урожай, что обошлось Соединённым Штатам в 46 миллиардов долларов в 2023 году, это составляет от 60% до 80% убытков от града, торнадо, ветра и вызванных молниями пожаров, вместе взятых, по данным Института страхования бизнеса и безопасности жилья (IBHS). Поэтому неудивительно, что американские учёные, занимающиеся градом, разочарованы тем, что их последняя крупная исследовательская кампания состоялась в конце 1970-х годов. «Это просто большая зияющая дыра», — говорит Бекки Адамс-Селин (Becky Adams-Selin), исследователь града в Институте атмосферных и экологических исследований. 

Проект под названием In-situ Collaborative Experiment for the Collection of Hail in the Plains (сокращённо: ICECHIP) призван изменить это. В августе Национальный научный фонд одобрил финансирование более 11 миллионов долларов на исследовательскую работу, которая станет крупнейшей в истории международной кампанией по изучению града. Около 100 исследователей из четырёх стран и 11 штатов планируют полевые работы в мае и июне 2025 года в штатах Центральных равнин США и вдоль Передового хребта Колорадо и Вайоминга — двух «градовых переулках» Земли, где происходят мощные грозы, которые выбрасывают капли дождя высоко в атмосферу, где они замерзают и слой за слоем превращаются в градины. Под руководством Адамс-Селин исследователи ICECHIP надеются собрать данные, которые могут улучшить прогнозирование града и помочь ответить на фундаментальные вопросы, такие как то, как изменение климата повлияет на частоту выпадения и размер градин. 

«Что меня действительно волнует, так это перспектива высококачественных наблюдений с использованием технологий, которых просто не было, когда у нас была наша предыдущая [кампания]», — говорит Джон Аллен (John Allen), метеоролог из Центрального Мичиганского университета и один из ведущих учёных ICECHIP. 

Один из самых актуальных вопросов как с научной, так и с экономической точки зрения — как лучше предсказывать град и градины, которые могут быть размером от гальки до грейпфрута. Изучая факторы окружающей среды, совпадающие с градами, такие как температура, влажность и ветер, исследователи ICECHIP надеются, что однажды метеорологические агентства смогут предоставлять градовые предупреждения, как они это делают для других суровых погодных явлений. Например, жители штатов, подверженных граду, могут быть вынуждены оставаться в помещениях и парковать свои машины в гаражах. 

Эти данные также помогут оценить влияние потепления планеты на град. В прошлом месяце модельное исследование под руководством Дженсини, опубликованное в Climate and Atmospheric Science, показало, что в целом град должен стать менее распространённым явлением, поскольку потепление воздуха будет способствовать таянию большего числа градин по мере их падения. Но исследование также предсказало, что потепление приведёт к увеличению частоты самых сильных гроз, когда восходящие потоки воздуха будут удерживать градины дольше, позволяя им расти. Полевые измерения помогут проверить взаимосвязи между температурой, силой шторма и размером градин. 

Кампания будет опираться на новые технологии в исследовании града, такие как высокоскоростная видеосъёмка, съёмка с помощью дронов и мобильный радар, например. Исследователи также будут использовать воздушные шары для доставки 3D-печатных сферических датчиков, называемых градозондами, в штормы, чтобы имитировать движение градин. Флот из 24 наземных датчиков будет измерять энергию падающих градин каждую 500-ю долю секунды, а 3D-лазерные сканеры будут регистрировать сложные формы собранных градин. Вернувшись в лабораторию, исследователи ICECHIP будут анализировать ледяные слои градин, чтобы определить температуру и высоту, на которой они образовались, и, в свою очередь, пути, которые они прошли через штормы. 

Такие инструменты перенесут исследования града «в XXI век», говорит Джулиан Бримелоу (Julian Brimelow), метеоролог и исполнительный директор проекта Northern Hail Project в Канаде, исследовательской группы, участвующей в ICECHIP. Но некоторые технологии 1970-х годов сохранятся, например, противоградовые накладки: куски пены, покрытые алюминиевой фольгой, для улавливания градин и обозначения их размеров и форм. 

Результаты должны помочь обществу справиться с часто упускаемой из виду угрозой. Энергия удара града экспоненциально возрастает с размером; обычная 5-сантиметровая градина падает примерно с тремя энергиями, превышающими энергию пенни, сброшенного с Эмпайр-стейт-билдинг. Но были зарегистрированы градины размером с волейбольный мяч. Хотя жертвы града крайне редки, в 2022 году ребёнок на севере Испании умер после удара по голове во время особенно сильного града. Ущерб имуществу встречается гораздо чаще; для людей в штатах, подверженных граду, таких как Небраска, Канзас и Оклахома, нет ничего необычного в том, чтобы менять крыши каждые пять лет, говорит Адамс-Селин. 

Град поражает не только дома и транспортные средства, но и сельское хозяйство. Даже небольшие градины могут представлять угрозу для урожая, особенно когда бури превращают их в снаряды, которые могут лишать растения листьев и сгибать стебли, останавливая их рост и делая их восприимчивыми к болезням. В Небраске есть округа, где фермеры больше всего беспокоятся не о засухе, наводнении или ветре, а о граде, говорит Дженсини, который также является ведущим учёным ICECHIP. Некоторые фермеры даже оформляют страховку от града. 

Новая уязвимость от града — это солнечные электростанции, которые часто строятся на ровных солнечных участках по всей Центральной равнине. Хотя все солнечные панели должны соответствовать стандартам испытаний на ударопрочность для градин размером с бильярдный шар, более крупные градины могут разбить стекло. Потери от града всех видов имеют тенденцию к росту, хотя неясно, связано ли это с ростом количества крупных градин, вызванным изменением климата, или с расширением собственности и инфраструктуры на ранее необитаемые территории. 

Ян Джиамманко (Ian Giammanco), ведущий исследователь-метеоролог в IBHS и член ICECHIP, тестирует более прочные и гибкие кровельные материалы, которые могут лучше противостоять граду. Включение таких материалов в строительные нормы ограничит дорогостоящий ремонт и рост страховых взносов. «Затраты стали слишком большими, чтобы их игнорировать», — говорит он. «Я думаю, именно поэтому вы увидели ренессанс в исследовании града».

Ссылка: https://www.science.org/content/article/more-damaging-tornadoes-hail-may-finally-get-scientific-attention-it-deserves

Масштабные схемы облесения и восстановления лесов получили всемирную поддержку в качестве стратегий смягчения последствий изменения климата из-за их значительного потенциала удаления углекислого газа. Однако было проведено ограниченное исследование непреднамеренных последствий лесовозобновления с биофизической точки зрения. В версии 2 Модели системы сообщества Земли (CESM2) авторы применили глобальный сценарий лесовозобновления в рамках сценария потепления, совместимого с Парижским соглашением, для исследования реакции поверхности земли и гидроклимата. По сравнению с контрольным сценарием, где землепользование зафиксировано на современном уровне, сценарий лесовозобновления на 2°C холоднее в низких широтах к 2100 году, что обусловлено 10%- ным увеличением испарительного охлаждения в лесных районах. Однако облесенные территории, где заменяются луга или кустарники, удваивают потребность растений в воде в некоторых тропических регионах, что приводит к значительному снижению влажности почвы (∼ 5% в глобальном масштабе, 5%–10% в региональном масштабе) и доступности воды (∼ 10% в глобальном масштабе, 10%–15% в региональном масштабе) в регионах с увеличенным лесным покровом. Хотя наблюдается некоторое увеличение низких облаков и сезонных осадков над расширенными тропическими лесами с усилением отрицательного радиационного воздействия облаков, воздействие на крупномасштабные осадки и атмосферную циркуляцию ограничено. Это контрастирует с реакцией осадков на смоделированную крупномасштабную вырубку лесов, обнаруженную в предыдущих исследованиях. Сценарий лесонасаждения демонстрирует преимущества локального охлаждения без серьёзных нарушений глобальной гидродинамики сверх тех, которые уже прогнозируются в результате изменения климата, в дополнение к охлаждению, связанному с удалением углекислого газа. Однако потребности в воде обширного лесонасаждения, особенно при облесении, имеют последствия для его жизнеспособности, учитывая неопределённость будущих изменений осадков.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/3883/2024/

Потепление климата непропорционально влияет на страны Глобального Юга, увеличивая воздействие экстремальной жары. Однако географические различия в способности к адаптации неясны. Здесь оценивается глобальное неравенство в зелёных зонах, которые позволяют городским жителям надеяться на смягчение теплового стресса на открытом воздухе. Авторы использовали данные дистанционного зондирования для количественной оценки дневного охлаждения городской зеленью в тёплое время года в ~500 крупнейших городах мира. Показан разительный контраст: города Глобального Юга имеют ~70% охлаждающей способности городов Глобального Севера (2,5 ± 1,0°C против 3,6 ± 1,7°C). Аналогичный разрыв наблюдается в преимуществах адаптации к охлаждению, получаемых среднестатистическим жителем этих городов (2,2 ± 0,9°C против 3,4 ± 1,7°C). Это неравенство адаптации к охлаждению обусловлено различиями в количестве и качестве зелёных насаждений между городами на Глобальных Севере и Юге, сформированными социально-экономическими и природными факторами. Представленный анализ также указывает на огромный потенциал для улучшения адаптации к охлаждению при одновременном снижении глобального неравенства.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51355-0

Водно-болотные угодья являются крупнейшим и наиболее неопределённым биологическим источником атмосферного метана, причём гидрологические колебания усугубляют эту неопределённость. Авторы критически изучают сложную связь между гидрологическими колебаниями и выбросами метана в водно-болотных угодьях, интегрируя наблюдения с 31 водно-болотных угодий FLUXNET с всесторонним обзором литературы. Представлены распространённость и закономерности колебаний уровня грунтовых вод и их вклад в неопределённость потоков метана. Также выделены ключевые пути, посредством которых эти колебания влияют на производство и выбросы метана, такие как окислительно- восстановительная гетерогенность почвы, изменения в доступности субстрата и альтернативный пул акцепторов электронов, вклад различных путей переноса метана и нелинейные реакции структуры сообщества и активности метаногенов и метанотрофов на гидрологические колебания. Этот обзор направлен на повышение точности отчётов о выбросах метана водно-болотными угодьями путём тщательной оценки биогеохимической кинетики при гидрологических колебаниях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01635-w

Улучшенные оценки потоков парниковых газов в городах имеют решающее значение для информирования о политике и мерах по смягчению последствий. Моделирование атмосферной инверсии (МАИ) — широко используемый метод, объединяющий атмосферные измерения газовых примесей, метеорологическое моделирование и предварительную карту выбросов для выведения потоков. Традиционно МАИ полагается на наблюдения в середине дня из-за хорошо представленного пограничного слоя атмосферы в метеорологических моделях. Однако ограничение оценки потоков дневными наблюдениями проблематично для городского масштаба, где воздушные массы обычно перемещаются над городом за несколько часов, и поэтому МАИ не может обеспечить улучшенные ограничения на выбросы в течение полного суточного цикла. Авторы предположили, что существуют атмосферные условия за пределами середины дня, при которых метеорологические модели также работают хорошо. Они проверили эту гипотезу, используя измерения CO₂ и CH₄ на вышках, наблюдения за скоростью ветра, результаты метеорологической модели INFLUX (Indianapolis Flux Experiment) и предыдущую карту выбросов. Разбивая на категории вертикальные градиенты газовых примесей в соответствии с классами скорости ветра и определяя, когда метеорологическая модель удовлетворительно имитирует глубину пограничного слоя, они обнаружили, что наблюдения, не относящиеся к полудню, могут быть усвоены, когда скорость ветра >5 м/с. Это условие привело к небольшим смоделированным смещениям глубины пограничного слоя (<40%) по сравнению с более спокойными условиями (>100%). Для Индианаполиса 37% измерений парниковых газов соответствуют этому критерию скорости ветра, что почти в три раза превышает данные наблюдений, сохранённые для МАИ. Аналогичные результаты ожидаются для ветреных городов, таких как Окленд, Мельбурн и Бостон, что потенциально позволяет МАИ усвоить до 60% от общего числа (24-часовых) наблюдений. Включение этих наблюдений в МАИ должно дать суточную более комплексную оценку городских выбросов парниковых газов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040998

Производство древесины и сельскохозяйственной продукции должно расти в течение этого столетия, чтобы удовлетворить растущий спрос. Понимание того, как вызванные климатом изменения в пригодности для сельского хозяйства вызовут конкуренцию с древесиной за продуктивные земли, имеет решающее значение. Авторы объединили прогнозы пригодности для сельского хозяйства при различных сценариях изменения климата (репрезентативные пути концентрации RCP 2.6 и RCP 8.5) с картами производства древесины, чтобы показать, что 240–320 млн га (20–26%) нынешних лесных угодий станут более пригодными для сельского хозяйства к 2100 году. Лесные угодья вносят 21–27% новых границ производительности сельского хозяйства (67–105 млн га), несмотря на то, что занимают всего 10% поверхности суши. Сельскохозяйственные границы в лесных угодьях непропорционально распространены в ключевых странах-производителях древесины (в России, США, Канаде и Китае) и находятся ближе к населённым пунктам и существующим пахотным землям, чем границы за пределами лесных угодий. Чтобы минимизировать расширение посевов на лесных землях и предотвратить перемещение лесозаготовок в старовозрастные тропические и бореальные леса для удовлетворения спроса на древесину, необходимо сократить выбросы, повысить эффективность сельского хозяйства и инвестировать в устойчивую интенсификацию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02113-z