Изменение климата и вызванная человеком деградация земель угрожают экосистемам засушливых земель, жизненно важным для трети населения мира и имеющим решающее значение для межгодовых глобальных потоков углерода. Системы раннего оповещения необходимы для руководства охраной природы, смягчения последствий изменения климата и смягчения продовольственной нехватки в засушливых районах. Однако современные методы не обеспечивают эффективного раннего оповещения в крупных масштабах. Здесь показано, что подход на основе машинного обучения может предсказать вероятность резких сдвигов в функционировании растительности засушливых земель Судано-Сахеля (точность 75,1%; точность 76,6%), особенно там, где показатели устойчивости (временная автокорреляция) дополняются косвенными показателями динамики растительности и осадков и другими факторами окружающей среды. Региональные прогнозы на 2025 год выделяют пояс на юге исследуемого региона с высокой вероятностью будущих сдвигов, в значительной степени связанных с долгосрочными тенденциями осадков. Этот подход может оказать ценную поддержку сохранению и устойчивому использованию экосистемных услуг засушливых земель, особенно в контексте прогнозируемых тенденций изменения климата в направлении увеличения засушливости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02201-0

Загрязнение городского воздуха озоном (O₃) коррелирует с температурой, и во время периодов сильной жары часто имеет место более высокий уровень содержания O₃, что угрожает здоровью населения. Однако ограниченные данные о том, как антропогенные выбросы летучих органических соединений изменяются в зависимости от температуры, затрудняют понимание их влияния на O₃. На основе измерений окружающей среды, испытаний выбросов и моделирования качества воздуха авторы показывают, что увеличение выбросов антропогенных летучих органических соединений, не связанных со сжиганием (например, от летучих химических продуктов) во время периода сильной жары в Шанхае, вносит значительный вклад в увеличение концентрации O₃. Концентрации антропогенных летучих органических соединений увеличиваются примерно в два раза при повышении температуры с 25°C до 35°C из-за застоя воздуха и увеличения выбросов. Во время периода сильной жары более высокие концентрации приводят к увеличению на 82% реакционной способности ОН летучими органическими соединениями. Моделирование качества воздуха показывает, что вызванный температурой рост выбросов антропогенных летучих органических соединений составляет 8% (1,6 с^–1) этого увеличения реактивности и способствует возрастанию отношения смеси O₃ на 4,6 млрд^-1. Более того, авторы прогнозируют большее (в два раза) увеличение реактивности OH кислородсодержащими летучими органическими соединениями, что способствует образованию радикалов и O₃. Увеличение выбросов антропогенных летучих органических соединений вызывает увеличение содержания O₃ в крупных городах Восточного Китая во время волны тепла, и аналогичные эффекты могут также происходить в других мегаполисах, чувствительных к антропогенным летучим органическим соединениям, по всему миру. Сокращение выбросов антропогенных летучих органических соединений, особенно из источников, не связанных со сжиганием, которые в настоящее время менее изучены и регулируются, может смягчить потенциальное загрязнение O₃ в городской среде во время волн тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01608-w

Южный океан считается слабым стоком атмосферного CH₄, хотя его величина не определена из-за отсутствия наблюдений за граничной зоной льда. Используя как вихревую ковариацию, так и измерения по формуле объёмного потока с ледокола R/V Xuelong2, авторы обнаружили, что восточная часть Южного океана во время южного лета была поглотителем CH₄. Самые сильные нисходящие потоки CH₄ наблюдались в районах с низкой концентрацией морского льда (10–40%), где таяние морского льда приводило к низким температуре и солёности, что увеличивало растворимость CH₄. Потоки CH₄ слабы в районах с высокой концентрацией морского льда (>50%) из-за его блокирующего эффекта. По оценке авторов, поглощение CH₄ в течение одного летнего месяца в исследуемом регионе компенсирует 1,2– 2,6% годовых глобальных выбросов CH₄ в океане. Это позволяет предположить, что антарктическая область граничной зоны льда играет более важную роль в глобальном балансе CH₄, чем считалось ранее.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL112073

Азия является одним из крупнейших регионов-источников пыли в мире. Однако временные изменения и движущие факторы различных типов пылевых «событий» в этом регионе остаются неясными. На основе данных наземных наблюдений авторы изучили пространственно-временные изменения трёх типов пылевых «событий» и их движущие факторы в Азии с помощью методов машинного обучения. Результаты показали, что частота умеренных пылевых «событий» и сильных пылевых «событий» значительно снизилась с 2000 по 2022 гг., что можно было в первую очередь объяснить уменьшением числа дней с сильным ветром (вклад >50%) и в меньшей степени увеличением влажности почвы, осадков и индекса листовой поверхности (LAI). Когда максимальная дневная скорость ветра превышает 13,0 м/с, вероятность умеренных пылевых «событий» имеет тенденцию к снижению, в то время как вероятность сильных пылевых «событий» - к увеличению. Эти результаты расширяют понимание изменения частоты и интенсивности пылевых «событий» в ответ на изменение климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00887-9

Внутренние водоёмы рассматриваются как основные источники выбросов парниковых газов, включая углекислый газ CO₂, метан CH₄ и закись азота N₂O. Данное исследование показывает, что эти образования (например, естественные и искусственные водно-болотные угодья, водохранилища, озёра, пруды и реки) вносят значительный вклад в поток парниковых газов. Однако понимание динамики углерода в этих водоёмах недостаточно хорошо описано. Было отмечено, что выбросы парниковых газов из внутренних водоёмов являются результатом обильного поступления в них органического вещества. Примерно 2,2–3,7% непокрытой льдом площади суши Земли и внутренних вод имеют почти одинаковые объёмы выбросов углерода, что также наблюдается в случае как суммарной наземной продуктивности, так и суммарного поглощения океаном. Водно-болотные угодья и озёра являются одними из наиболее изученных водоёмов. Однако необходимо приложить усилия для понимания динамики выбросов из прудов и рек, поскольку недавние исследования показывают, что они также являются одними из мощных источников выбросов парниковых газов в атмосферу. Целью этого обзора является выделение и предоставление подробного понимания вклада внутренних вод в глобальный углеродный цикл наряду с возможными мерами по исправлению положения.

Ссылка: https://iwaponline.com/jwcc/article/15/11/5626/105545/Greenhouse-gas-emissions-from-inland-water-bodies

Был смоделирован арктический климат с использованием реализации WRF с высоким разрешением, основанной на выходных данных климатической модели HadGEM-ES2, следуя сценариям потепления МГЭИК RCP 2.6, RCP 4.5 и RCP 8.5. Результаты пространственной детализации показывают, что к концу столетия не будет существенных изменений в среднем минимальном давлении в центре циклона или общем числе зимних арктических циклонов. Однако есть существенные изменения в пространственных структурах. Например, частота и завихрённость циклонов имеют тенденцию увеличиваться над западной Арктикой. Из-за движения полярной фронтальной зоны к полюсу и возросшей бароклинности нижней тропосферы ожидается, что больше циклонов будет формироваться в Арктическом бассейне и мигрировать в западно-центральную часть Арктики. Ожидается, что в Арктическом бассейне при реализации сценария RCP8.5 будет формироваться и исчезать примерно на 39% больше циклонов. С другой стороны, с уменьшением бароклинности во всей тропосфере наблюдается уменьшение генезиса, частоты и завихрённости циклонов над Атлантической Арктикой. Более того, глубина циклонов показывает устойчивое уменьшение над Арктическим бассейном, что предполагает ослабление кинетической энергии вихрей. С увеличением содержания парниковых газов изменения завихрённости циклонов и их глубины, как правило, сильнее. Кроме того, результаты Polar WRF с высоким разрешением показывают, что изменения плотности и интенсивности циклонов последовательно становятся более выраженными с увеличением радиационного воздействия.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2024JD041503

Внутренние озёра являются важнейшим источником парниковых газов - углекислого газа, метана и закиси азота. Взаимосвязанные системы река-озеро включают несколько озёрных регионов, где многочисленные реки соединяют различные озёрные регионы. Их сложные гидрологические условия и взаимодействия отличают их от обычных озёр, обычно имеющих один и относительно статичный водный объект. Однако характеристики выбросов парниковых газов, а также движущие силы взаимосвязанных систем река-озеро всё ещё недостаточно изучены. Авторы провели двухсезонные исследования на месте в типичной взаимосвязанной системе река-озеро, озере Дунтин (Dongting, крупное неглубокое озеро в северо-восточной части китайской провинции Хунань), а также метаанализ, полученный из 168 озёр, охватывающих шесть континентов, чтобы прояснить этот вопрос. Обнаружено, что взаимосвязанные системы река-озеро демонстрируют уникальное временное изменение потоков углекислого газа и закиси азота с положительными потоками во время сезона дождей, но переходящими к поглощениям во время сухого сезона. Потоки парниковых газов в обычных стабильных озёрах часто коррелируют с абиотическими факторами, такими как гидроклиматические условия и трофический статус. В то время как в озере Дунтин определённые виды микроорганизмов, которые важны для круговорота макроэлементов и других менее распространённых питательных веществ, наряду с хищническим поведением микроорганизмов, могут лучше предсказывать потоки парниковых газов. Это исследование подчёркивает важность биотических предикторов в перспективных оценках потоков парниковых газов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01912-8

Внутренняя изменчивость климата (ВИК) вызывает ряд климатических вариантов, которые накладываются на вынужденный отклик. Одна реализация климатической модели может не представлять вынужденное изменение в одиночку и может отличаться от других реализаций, а также наблюдений из-за ВИК. Авторы использовали большой ансамбль расчётов с начальными условиями для модели Community Earth System (CESM2), чтобы показать, что ВИК приводит к ряду результатов в наземном углеродном цикле. Тенденции валовой первичной продукции (ВПП) с 1991 по 2020 гг. различаются среди членов ансамбля из-за разных климатических откликов, полученных в результате ВИК. Авторы количественно оценивают, как ВИК влияет на тенденции ВПП, и применяют свою методологию к данным наблюдений. Наблюдаемые изменения ВПП на двух долгосрочных башнях вихревого ковариационного потока согласуются с ВИК, что ставит под сомнение понимание вынужденных изменений в углеродном цикле в этих местах. Для интерпретации тенденций углеродного цикла необходима вероятностная структура, учитывающая ВИК.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00878-w

Первый анализ экстремальных событий откалывания айсбергов в Антарктиде не выявил никакой связи с изменением климата, что подчёркивает важность обычных, менее масштабных событий откалывания айсбергов для потери льда и нестабильности.

Антарктида быстро теряет лёд, отчасти из-за изменения климата. Случаи массивного откалывания, такие как то, которое сформировало айсберг A-68 размером с Делавэр (5800 квадратных километров) в 2017 году, могут дестабилизировать шельфовые ледники и привлечь внимание общественности. Но нечастые экстремальные события откалывания затрудняют для учёных их прогнозирование и понимание того, связаны ли они с изменением климата.

Чтобы изучить потенциальные связи между изменением климата и образованием крупных айсбергов в Антарктиде, Макки и др. (MacKie et al.) провели первый долгосрочный анализ крупнейших ежегодных отколов айсбергов континента. Поскольку такие крупные отколы редки и распределены неравномерно, исследователи использовали статистические подходы, специально ориентированные на небольшие наборы данных с длинными хвостами, чтобы искать изменения в частоте отколов с течением времени. Они сосредоточились на одном самом большом айсберге, который формировался каждый год с 1976 по 2023 гг. Площадь поверхности этого айсберга составляла до 11 000 квадратных километров.

Исследование показало, что площадь поверхности самого большого ежегодного айсберга немного уменьшилась с течением времени и что, несмотря на растущее влияние изменения климата, риск экстремального откола не увеличился. Поскольку климат потеплел за период исследования, но площадь самого большого айсберга не увеличилась, результаты показывают, что экстремальные отколы не обязательно являются прямым следствием изменения климата, пишут авторы.

Однако, как показала другая работа, число более мелких отколов со временем увеличилось. Это исследование подчёркивает роль этих событий в откалывании антарктического льда в «смерти от тысячи порезов», пишут авторы. Хотя экстремальные отколы айсбергов попадают в драматические заголовки, более распространённые, более мелкие айсберговые образования являются основным источником потери массы в Антарктиде, вызванной изменением климата, заключают они.

Исследователи также обнаружили, что самый большой откол антарктического айсберга может быть ещё впереди. Хотя они не прогнозируют увеличение частоты экстремальных отколов айсбергов, их моделирование предполагает, что айсберг «раз в столетие» может быть примерно размером со Швейцарию (38 827 квадратных километров). (Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1029/2024GL112235, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/massive-antarctic-icebergs-may-calve-at-random

Знание, на какой глубине находится морское дно, или батиметрии, имеет решающее значение для различных видов морской деятельности, включая научные исследования, морскую промышленность, безопасность навигации и исследование океана. Картографирование центральной части Северного Ледовитого океана является сложной задачей из-за наличия многолетнего морского льда, что ограничивает сбор данных ледоколами, подводными лодками и дрейфующими ледовыми станциями. Международная батиметрическая карта Северного Ледовитого океана (International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean, IBCAO) была инициирована в 1997 году с целью обновления батиметрического изображения Северного Ледовитого океана. С тех пор команда проекта выпустила четыре версии, каждая из которых улучшает разрешение и точность. Здесь представлена IBCAO версии 5.0, которая предлагает разрешение в четыре раза выше, чем версия 4.0, с ячейками сетки 100 × 100 м по сравнению с 200 × 200 м. Более 25% площади Северного Ледовитого океана теперь картографируется с помощью индивидуальных глубинных зондирований, основанных на критерии, учитывающем водную глубину. Версия 5 также представляет собой значительный прогресс в области сбора данных и вычислительных методов. Несмотря на эти улучшения, такие проблемы, как морской ледовый покров и политическая динамика, по-прежнему мешают комплексному картографированию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-04278-w