Антропогенное воздействие на озоновый слой выражается в аномалиях общего содержания озона (ОСО) в глобальном масштабе, с периодическими повышениями, наблюдаемыми в высокоширотных районах. Кроме того, существуют значительные вариации временных трендов ОСО на разных широтах и в разные сезоны. Надёжность прогнозов будущих трендов ОСО с использованием химикоклиматических моделей должна постоянно контролироваться и улучшаться посредством сравнения с имеющимися данными измерений. В этом исследовании способность модели земной системы SOCOLv4.0 прогнозировать ОСО оценивается с использованием данных за более чем 40 лет спутниковых измерений и данных метеорологического реанализа. В целом модель переоценивает ОСО в Северном полушарии (до 16 единиц Добсона) и существенно недооценивает его в районе Южного полюса (до 28 единиц Добсона). Наихудшее согласие было обнаружено в обоих полярных регионах, а наилучшее — в тропиках (средняя разница составляет 4,2 единицы Добсона). Корреляция между средними месячными значениями находится в диапазоне 0,75–0,92. Модель SOCOLv4 существенно завышает температуру воздуха выше уровня 1 гПа относительно реанализов MERRA2 и ERA5 (на 10– 20 К), особенно в период полярных ночей, что может быть одной из причин неточностей воспроизведения моделью аномалий полярного озона. Предлагается использовать модель SOCOLv4 для будущих прогнозов ОСО при меняющихся сценариях деятельности человека.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/12/1491

Приземная температура воздуха (Tair) имеет решающее значение для решения городских проблем в Китае, особенно в контексте быстрой урбанизации и изменения климата. Хотя многие исследования оценивают Tair в национальном масштабе, они обычно предоставляют только ежедневные данные (например, максимальную и минимальную Tair), и лишь немногие фокусируются на субсуточной городской Tair с высоким пространственным разрешением. В этом исследовании авторы интегрировали данные MODIS о температуре земной поверхности с 18 вспомогательными данными с 2013 по 2023 гг., чтобы разработать модель оценки Tair для крупных китайских городов, используя алгоритмы случайного леса в четырёх суточных и сезонных условиях: тёплый день, тёплая ночь, холодный день и холодная ночь. Были построены и сравнены четыре схемы путём объединения различных вспомогательных данных (связанных со временем и пространством) с температурой земной поверхности. Результаты перекрёстной проверки показали, что переменные, связанные с пространством и временем, значительно повлияли на производительность модели. При использовании всех вспомогательных данных модель показала наилучшие результаты со средним значением среднеквадратического отклонения 1,6°C (R² = 0,96). Наилучшие результаты наблюдались в тёплые ночи со значением среднеквадратического отклонения 1,47°C (R² = 0,97). Оценка важности показала, что температура земной поверхности была самой важной переменной во всех условиях, за ней следовали удельная влажность и конвективная доступная потенциальная энергия. Переменные, связанные с пространством, были более важны в холодных условиях (или в ночное время) по сравнению с тёплыми (или в дневное время), в то время как переменные, связанные со временем, демонстрировали противоположную тенденцию и были ключевыми для повышения точности модели летом. Наконец, были эффективно оценены два варианта структур Tair в Пекине и районе дельты реки Чжуцзян. Это исследование предложило новый метод оценки субсуточных структур Tair с использованием данных из открытых источников и выявило влияние прогностических переменных на оценку Tair, что имеет важные последствия для исследования городской тепловой среды.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/24/4675

Динамика системы CO₂–карбонаты в субполярном круговороте Северной Атлантики оценивалась в период с 2009 по 2019 гг. Данные собирались на борту восьми летних круизов по разделу 59,5° с.ш. в рамках программы «Климат и океан: изменчивость, предсказуемость и изменение» (CLIVAR). Структуры закисления океана и снижение состояния насыщения кальцита (Ω_Ca) и арагонита (Ω_Arag) в ответ на увеличение антропогенного CO₂ (C_ant) оценивались в бассейнах Ирмингера, Исландии и Роколла в течение плохо оценённого десятилетия, в котором физические структуры изменились по сравнению с предыдущими хорошо известными периодами. Наблюдаемое охлаждение, опреснение и усиленная вентиляция увеличили межгодовую скорость накопления C_ant во внутреннем океане на 50– 86%, а скорость закисления океана – почти на 10%. Тренды закисления океана составили 0,0013–0,0032 единиц в год в бассейнах Ирмингера и Исландии и 0,0006–0,0024 единиц в год в жёлобе Роколл, что привело к снижению Ω_Ca и Ω_Arag на 0,004–0,021 и 0,003–0,0013 единиц в год соответственно. Рост содержания общего неорганического углерода, вызванный C_ant, был основным фактором закисления океана (внёс вклад в 53–68% в верхних слоях и >82% в направлении внутреннего океана) и снижение Ω_Ca и Ω_Arag (>64%). Кратковременное снижение температуры, солёности и общей щёлочности в совокупности противодействует закислению, вызванному общим неорганическим углеродом, на 45– 85% в верхних слоях и в мелководном жёлобе Роколл и на <10% во внутреннем океане. Настоящее исследование сообщает об ускорении закисления океана в пределах субполярного круговорота Северной Атлантики и расширяет знания о будущем состоянии океана.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/5561/2024/

Морские волны тепла (МВТ) оказывают разрушительное воздействие на экосистемы. Тем не менее, глобальная оценка регионального воздействия МВТ на обмен CO₂ между морем и воздухом отсутствует. Здесь авторы анализируют 30 глобальных наборов основанных на наблюдениях данных о потоке CO₂ между морем и воздухом с 1990 по 2019 гг. В глобальном масштабе во время МВТ поглощение CO₂ океаном сокращается на 8% (3%–19% по наборам данных). В региональном плане экваториальная часть Тихого океана испытывает снижение выбросов CO₂ на 31% (3%–49%), и МВТ часто совпадают с экстремальными аномалиями потока CO₂ между морем и воздухом в этом регионе. Поглощение CO₂ океаном уменьшается во время МВТ на 29% (19%–37%) и 14% (5%–21%) в низких и средних широтах Северного и Южного полушарий соответственно. Сокращение растворённого неорганического углерода в тропиках ослабляет дегазацию, в то время как высокие температуры океана уменьшают поглощение в низких и средних широтах. В субполярной северной части Тихого океана и Южном океане усиленное поглощение углерода происходит во время МВТ, но неопределённости в наборах данных pCO₂ ограничивают всестороннюю оценку в этих регионах.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL110379

В последнее десятилетие динамический даунскейлинг с использованием методов «псевдоглобального потепления» (“pseudo-global-warming”, PGW) часто применялось для прогнозирования регионального изменения климата. Такие методы генерируют сигналы путём добавления сигналов изменения климата, смоделированных с помощью средней глобальной климатической модели в температуре, влажности и циркуляции, к боковым и поверхностным граничным условиям, полученным в результате реанализа. Альтернативой PGW является даунскейлинг данных глобальной климатической модели напрямую. Этот метод должен быть выгодным, особенно для моделирования экстремальных явлений, поскольку он включает в себя полный спектр динамики изменения синоптического масштаба глобальной климатической модели в региональном решении. Здесь авторы проверяют это предположение, сравнивая моделирования в Европе и западной части Северной Америки. Обнаружено, что для потепления и изменений экстремальных температур PGW часто даёт результаты, схожие с прямым даунскейлингом в обоих регионах. Для средних и экстремальных изменений осадков PGW, как правило, также работает на удивление хорошо во многих случаях. Анализ баланса влаги в домене западной части Северной Америки показывает, почему. Большие доли уменьшенных изменений гидроклимата возникают из-за средних изменений в крупномасштабной термодинамике и циркуляции, то есть увеличения температуры, влажности и ветров, включённых в PGW. Единственный компонент, в котором PGW может столкнуться с трудностями, — это вклад изменений в изменчивость синоптического масштаба. Когда этот компонент велик, производительность PGW может ухудшиться. Глобальный анализ данных климатической модели показывает, что есть регионы, где он велик или доминирует. Таким образом, эти результаты предоставляют дорожную карту для определения с помощью анализов обстоятельств, когда PGW не будет точно регионализировать климатические сигналы глобальной климатической модели.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040591

Антарктида и Южный океан являются ключевыми элементами физической и биологической системы Земли. Изменение климата, вызванное деятельностью человека, и другие виды деятельности человека в регионе приводят к нескольким потенциально взаимодействующим точкам невозврата с серьёзными и необратимыми последствиями. Здесь рассматриваются восемь потенциальных физических, биологических, химических и социальных точек невозврата в Антарктиде. К ним относятся ледниковые щиты, закисление океана, циркуляция океана, перераспределение видов, инвазивные виды, таяние многолетней мерзлоты, локальное загрязнение и Система Договора об Антарктике. Обсуждаются природа каждой потенциальной точки невозврата, её контрольные переменные, пороговые значения, временные масштабы и воздействия с фокусированием на потенциале кумулятивных и каскадных эффектов в результате их взаимодействия. Анализ предоставляет существенные доказательства необходимости более согласованных и быстрых действий по ограничению изменения климата и минимизации последствий локальной деятельности человека, чтобы избежать этих каскадных точек невозврата.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-024-02101-9

Атлантический меридиональный перенос пресной воды (АМППВ) играет важную роль в циркуляциях Атлантического океана, но точная оценка временных рядов АМППВ остаётся сложной задачей. В этом исследовании используется косвенный подход, объединяющий солёность океана, поверхностное испарение и наблюдения за осадками для получения АМППВ и его неопределённости путём решения уравнения баланса пресной воды в океане. Климатологически АМППВ находится на юге между 18,5° ю.ш. и 34,5° ю.ш., но на севере от 18,5° ю.ш. до 66,5° с.ш. АМППВ также показывает существенную межгодовую изменчивость с чётким разделением на ∼40° с.ш. и по широтам больше совпадает с Атлантической меридиональной термохалинной циркуляцией на 26° с.ш., чем на 47° с.ш. Полученный временной ряд показывает, что по всему Атлантическому океану наблюдается положительная тенденция в АМППВ с 2004 по 2020 гг., что приводит к конвергенции АМППВ в тропической части Атлантического океана и его дивергенции в субтропической части Северной Атлантики.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110021

Арктические береговые линии быстро меняются из-за сочетания проседания многолетней мерзлоты, повышения уровня моря и эрозии. Эти процессы получили неравное внимание, и их комплексное воздействие остается плохо изученным. Арктическая прибрежная равнина Аляски идеально подходит для устранения этого пробела в знаниях из-за относительно обильных данных наблюдений в регионе и важности для коренных общин, социальной экономики и геополитики. Авторы представляют прогнозы будущей эволюции Арктической прибрежной равнины Аляски, которые включают проседание, повышение уровня моря и эрозию. К 2100 году, если побережья не будут по-разному реагировать на будущие изменения, эти комплексные эффекты могут преобразовать в 6-8 раз больше земель, чем может повлиять только эрозия. Подчёркивается, что прибрежным сообществам потребуется поддержка для адаптации к смене парадигмы, которую вскоре могут претерпеть арктические береговые линии.

Арктические береговые линии уязвимы к последствиям изменения климата, поскольку уровень моря повышается, многолетняя мерзлота тает, штормы усиливаются, а морской лёд истончается. Семьдесят пять лет воздушных и спутниковых наблюдений установили, что береговая эрозия является растущей опасностью для Арктики. Однако другие опасности, например, совокупное воздействие, которое повышение уровня моря и оседание тающей многолетней мерзлоты будут оказывать на береговые линии, получили меньше внимания, что не позволило провести оценку воздействия этих процессов по сравнению с береговой эрозией и в сочетании с ней. Арктическая прибрежная равнина Аляски идеально подходит для таких оценок из-за высокой плотности наблюдений за топографией, темпами отступления побережья и характеристиками многолетней мерзлоты, а также важности для коренных общин и инфраструктуры нефтяных месторождений. Здесь авторы создают прогнозы положения береговой линии Арктики на XXI век, которые включают эрозию, оседание многолетней мерзлоты и повышение уровня моря. Сосредоточившись на Арктической прибрежной равнине Аляски, они объединили 5- метровую топографию, спутниковые оценки глубины прибрежных озёр и эмпирические оценки проседания грунта из-за таяния многолетней мерзлоты с прогнозами прибрежной эрозии и повышения уровня моря для сценариев средних и высоких выбросов из отчёта AR6 Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Было обнаружено, что к 2100 году эрозия и затопление вместе преобразуют Арктическую прибрежную равнину Аляски, что приведёт к потере земель в 6-8 раз больше, чем только вследствие прибрежной эрозии, и нарушит в 8-11 раз больше органического углерода. Без мер по смягчению последствий к 2100 году прибрежные изменения могут повредить от 40 до 65% инфраструктуры в современных прибрежных деревнях Арктической прибрежной равнины Аляски и от 10 до 20% инфраструктуры нефтяных месторождений. Подчёркиваются риски, которые усугубляющиеся климатические опасности представляют для прибрежных сообществ, и необходимость адаптивного планирования для арктических береговых линий в XXI веке.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409411121

В бореальных лесах короткие вегетационные периоды, низкие температуры и наличие мёрзлой почвы (многолетней мерзлоты) ограничивают рост деревьев. Потепление климата может потенциально усилить рост за счёт повышения температуры воздуха и почвы. Здесь авторы обнаружили снижение роста деревьев с 1980-х годов в южных широтах и его увеличение в более высоких, более холодных широтах, по крайней мере до 2000-х годов. Эти результаты показали, что недавнее потепление многолетней мерзлоты в самых высоких широтах, где она более распространена в ландшафте, вызвало значительный стресс для роста деревьев из-за дестабилизации грунта. Деревья, растущие в нестабильной многолетней мерзлоте, использовали своё поглощение питательных веществ, чтобы оставаться в вертикальном положении, вместо того, чтобы увеличивать свой рост. Это указывает на то, что бореальные леса не станут более продуктивными с потеплением климата и последующим таянием многолетней мерзлоты.

Потепление климата может смягчить температурные и питательные ограничения на рост деревьев в бореальных регионах, потенциально повышая бореальную продуктивность. Однако в условиях многолетней мерзлоты потепление также нарушает физическую основу, на которой растут деревья, что приводит к наклонным деревьям или «пьяным» лесам. Наклон деревьев может уменьшить радиальный рост, подрывая потенциальные преимущества потепления. Авторы обнаружили широко распространённое сокращение радиального роста в бореальных лесах южных широт с 1980-х годов. В средних широтах радиальный рост увеличился с ~1980 до ~2000 года, но затем показал признаки снижения. Усиленный рост был очевиден с 1980-х годов в более высоких широтах, где радиальный рост, по-видимому, ограничен температурой. Однако недавние изменения стабильности многолетней мерзлоты и связанное с этим увеличение частоты случаев наклона деревьев стали существенным стрессовым фактором, что привело к сокращению радиального роста бореальных деревьев в самых высоких широтах, где многолетняя мерзлота обширна. Было показано, что деревья, растущие в нестабильных районах многолетней мерзлоты, выделяют больше неструктурных запасов углеводов для компенсации наклона, который ставит под угрозу радиальный рост и потенциальные выгоды от поглощения углерода от потепления. Это более высокое распределение ресурсов в «пьяных» деревьях необходимо для создания высокоплотной реакционной древесины, богатой лигнином, которая требуется для поддержания вертикального положения. С продолжающимся потеплением климата ожидается широкомасштабное сокращение радиального роста в бореальных лесах, что приведёт к снижению секвестрации углерода. Эти результаты улучшают понимание того, как потепление климата и косвенные эффекты, такие как нестабильность почвы, вызванная потеплением многолетней мерзлоты, повлияют на продуктивность бореальных лесов в будущем.

Ссылка: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC423221/

Исследователи обнаружили, что движение ледяных массивов определяет, какие из них переживут ежегодное летнее таяние.

Быстрое сокращение площади морского льда в Северном Ледовитом океане вызвало тревогу по поводу далеко идущих последствий для экосистем, экономики и климатических систем. Но понять факторы, определяющие, как быстро этот лёд исчезает, совсем не просто.

Теперь новый метод отслеживания морского льда и его перемещения в разные сезоны может помочь исследователям предсказать судьбу как старого льда, так и новых льдин, образующихся каждый год. Подобно тому, как течение реки формирует её русло и место, где она заканчивается, маршрут перемещения морского льда играет решающую роль в его выживании.

«Существует давняя идея, что потеря морского льда неизбежна с потеплением», — сказал климатолог Патрик Тейлор (Patrick Taylor) из Исследовательского центра Лэнгли НАСА. «Наше исследование показывает, что то, где начинается лёд и как далеко он перемещается, может иметь огромное значение» в том, как быстро мы теряем морской лёд. Тейлор и его коллеги представят свои выводы на ежегодном собрании AGU 2024 в Вашингтоне, округ Колумбия, 9 декабря.

Приливы и отливы тающего морского льда

Таяние арктического морского льда обусловлено сочетанием факторов, включая повышение температуры, изменение океанских течений и усиленное поглощение солнечного тепла открытыми водами Северного Ледовитого океана.

Предыдущие исследования, анализирующие степень потери льда, в основном фокусировались на среднемесячных показателях площади морского льда. Однако эти методы измерения упускают из виду динамическую природу льда. Участки старого и нового льда постоянно перемещаются и подвергаются влиянию экологических стрессоров, таких как тепло и солёность. Среднемесячные данные не могут отразить, как отдельные льдины реагируют на эти переменные, и данные не могут учитывать изменчивость потери льда из года в год.

Напротив, группа Тейлора стремилась отслеживать отдельные участки морского льда в течение нескольких лет, чтобы понять, как на их выживание влияли пути, по которым они перемещались. Исследователи использовали спутниковые данные из источников, включая Национальный центр данных по снегу и льду, для регистрации еженедельных перемещений отдельных единиц морского льда.

Команда наложила спутниковые данные о воздействии солнечного света, уровнях радиации, движении льда, альбедо, снежном покрове и толщине льда на свой анализ, чтобы определить роль каждого фактора во влиянии на таяние морского льда. Они статистически исследовали миллионы льдин, сосредоточившись на вероятности того, что отдельные льдины выдержат летний сезон таяния, чтобы получить информацию, выходящую за рамки совокупных измерений площади морского льда.

Чтобы отслеживать льдины, исследователи использовали алгоритм отслеживания признаков, который выявлял общие черты между последовательными спутниковыми снимками, сделанными с интервалом от одного до трёх дней. Этот алгоритм также интегрировал данные о ветрах из прогнозов погоды и наблюдения за движением морского льда с буёв, размещённых на морском льду.

«У них есть обширная база данных, охватывающая почти 20 лет», — сказала Линетт Буаверт (Linette Boisvert), климатолог и исследователь криосферы из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА, не принимавшая участия в исследовании. «Это первый раз, когда все эти наборы данных собраны в одном месте, поэтому теперь мы можем легко посмотреть, какие факторы могут или не могут заставить морской лёд пережить летнее таяние».

Команда обнаружила, что вероятность того, что участок морского льда переживёт летнее таяние, значительно различается в зависимости от того, куда он перемещался. В целом, участки, которые дрейфовали из своих исходных регионов в более тёплые и южные регионы, имели меньше шансов выжить. Исследователи определили регионы как суббассейны Арктики, такие как море Бофорта. Исследование также показало, что хотя участки более толстого льда в целом с большей вероятностью переживут лето, в таких регионах, как Восточно-Сибирское море, верно обратное, возможно, из-за характера движения тёплой воды.

Результаты предлагают новое детальное понимание изменчивости морского льда в Арктике, где некоторые регионы гораздо более уязвимы, чем другие, к сезонному таянию. По словам Тейлора, понимание этих различий имеет ключевое значение для прогнозирования того, сколько льда останется в будущем и где именно.

Мировые волновые эффекты Арктики

Исчезновение морского льда уже нарушает экосистемы, которые от него зависят, влияя на кормление и миграцию животных, погодные условия, глобальный уровень моря и даже геополитику, поскольку новые судоходные пути открываются в районах, ранее покрытых льдом.

«То, что происходит в Арктике, не остаётся в Арктике», — сказала Буасверт. Регион действует как термостат для планеты, отметила она. По мере потепления каскадные эффекты могут ощущаться во всём мире.

Например, сокращение площади морского льда приводит к большему поглощению тепла океаном, поскольку более тёмная открытая вода пропускает больше тепла от Солнца. Это повышенное количество тепла создаёт обратную связь, ускоряющую потепление. Приливы и отливы в ледяном покрове также влияют на циркуляцию полярных атмосферных структур над головой, что может привести к экстремальным погодным явлениям в регионах, далёких от Арктики.

По словам Тейлора, климатические модели предсказывают потепление Арктики на 5–15°C в течение следующих 100 лет. Сколько льда сохранится в этих совершенно разных сценариях — вопрос открытый, но Тейлор считает, что новый подход его команды поможет. Немногие исследования подробно изучали закономерности циркуляции морского льда в климатических моделях или потенциальные эффекты этих закономерностей, и это как раз то, что группа Тейлора планирует сделать в дальнейшем.

Ссылка: https://eos.org/articles/the-survival-of-arctic-sea-ice-may-depend-on-its-travel-routes