Океан поглощает около четверти антропогенно выбрасываемого углерода и, по прогнозам, останется основным стоком углерода, как только глобальная температура стабилизируется. Несмотря на важность этого стока углерода, оценки его значимости за последние десятилетия остаются неопределёнными, главным образом из-за слишком малого числа и неравномерности выборки наблюдений, а также недостатков моделей океана и их настроек. Здесь представлена гибридная модельная оценка ежегодно усреднённого стока углерода в океане с 1959 по 2022 гг. путём объединения высокочастотной изменчивости усреднённых за год оценок стока углерода из моделей океана в ретроспективном режиме и долгосрочных тенденций из полностью связанных моделей системы Земли. Модели океана в ретроспективном режиме воспроизводят наблюдаемую изменчивость климата, но их стратегия ускорения, вероятно, приводит к слишком слабым долгосрочным тенденциям, тогда как полностью связанные модели системы Земли воспроизводят собственную внутреннюю изменчивость климата, но лучше отражают долгосрочные тенденции. Комбинирование этих двух подходов к моделированию позволяет сохранить сильные стороны каждого подхода и устранить соответствующие недостатки. Оценка стока углерода в океане с 1959 по 2022 гг., полученная по этой гибридной модели, составляет 125±8 Пг C и аналогична по величине, но на 70% менее неопределённа, чем лучшая оценка Глобального углеродного бюджета.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2171/

Хотя Северный Ледовитый океан небольшой, его мелководные шельфы и высокопродуктивные прибрежные воды делают его важным компонентом глобального биогеохимического круговорота, особенно азота. Поскольку неорганические формы растворённого азота существуют в очень многих различных степенях окисления, круговорот его может быть весьма сложным. В этом обзоре авторы описывают современное понимание основных каналов доставки азота в поверхностные воды Арктики, а также ключевые физические и биологические процессы, ответственные за преобразование одной формы азота в другую. Также обсуждаются факторы окружающей среды, которые в настоящее время контролируют эти преобразования, и то, как это может измениться в будущей Арктике.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2024JG008088

Будущее изменение климата и его влияние на засуху имеют решающее значение для Узбекистана, расположенного в Центральной Азии, крупнейшей засушливой зоне мира. В этом исследовании изучается развивающаяся интенсивность изменений климата и засух с использованием мультимодельных ансамблей, полученных в ходе этапов 5 и 6 проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP5 и CMIP6) в рамках сценариев RCP и SSP. Прогнозы показывают разные темпы повышения температуры и осадков в рамках RCP и SSP. Ожидается, что к середине столетия прогнозируемое повышение температуры достигнет 2–2,5°C в рамках SSP1-2.6, SSP2-4.5 и SSP3-7.0. К 2080–2099 гг. прогнозируется повышение среднемесячных температур в течение года на 2–3°С (SSP1-2.6) и более выраженное повышение летом до 3–4°С (SSP2-4.5) и 4–6°C (SSP3-7.0), с заметным контрастом условий между горными и пустынными районами Узбекистана. Региональные изменения осадков за периоды исследования демонстрируют относительно небольшую изменчивость, за исключением Ферганской долины, где обнаруживаются заметные тенденции. В рамках SSP1-2.6 и SSP2-4.5 увеличение количества осадков относительно скромное, тогда как изменения в SSP3-7.0 более существенны, при этом в некоторых регионах колебания достигают 10–20 мм за период. Стандартизированный индекс эвапотранспирации осадков (SPEI), рассчитанный на основе прогнозируемой температуры и осадков, даёт оценку будущих тенденций засухи. Полученные результаты показывают увеличение засушливости при всех сценариях к середине столетия, а долгосрочные прогнозы указывают на стабилизацию вокруг различных значений SPEI к 2100 году: RCP2.6 и SSP1-1,9 стабилизируются на уровне -1,0; RCP4.5, RCP6.0, SSP2-4.5 и SSP3-7.0 − на уровне -1,5; в то время как сценарии RCP8.5 и SSP5-8.5 прогнозируют значения -2 или меньше к 2100 году. Заметные различия в индексе SPEI обнаружены между равнинными и предгорными регионами. Учитывая сильную зависимость Узбекистана от сельского хозяйства и ирригации, которые, как ожидается, больше всего пострадают от изменения климата, это исследование обеспечивает научную основу для принятия обоснованных политических решений. Это включает в себя различные аспекты, такие как планирование и управление водными ресурсами, а также более широкое социально-экономическое развитие страны.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/7/866

Оценка глобальных химико-климатических/транспортных моделей в верхней тропосфере – нижней стратосфере является важным шагом на пути к лучшему пониманию химического состава вблизи тропопаузы и, следовательно, к более точной оценке воздействия выбросов NO_x в эту область атмосферы, особенно дозвуковой авиацией. С этой целью настоящее исследование сосредоточено на оценке долгосрочного моделирования пяти глобальных моделей, основанных на измерениях на месте на борту пассажирского самолета (IAGOS). Большинство расчётов охватывают период 1995–2017 гг. и следуют общему протоколу среди моделей. Оценка сосредоточена на климатологических средних показателях озона (O₃), водяного пара (H₂O), оксида углерода (CO) и химически активных соединений азота (NO_y). Во внетропических регионах модели воспроизводят сезонность содержания озона, водяного пара и NO_y как в верхней тропосфере, так и в самой нижней стратосфере, но ни одна из них не воспроизводит весенний максимум CO в верхней тропосфере. Тропосферные индикаторы (CO и H₂O) имеют тенденцию недооцениваться моделями, что согласуется с завышенной оценкой межтропопаузального обмена, но не исключает других факторов, таких как недооценка выбросов CO, недооценка переноса с поверхности, или завышенное окисление CO гидроксильным радикалом OH. Большинство моделей систематически переоценивают содержание озона в верхней тропосфере, и уровень фона NO_x оказывается основным фактором, вносящим вклад в изменчивость содержания озона в разных моделях. Разделение между отдельными составляющими NO_y радикально меняется в разных моделях и служит источником неопределённости в отношении смеси NO_x и его воздействия на состав атмосферы и, в частности, на реакцию на выбросы NO_x от авиации. Однако, независимо от средних отклонений, выделяются некоторые хорошо воспроизводимые географические и сезонные распределения, такие как сезонные сдвиги зоны межтропической конвергенции над Африкой, максимум содержания H₂O в верхней тропосфере во время азиатского летнего муссона и внетропического озона (H₂O) в нижней стратосфере (в верхней тропосфере), которые показывают высокую корреляцию с наблюдениями. Эти особенности обнадеживают в отношении моделируемой динамики как в тропосфере, так и в стратосфере. Настоящее исследование подтверждает важность точного разделения между верхней тропосферой и нижней стратосферой с использованием динамического индикатора для оценки результатов модели, а также для взаимного сравнения моделей.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-2208/

Современное изменение климата беспрецедентно. В последние десятилетия это ускорило таяние ледников и полярных ледниковых щитов, что привело к повышению уровня моря. Этот перенос массы от полюса к экватору значительно увеличил сжатие Земли и продолжительность дня с 1900 года. Показано, что нынешние темпы увеличения выше, чем в любой момент ХХ века. В сценариях с высокими выбросами скорость роста продолжительности дня, вызванная климатом, будет продолжать увеличиваться и может достичь скорости, которая в два раза превышает нынешнюю, превосходя воздействие лунного приливного трения. Эти результаты свидетельствуют о беспрецедентном влиянии изменения климата на планету Земля и имеют значение, среди прочего, для точного хронометража и космической навигации.

Таяние ледниковых щитов и глобальных ледников вызывает повышение уровня моря, перенос масс от полюса к экватору, увеличивающий сжатие Земли и приводящий к увеличению продолжительности дня. Авторы используют наблюдения и реконструкцию изменений массы на поверхности Земли с 1900 года, чтобы показать, что вызванная климатом тенденция увеличения продолжительности дня колебалась между 0,3 и 1,0 мс/сут в ХХ веке, но с 2000 г. ускорилась до 1,33±0,03 мс/сут. Также показано, что поверхностный перенос массы полностью объясняет тенденцию к ускорению сжатия Земли, наблюдаемую в последние три десятилетия. Получена независимая оценка тенденции к уменьшению продолжительности дня, вызванной ледниковой изостатической корректировкой, равной 0,80±0,10 мс/сут, что обеспечивает ограничение вязкости мантии. Сумма этой скорости ледниковой изостатической корректировкой и лунного приливного трения полностью объясняет вековую тенденцию продолжительности дня, которая выводится из записей затмений за последние три тысячелетия до начала современного изменения климата. Прогнозы будущего потепления климата при сценариях высоких выбросов предполагают, что вызванная климатом скорость роста продолжительности дня может достичь 2,62±0,79 мс/сут к 2100 году, обогнав лунное приливное трение как единственный наиболее важный фактор, вносящий вклад в долгосрочные изменения продолжительности дня.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2406930121

Солнечное излучение влияет на различные аспекты городской жизни, такие как сбор энергии с помощью фотоэлектрических панелей, пассивное отопление зданий зимой, охлаждение систем кондиционирования летом и городской микроклимат. Городские цифровые двойники и 3D-модели городов могут поддержать исследования солнечной энергии в процессе городского планирования и предоставить ценную информацию для поддержки принятия решений на основе данных. В этом исследовании рассматривается расчёт солнечной радиации в масштабе города София с использованием данных дистанционного зондирования для большого контекста затенения в горном регионе и данных трёхмерных зданий. Его цель — изучить методы оптимизации геометрии, ограничения и проблемы производительности инструмента трёхмерного компьютерного проектирования (computer-aided design, CAD), предназначенного для мелкомасштабного анализа солнечной энергии и используемого в масштабе города. Два случая были рассмотрены в городском и районном масштабах соответственно. Общее число граней сеток для моделирования составило около 2 000 000. Всего было выбрано 64 379 крыш для всего города и 4796 зданий для одного района. Все расчёты выполнялись за один цикл и визуализировались на веб-платформе 3D. Использование среды 3D CAD обеспечивает плавный процесс обновления 3D-моделей и расчётов, а предварительная обработка в географической информационной системе обеспечивает работу с крупномасштабными наборами данных. Предложенный метод показал умеренное время вычислений для обоих случаев и в будущем может быть расширен для включения отраженного излучения и плотных фотограмметрических сеток.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/15/2700

Наземная биосфера играет важную роль в глобальном углеродном цикле, и существует признанная необходимость в регулярно обновляемых оценках обмена «суша-атмосфера» в региональном и глобальном масштабах. Международный ансамбль динамических глобальных моделей растительности (Dynamic Global Vegetation Models, DGVM), известный как проект «Тенденции и движущие силы наземных источников и стоков углекислого газа в региональном масштабе» (Trends and drivers of the regional scale terrestrial sources and sinks of carbon dioxide, TRENDY), количественно оценивает процессы биофизического обмена на суше и биогеохимические циклы в поддержку ежегодной оценки глобального углеродного бюджета и региональной оценки углеродного цикла и процессов, проект фазы 2. DGVM используют общий протокол и наборы управляющих данных. Набор факторных моделей позволяет отнести пространственно-временные изменения в процессах на поверхности суши к трём основным факторам глобальных изменений: изменениям в атмосферном содержании CO₂, изменению и изменчивости климата, а также изменениям в землепользовании и земельном покрове. Авторы описывают проект TRENDY, оценивают производительность DGVM с использованием данных дистанционного зондирования и других наблюдений и представляют результаты за современный период. Результаты моделирования показывают значительный глобальный сток углерода в естественную растительность в 2012–2021 гг., что объясняется эффектом удобрений CO₂ (3,8 ± 0,8 ПгС/год) и климатом (-0,58 ± 0,54 ПгС/год). Леса и полузасушливые экосистемы примерно в равной степени вносят вклад в среднее значение и тенденцию естественного стока на суше, а полузасушливые экосистемы продолжают доминировать в межгодовой изменчивости. Естественный сток компенсируется чистыми выбросами от изменений в землепользовании и земельном покрове (-1,6 ± 0,5 ПгС/год), при этом чистый сток на суше составляет 1,7 ± 0,6 ПгС/год. Несмотря на то, что наибольшие валовые потоки имеют место в тропиках, самый крупный чистый обмен между сушей и атмосферой, по модельным оценкам, происходит во внетропических регионах.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GB008102

Ускоренное потепление планеты, обусловленное антропогенным изменением климата, вызывает серьёзную тревогу, поскольку его эффект может оказаться масштабным, а последствия — широкомасштабными. Одним из последствий изменения климата, вызывающим значительный интерес со стороны учёных, политиков, средств массовой информации и широкой общественности, являются предполагаемые изменения в динамике инфекционных заболеваний. Изменение климата потенциально может изменить передачу болезней за счёт распространения инфекции на население, ранее не подвергавшееся воздействию, или за счёт ухудшения факторов риска. Однако существуют ограничения в способности специалистов прогнозировать климат и болезни, в том числе, как учесть изменения в поведении человека и как связать климатические/погодные явления исключительно с исходом инфекционного заболевания. Широкие заявления о влиянии климата на инфекционные заболевания могут оказаться бесполезными, поскольку эти взаимосвязи очень сложны и, вероятно, приводят к чрезмерному упрощению. Междисциплинарная область исследований климата и здоровья привлекает внимание тех, кто не занимается наукой, и на тех, кто участвует, лежит ответственность сообщать об атрибуции на доказательной основе для улучшения научной коммуникации и оптимизации государственных расходов. Неопределённость последствий изменения климата является призывом к действию, чтобы не допустить погружение систем Земли в неизведанное.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s44168-024-00115-3

Последнее поколение климатических моделей, которые легли в основу Шестого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), характеризуется наличием нескольких моделей с более высокой равновесной чувствительностью климата (Equilibrium Climate Sensitivities, ECS) и переходными климатическими реакциями (Transient Climate Responses, TCR), чем демонстрировало предыдущее поколение. Частично по этой причине в Шестом докладе не приведены какие-либо прямые количественные оценки ECS и TCR на основе моделирования 4×CO₂ и 1pctCO₂, а при оценке фактических ECS и TCR Земли использовались другие данные. Здесь использованы исторические наблюдения глобальной средней температуры и результаты моделирования, полученные в рамках проекта взаимного сравнения моделей обнаружения и атрибуции, чтобы ограничить рамки ECS, TCR и историческое охлаждение, связанное с аэрозолями. Введены критерии аддитивности, которые исключают 8 из 16 участвующих моделей из рассмотрения в расчётах усреднения по нескольким моделям. На основе оставшихся восьми моделей получена средняя скорректированная ECS 3,5 ± 0,4 K и TCR 1,8 ± 0,3 K (обе при доверительной вероятности 68%). Обе согласуются с оценками Шестого доклада, но со значительно меньшими неопределённостями. Кроме того, важно, что оптимальное охлаждение из-за кратковременных климатических факторов, согласующееся с наблюдаемыми температурными рекордами, должно в среднем составлять около 47% ± 39% от того, что эти модели оценивают в своих расчётах при учёте только аэрозолей. Это даёт среднее по мультимодельному ансамблю глобальное среднегодовое похолодание из-за краткосрочных климатических факторов за 2000–2014 гг. по сравнению с 1850–1899 гг., равное 0,24 ± 0,11 K (при доверительной вероятности 68%). Оценка соответствует, но находится в нижней части весьма вероятного диапазона неопределённости Шестого доклада МГЭИК. Существует корреляция между модельными ECS и аэрозольным охлаждением, при этом модели с большими ECS, как правило, также связаны с сильным аэрозольным охлаждением. Результаты подразумевают, что уменьшение охлаждения, связанного с аэрозолями, наряду с более умеренной корректировкой потепления, обусловленного парниковыми газами, для большинства моделей приведёт к тому, что историческая средняя глобальная температура, воспроизведённая этими моделями, будет лучше согласовываться с наблюдениями.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/8105/2024/

Снег — самая отражающая естественная поверхность на Земле. Поскольку свежий снег на голом морском льду увеличивает альбедо поверхности, воздействие накопления снега летом может иметь отрицательный радиационный эффект, который будет препятствовать таянию поверхности морского льда и потенциально замедлять его исчезновение. Однако неизвестно, как часто, где и когда на арктическом морском льду происходят летние снегопады. В этом исследовании авторы использовали натурные и модельные данные о глубине снежного покрова в сочетании с альбедо поверхности и атмосферными условиями, полученными со спутников, чтобы охарактеризовать летнее накопление снега на арктическом морском льду с 2003 по 2017 гг. Обнаружено, что в Арктике ежегодно в первоначально бесснежных условиях происходило ~2 случая накопления снега. Средняя высота снега и увеличение альбедо составили ~2 см и 0,08 соответственно. 16,5% случаев накопления снега были оптически толстыми (глубиной >3 см) и длились на 2,9 дня дольше, чем среднее событие накопления снега (3,4 дня). На основе простой модели переноса излучения с многократным рассеянием авторы оценили изменение среднегодового радиационного воздействия в верхних слоях атмосферы на -0,086 ± 0,020 Вт/м² для летних снегопадов в 2003–2017 гг. Работа предоставляет новую информацию о частоте, распределении и продолжительности наблюдаемых явлений накопления снега над арктическим морским льдом летом. Такие результаты могут быть особенно полезны для понимания воздействий эфемерной летней погоды на альбедо поверхности и на радиационное воздействие на арктический морской лёд, а также для оценки климатическими моделями летних атмосферно-ледяных процессов.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD040667