Влияние аэрозолей на арктическую систему по-прежнему связано со значительными неопределённостями, особенно в отношении чёрного углерода. Полярная аэрозольная станция «Остров Белый», расположенная в Карском море (Западно-Сибирская Арктика), была создана для улучшения мониторинга аэрозолей в Арктике. Непрерывные измерения in situ с 2019 по 2022 гг. выявили долгосрочные эффекты поглощающего свет углерода. В холодный период среднегодовой коэффициент поглощения света составлял 0,7 ± 0,7 Мм⁻¹, уменьшаясь примерно в 2–3 раза в тёплый период. Межгодовое среднее значение показало пик в феврале (0,9 ± 0,8 Мм⁻¹), десятикратно меньший минимум в июне и высокую изменчивость в августе (0,7 ± 2,2 Мм⁻¹). Показатель поглощения Ангстрема указал на присутствие смешанного и старого чёрного углерода. Увеличение до 1,5 на более коротких длинах волн с апреля по сентябрь предполагает вклад поглощающего свет коричневого углерода. Среднегодовой эквивалентный чёрный углерод продемонстрировал значительную межгодовую изменчивость, с самым низким показателем в 2020 году (24 ± 29 нг м⁻³). Значительная разница наблюдалась между периодами арктической дымки и сибирских лесных пожаров, с рекордно высокими уровнями загрязнения в феврале 2022 года (110 ± 70 нг м⁻³) и августе 2021 года (83 ± 249 нг м⁻³). В холодное время года 92% поверхностного чёрного углерода было отнесено к антропогенным источникам, в основном от сжигания попутного газа. Напротив, в тёплый период сибирские лесные пожары внесли вклад в концентрацию чёрного углерода на 47%. Примечательно, что в августе 2021 года беспрецедентное количество дыма было перенесено от лесных пожаров в Якутии на больших высотах, что ознаменовало самый сильный пожароопасный сезон в регионе за последние четыре десятилетия.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-3124/

Возобновляемая энергия необходима для декарбонизации энергосистемы, но длительные и неожиданные периоды крайне низкого уровня ветровых и солнечных ресурсов (т.е. ветровые и солнечные засухи) представляют угрозу надёжности. Проблема ещё больше усугубляется, если дефицит этих двух ресурсов происходит одновременно или если они одновременно влияют на соседние сети. Здесь представлена структура для характеристики этих событий и предложены три показателя для всесторонней оценки качества возобновляемой энергии: доступность ресурсов, изменчивость и экстремальность. Изучение долгосрочных данных по обширному географическому региону показывает сильную пространственную корреляцию и временное совпадение засух возобновляемой энергии. Оно также обнаруживает отсутствие участков, выделяющих все три атрибута качества, что представляет собой трилемму для инвесторов, системных планировщиков и политиков. Эти результаты подчёркивают важность учёта факторов, выходящих за рамки простой доступности ресурсов, и способствуют разработке обоснованных стратегий для надёжного и устойчивого развёртывания переменных энергетических ресурсов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01850-5

Авторы «суммируют вклады в Тематическую коллекцию по качеству климатической информации для поддержки принятия решений по адаптации». На основе этих вкладов извлекаются некоторые дополнительные уроки для разработки высококачественной климатической информации и услуг посредством соединения парадигмы «сначала достоверность» (примером которой является предоставление информации в подходе «сверху вниз» от систематического масштабирования или прогнозов воздействия) и парадигмы «сначала значимость» (примером которой служат адаптированные под пользователя информационные продукты или сюжетные линии), в целях определения их соответствующих сильных сторон и вариантов использования. Авторы подчёркивают, что более тонкое коллективное понимание качества климатической информации и услуг будет полезным для пользователей и поставщиков и в конечном итоге будет способствовать принятию более уверенных и эффективных, а также политических решений по адаптации к климату.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03823-1

Ожидается, что динамика лесных пожаров будет следовать за изменениями климата. Несмотря на прогнозируемое увеличение количества осадков, повышение температуры увеличит риск лесных пожаров с настоящего момента до конца века. Авторы проанализировали изменения в сезоне лесных пожаров, числе пожаров и площади выгоревших участков в Фенноскандии с 1951 по 2100 гг. Региональные расчёты с использованием модели экосистемы JSBACH–SPITFIRE были выполнены в рамках двух сценариев воздействия изменения климата (RCP4.5 и RCP8.5) и трёх моделей глобальных климатических факторов (CanESM2, CNRM-CM5 и MIROC5) с разрешением 0,5°. При моделировании использовались данные EURO-CORDEX с уменьшенным масштабом и скорректированным смещением. В целом, вследствие прогнозируемого более длительного пожарного сезона и более сухого топлива, вероятность пожаров увеличится. Однако изменения в пожарном сезоне, числе пожаров и выжженной площади в значительной степени зависят от климатических прогнозов и местоположения. По оценкам, пожарный сезон увеличится в среднем с 20±7 до 52±12 дней, начиная с 10±9 до 23±11 дней раньше и заканчивая с 10±10 до 30±16 дней позже к концу столетия (2071–2100 гг.), по сравнению с базовым периодом (1981–2010 гг.). Результаты по Финляндии указывают на изменение числа пожаров в диапазоне от −7 ± 4% до 98 ± 56%, а также на изменение площади выгоревших лесов в диапазоне от −19 ± 24% до 87 ± 42%. Эти результаты способствуют лучшему пониманию потенциальных изменений в будущих пожароопасных сезонах в Северной Европе.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/4739/2024/

Тропосферный озон является результатом химического образования in situ и обмена между стратосферой и тропосферой, причём последний более важен в средней и верхней, чем в нижней тропосфере. Фотохимическое образование озона нелинейно и является результатом окисления метана и неметановых углеводородов (non-methane hydrocarbons, NMHC) в присутствии оксида азота (NO_x=NO+NO₂). Предыдущие исследования показали, что краткосрочные и долгосрочные тенденции содержания O₃ нелинейно контролируются приповерхностными антропогенными выбросами оксида углерода (CO), летучих органических соединений (volatile organic compounds, VOC) и оксидов азота, на которые также может влиять дальний перенос O₃ и его предшественников. Кроме того, несколько исследований продемонстрировали важную роль обмена между стратосферой и тропосферой в повышении содержания озона, особенно в средних широтах. В этой статье авторы исследуют пространственную изменчивость и тенденции содержания тропосферного озона с 2005 по 2019 гг. и связывают их с предшественниками озона в глобальном и региональном масштабах. Также исследуются пространственно-временные характеристики режима образования озона в связи с химическими источниками и стоками озона. Анализ основан на продуктах дистанционного зондирования тропосферного столба озона (TrC-O₃) и его предшественников, диоксида азота (TrC-NO₂), формальдегида (TrC-HCHO) и суммарного столба CO (TC-CO), а также озонозондовых данных и модельных расчётах. Результаты авторов указывают на сложную взаимосвязь между уровнями столба тропосферного озона, концентрациями озона у поверхности и его предшественниками. В то время как тенденции к росту концентраций приповерхностного озона можно в значительной степени объяснить изменениями концентрации VOC и NO_x в различных режимах, на TrC-O₃ могут также влиять другие переменные, такие как высота тропопаузы и обмен между стратосферой и тропосферой, а также дальний перенос. Тенденции к снижению или повышению TrC-NO₂ оказывают разное влияние на TrC-O₃, что связано с различной локальной химией в каждом регионе. Также проливается свет на вклад молний в NO_x и выбросов NO и азотистой кислоты (HONO) в тенденции содержания тропосферного озона в региональном и глобальном масштабах.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/12225/2024/

Традиционные стратегии управления водными ресурсами часто предполагают, что распределение вероятностей остаётся постоянным с течением времени. Однако это не так, вследствие того, что изменение климата и деятельность человека значительно изменили глобальный водный цикл. Это исследование представляет собой комплексный анализ для количественной оценки изменений в глобальном водном цикле с учётом возникающих долгосрочных тенденций, сезонных сдвигов и изменений в экстремальных явлениях. Интегрируя передовые измерения дистанционного зондирования и моделирование земной системы с инновационными методами анализа, авторы изучают, как изменчивость климата и деятельность человека изменили глобальный водный цикл за последние два десятилетия. Выводы дают существенную информацию для улучшения управления водными ресурсами, устойчивости инфраструктуры и разработки адаптивных систем раннего оповещения и мониторинга.

Изменение климата и деятельность человека существенно влияют на глобальный цикл пресной воды, вызывая нестационарные процессы, поскольку его распределение смещается с течением времени, однако всеобъемлющее понимание этих изменений остаётся неуловимым. Авторы разработали реанализ для суши на основе данных дистанционного зондирования и оценили нестационарность и взаимосвязи между компонентами глобального водного цикла с 2003 по 2020 гг. Выделены 20 регионов-горячих точек, где наземное хранение воды демонстрирует сильную нестационарность, затрагивая 35% мирового населения и 45% площади, охваченной орошаемым земледелием. Возникающие долгосрочные тенденции доминируют чаще всего (48,2%), за ними следуют сезонные сдвиги (32,8%) и изменения экстремальных значений (19%). В частности, в средних широтах это охватывает 34% территорий Азии и 27% - Северной Америки. Структуры нестационарности и их доминирующие типы различаются в зависимости от других компонентов водного цикла, включая осадки, эвапотранспирацию, сток и валовую первичную продукцию. Эти различия также проявляются уникально в регионах горячих точек, иллюстрируя сложные способы, которыми каждый компонент реагирует на изменение климата и управление водными ресурсами человеком. Авторы подчёркивают важность учёта нестационарности при оценке информации о водном цикле для разработки стратегий устойчивого использования водных ресурсов, повышения устойчивости к экстремальным явлениям и эффективного решения других проблем, связанных с изменением климата.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403707121

Интенсификация сельского хозяйства после «Зелёной революции»* привела к значительному росту урожайности, но также увеличила антропогенные выбросы парниковых газов. Здесь, предоставляя глобальную комплексную количественную оценку «от колыбели до ворот», от семени до урожая, авторы показывают, что потенциал глобального потепления (ПГП) традиционного сельского хозяйства зерновых культур увеличился в восемь раз с 1961 по 2020 гг., тогда как индекс устойчивости снизился в три раза. Обработка почвы, синтетические удобрения и орошение в совокупности составили 90% увеличенного ПГП, связанного с десятикратным увеличением удобрения и использования грунтовых вод и более чем удвоением механизированных и орошаемых площадей. Выделены регионы с высоким ПГП и низким индексом устойчивости, такие как Южная Азия, и прогнозируется дальнейшее трёхкратное увеличение ПГП сельского хозяйства к 2100 году по сравнению с 2020 годом (3,3 ± 0,73 ПгCO_2e), вызванное снижением эффективности использования ресурсов. Зелёная энергетика и климатически оптимизированные методы ведения сельского хозяйства могут снизить прогнозируемый ПГП в 2100 году до 2,3 ПгCO_2-экв. и увеличить индекс устойчивости в четыре раза. *«Зелёная революция» — комплекс изменений в сельском хозяйстве развивающихся стран, имевший место в 1940–1970-х гг.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02170-4

Ингибирование* дыхания листьев светом является важным, но часто упускаемым из виду компонентом при оценке дыхания экосистемы. Однако текущие оценки ингибирования дыхания экосистемы светом смещены из-за игнорирования влияния факторов влажности. Авторы разработали новый метод машинного обучения с физическими ограничениями для количественной оценки степени ингибирования светом (Reli), обусловленного множеством факторов в глобальных экосистемах. Полученные результаты выявили значительные сезонные колебания скорости ингибирования светом, соответствующие росту растительности. Температура в основном влияла на колебания Reli, а связь между температурой и Reli регулировалась дефицитом давления пара, а не содержанием влаги в почве. Переоценка дыхания глобальной экосистемы показала, что текущие модели земной системы переоценивают дыхание экосистемы в засушливых регионах средних и высоких широт, при этом глобальная средняя сила ингибирования светом составляет 0,51 (±0,16). Полученные в ходе этого исследования знания дают точное понимание ингибирования светом, обусловленного сочетанием температуры и влажности при моделировании углеродного цикла. 

*Ингибирование — полное или частичное подавление, торможение процесса

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL112146

Процессы на суше влияют на состояние атмосферы, контролируя потоки энергии, воды и углерода с суши в атмосферу. Предыдущие исследования показали, что неопределённость используемых параметров приводит к неопределённости потоков на поверхности суши. Однако влияние неопределённости процессов на суше на климатическую систему остаётся недостаточно изученным. Авторы количественно оценивают, как предположения о процессах на суше влияют на климат, используя ансамбль возмущённых параметров для 18 параметров суши в модели Community Earth System Model версии 2 в доиндустриальных условиях. Обнаружено, что диапазон параметров суши, основанный на наблюдениях, генерирует биогеофизические обратные связи, существенно влияющие на среднее состояние климата, в основном за счёт изменения эвапотранспирации. Глобальная средняя температура поверхности суши колеблется на 2,2°C по рассмотренному ансамблю (σ = 0,5°C), а изменения осадков были значительными и пространственно неоднородными. Этот анализ показывает, что влияние неопределённости параметров суши на потоки на поверхности распространяется на всю земную систему и даёт представление о том, где и как она влияет на климат.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL108372

Глобальное изменение климата влияет на амплитуду сезонного цикла атмосферного CO₂ (АСЦ), причём наиболее сильное её увеличение происходит в северных высоких широтах (>45° с.ш.). В этом обзоре изучаются изменения и основные механизмы, влияющие на АСЦ северных высоких широт, уделено особое внимание арктическим и бореальным наземным экосистемам. Широтные градиенты АСЦ в значительной степени определяются сезонностью температуры и первичной продукции, а также их влиянием на динамику углерода в экосистеме. В северных высоких широтах АСЦ увеличилась на 50% с 1960-х годов, в основном из-за усиления сезонности суммарного обмена углекислого газа в наземных экосистемах северных высоких широт. Температура сильнее всего влияет на эту тенденцию из-за воздействия потепления на продолжительность вегетационного периода и продуктивность растений; эффекты удобрения CO₂ играют второстепенную роль. Евразийские бореальные экосистемы оказывают наиболее сильное влияние на АСЦ, а весна и лето являются наиболее влиятельными сезонами. Усиленное дыхание экосистемы в невегетационный период демонстрирует наибольшую неопределённость в реакции АСЦ на глобальные и ландшафтные факторы. Наблюдаемые изменения в сезонной амплитуде, как ожидается, продолжатся. Основные приоритеты включают больший охват потоков углерода и расширение сетей наблюдения за экосистемами, особенно в экосистемах тундры, и включение таких факторов, как растительный покров и многолетняя мерзлота, в модели для лучшего описания сезонной динамики суммарного обмена CO₂ в северных высоких широтах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-024-00600-7