Метод машинного обучения используется для выявления источников долгосрочной предсказуемости ЭНЮК в океане (температура поверхности моря (ТПМ) и теплосодержание) и атмосфере (приземный зональный ветер (U10)). Тропическая ТПМ представляет собой основной источник для прогнозирования. Хотя U10 не увеличивает качество, когда он связан с ТПМ, анализ показывает, что один только U10 обладает качествами прогнозирования, сравнимыми с качествами ТПМ, на период от 11 до 21 месяца вперёд, с поздней осени до поздней весны. Сигнал с длинным опережением возникает в результате взаимодействия ветра и ТПМ в Индийском океане и распространяется через Тихий океан посредством механизма атмосферного моста. Линейный корреляционный анализ подтверждает этот механизм, предполагая наличие предвестнической связи между аномалиями ТПМ на западе и ветром на востоке Индийского океана. Эти результаты имеют важное значение для прогнозов ЭНЮК на один ближайший год и определяют ключевую роль U10 над Индийским океаном.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105194

Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) в условиях потепления климата широко изучалось, но реакции после 2100 года уделялось мало внимания. Здесь, используя долгосрочное моделирование, авторы обнаружили, что, хотя изменчивость ЭНЮК демонстрирует разнообразные изменения в краткосрочной перспективе, к 2300 году произойдёт значительное снижение его изменчивости. Продолжающееся потепление после 2100 года «подталкивает» температуру поверхности моря выше порога конвекции над восточной частью Тихого океана, вызывая коллапс среднего экваториального апвеллинга с усиленной глубокой конвекцией. Показано, что ослабленная обратная связь термоклина из-за коллапса апвеллинга и увеличения коэффициента теплового расширения, а также усиленного термодинамического затухания имеет решающее значение для уменьшения амплитуды ЭНЮК в условиях устойчивого потепления. Эти результаты предполагают пороговое поведение в тропической части Тихого океана, где конвективная атмосфера над восточной экваториальной частью Тихого океана вызывает резкие сдвиги в изменчивости ЭНЮК. Этот порог не преодолевается в сценариях с низким уровнем выбросов. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02061-8   

С момента запуска TROPOMI на спутнике Sentinel-5 Precursor (S5P) наблюдения за NO2 стали доступны с разрешением 3,5× 5 км, что делает возможным мониторинг выбросов NOx в масштабах городских районов и промышленных объектов. В Европе данные о выбросах сообщаются ежегодно по странам и крупным промышленным объектам и публикуются через Европейское агентство по окружающей среде (European Environment Agency, EEA). Спутниковые наблюдения могут предоставить независимую и более своевременную информацию о выбросах NOx. Была разработана новая версия алгоритма инверсии DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations, дневные выбросы, ограниченные спутниковыми наблюдениями) для расчёта выбросов в Европе на ежедневной основе, усреднённых по среднемесячным картам. Оценочная точность этих ежемесячных выбросов составляет около 25% для отдельных ячеек сетки. Эти данные DECSO о полученных со спутников выбросах, сравнивались с официально сообщаемыми европейскими выбросами и пространственно-временными дезагрегированными кадастрами выбросов. Общие выбросы DECSO NOx по стране близки к зарегистрированным выбросам и выбросам, собранным Службой мониторинга атмосферы «Коперник» (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS). Сравнение пространственно распределённых выбросов NOx от DECSO и CAMS показало, что выбросы, полученные со спутников, часто выше в городах, в то время как они близки для крупных электростанций и немного ниже в сельской местности.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7523/2024/

Летний азиатский муссон имеет сильную конвекционную составляющую, благодаря которой аэрозоли могут подниматься в нижние слои стратосферы. Из-за обычно длительного времени жизни и переноса на большие расстояния аэрозоли остаются там гораздо дольше, чем в тропосфере, а также могут переноситься по всему земному шару. Целью данного исследования является синергия между результатами химической лагранжевой модели стратосферы (CLaMS) и измерениями KARL (Koldewey Aerosol Raman Lidar) в AWIPEV*, Ню-Олесунн в Арктике, путём сравнения результатов CLaMS с образцовыми днями лидарных измерений, а также анализа стратосферного аэрозольного фона. Авторы использовали глобальное трёхмерное моделирование лагранжева переноса, включая трассеры поверхностного происхождения, а также обратные траектории, чтобы идентифицировать области источников аэрозольных частиц, измеренных над Ню-Олесунном. Они проанализировали лидарные данные за 2021 год и обнаружили, что стратосфера в целом оставалась ясной, без явных слоев аэрозоля от извержений вулканов или сжигания биомассы. Тем не менее был обнаружен очевидный годовой цикл коэффициента обратного рассеяния с более высокими значениями в конце лета-осенью и более низкими значениями в конце зимы. Результаты работы модели CLaMS показывают, что с конца лета до начала осени нити с высоким содержанием воздуха, происходящие из Южной Азии – одного из самых загрязнённых регионов мира – достигают Арктики на высотах между 360 и 380 К потенциальной температуры. Авторы обнаружили совпадающее измерение между прохождением такой нити и лидарными наблюдениями и подсчитали, что обратное рассеяние и деполяризация увеличились примерно на 15% во время этого события по сравнению с фоновой концентрацией аэрозоля. Таким образом, показано, что азиатский летний муссон является слабым, но измеримым источником арктических стратосферных аэрозолей в конце лета – начале осени.

*AWIPEV - французско-немецкая исследовательская база в Ню-Олесунне, Шпицберген, организованная совместно Немецким институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) и Французским полярным институтом им. Поля-Эмиля Виктора (IPEV).

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7535/2024/

Новое исследование предполагает, что морская жизнь всё чаще сталкивается с тройной угрозой: экстремальной температурой воды, низким уровнем кислорода и подкислением воды. 

Морская жизнь в толще воды зависит от правильного сочетания температуры воды, кислотности и уровня кислорода, поэтому такие существа, как рыбы и планктон, могут сильно пострадать от сильных региональных колебаний любого из этих параметров. Когда два или даже все три «выходят из строя», окружающая среда может стать непригодной для жизни для многих видов. 

Поскольку изменение климата, как правило, приводит к нагреванию океана, повышению его кислотности и снижению уровня кислорода, растёт обеспокоенность по поводу этих региональных событий с множеством угроз, известных как экстремальные явления, связанные с комплексными угрозами. 

Теперь Вонг и др. (Wong et al.) сообщают, что с начала 1960-х годов крайности в отношении комплексных угроз усиливались: увеличивались в объёме, длились дольше и возникали чаще. Команда пришла к этим выводам, используя модель системы Земли для создания компьютерного моделирования верхних 300 метров Мирового океана с 1961 по 2020 гг. 

Анализ показывает, что к 2020 году экстремальные явления с сочетанием трёх угроз — события, включающие сближение экстремальных температур, высокой кислотности и низкого уровня кислорода — занимали в 39 раз больший объём океана, длились в три раза дольше и были в шесть раз более интенсивными, чем в начале 1960-х гг. Эти явления тройной угрозы происходят в тропических водах и в северной части Тихого океана и, как правило, связаны с циклическим глобальным климатическим режимом, известным как Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК). 

Моделирование также показало, что в целом экстремальные условия двойной и тройной угрозы длятся 10–30 дней и уменьшают количество обитаемого пространства в затронутой толще воды до 75%. Изменение климата, вызванное антропогенной деятельностью, является основной движущей силой эскалации этих экстремальных явлений. 

Эти результаты могут стать основой для дальнейших исследований воздействия экстремальных значений комплексных угроз на различные виды, экосистемы и рыболовство. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001059, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/in-hot-water-and-beyond-marine-extremes-escalate

Гидрологическое моделирование предполагает, что к 2100 году более 65% населения мира может, по крайней мере время от времени, не иметь доступа к чистой воде. 

Она падает с неба и в некоторых частях мира свободно вытекает из кранов. Но доступ к чистой воде является проблемой для значительной части населения, и в ближайшие десятилетия ситуация может только ухудшиться, как показывают новые модельные исследования. Около 55% населения мира в настоящее время испытывают проблемы с доступом к чистой воде как минимум один месяц в году, а к 2100 году это число может превысить 65%, подсчитали исследователи. Исследователи предполагают, что минимизация дефицита воды сейчас и в будущем будет зависеть от ограничения использования воды, уменьшения загрязнения и смягчения последствий изменения климата. 

От сельского хозяйства до производства, приготовления пищи и питья — существование человека неразрывно связано с наличием чистой воды. Эта потребность отражена в цели 6 ООН в области устойчивого развития, одной из 17 целей, представляющих задачи глобального развития. 

Но надёжный доступ к чистой воде во многих частях мира представляет собой танец: доступность и спрос на воду должны быть синхронизированы не только географически, но и во времени, сказал Эдвард Джонс (Edward Jones), специалист по гидрологии и моделированию качества воды в Утрехтском университете в Нидерландах. «Существуют сильные сезонные колебания доступности и качества и, в некоторой степени, спроса». 

Количество и качество 

Джонс и его коллеги использовали гидрологическую модель для оценки дефицита воды во всём мире до 2100 года. 

Одним из инновационных аспектов их исследований был учёт не только количества воды (традиционный фокус исследований дефицита воды), но и качества воды. «Мы выходим за рамки более традиционного образа», — сказал Джонс. 

Хотя нехватка воды является очевидной проблемой: «Если мы открываем кран, а вода не течёт, это очень заметно», — сказал Джонс, — проблема качества воды не менее важна. «Это всегда был невидимый брат доступности воды», — продолжил он. «Пришло время задуматься и о качестве воды». 

Чтобы оценить количество и качество воды, Джонс и его коллеги рассмотрели пять глобальных климатических моделей. Результаты этих моделей — температура воздуха, осадки и суммарное испарение — в свою очередь, используются в гидрологической модели, которая отражает круговорот воды и то, как вода перемещается между поверхностными и подземными резервуарами. По словам Джонса, было важно проанализировать несколько климатических моделей, потому что в каждой из них есть некоторая неопределённость. «Мы пытаемся показать диапазон того, что может произойти». 

Гидрологическая модель, которую использовала команда, параметризовала потребности в воде в бытовом, промышленном, животноводческом и ирригационном секторах. Исследователи также полагались на отдельную модель качества поверхностных вод, учитывавшую потенциальные загрязнители воды, вызванные антропогенной деятельностью, такой как сельскохозяйственные стоки и неправильное управление сточными водами. Эти загрязнители включали соли, органические загрязнения и бактериальные патогены. 

По словам Джонса, допустимые уровни загрязнения могут варьироваться в зависимости от того, как используется вода. «Мы рассматриваем разные пороговые значения, связанные с разными секторами». Вода, предназначенная для бытового использования, должна была иметь наименьший уровень загрязнения, а вода, используемая для орошения, могла быть наиболее загрязнённой. 

Чтобы выяснить, как дефицит воды будет развиваться с течением времени, Джонс и его коллеги рассмотрели три сценария, сочетающие пути репрезентативной концентрации (RCP) и общие социально-экономические пути (SSP). Эти сценарии описывают не только экологические изменения температуры воздуха, осадков и суммарного испарения, связанные с изменением климата, но также социальные сдвиги, такие как рост населения, урбанизация, а также технологическое и экономическое развитие. Исследователи рассмотрели ежемесячные результаты своего моделирования в ячейках сетки размером примерно 10 × 10 километров. 

Важность эффективности 

Исследователи были удивлены, обнаружив, что рассматриваемый ими наихудший сценарий — RCP 8.5 и SSP 5 — не привёл к тому, что наибольшее количество людей столкнулось с нехваткой чистой воды. Исследователи объяснили этот результат ускорением экономического развития и повышением эффективности использования воды, заложенным в этот конкретный SSP. Сценарий, определенный RCP 7.0 и SSP 3, привёл к тому, что самая большая популяция испытывает нехватку чистой воды, сообщила команда в журнале Nature Climate Change. 

При интерпретации подобных результатов важно помнить их контекст, говорит Бриджит Скэнлон (Bridget Scanlon), гидролог из Техасского университета в Остине, не участвовавшая в исследовании. Например, выбор авторов параметризовать дефицит чистой воды как отсутствие доступа к чистой воде всего один месяц в году является довольно консервативным, сказала Скэнлон. «Вероятно, вы сможете справиться с дефицитом один месяц в году». По её словам, сосредоточение внимания на длительной нехватке воды, вызванной, например, многолетними засухами, может быть более наглядным способом рассмотрения проблемы нехватки чистой воды. Однако другие исследования также рассматривали дефицит воды на основании нехватки воды, возникающей один месяц в году. 

В этой работе также рассматривался лишь ограниченный диапазон загрязнителей воды и не учитывались такие соединения, как мышьяк и нитраты, сказала Скэнлон, ведущая подкаста о водных ресурсах. «Они не принимают во внимание природные загрязнения». По её словам, это упущение могло привести к тому, что результаты команды были занижены. «Всё может быть даже хуже, чем то, что они преподносят». 

Джонс и его коллеги признали, что сокращение дефицита чистой воды в будущем потребует согласованных усилий. Существует три проблемы, которые необходимо решить, и каждая из них представляет собой не что иное, как серьёзное предприятие: ограничение изменения климата, сокращение использования воды и минимизация загрязнения окружающей среды. «Эти три аспекта действительно являются ключевыми», — сказал Джонс.

Ссылка: https://eos.org/articles/water-scarcity-likely-to-increase-in-the-coming-decades

Оценка физических климатических рисков имеет решающее значение для обоснования политики и финансирования адаптации. Однако научно обоснованные и прозрачные решения для оценки климатических физических рисков ограничены, что усугубляет пробел в адаптации. Авторы предоставляют методологию, позволяющую количественно оценить физические риски для геолокализованных производственных активов с учётом их подверженности хроническим и сильным воздействиям (ураганам) в рамках сценариев Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Затем авторы переводят потрясения на уровне активов в экономические и финансовые потери. Эта методология была применена к Мексике, стране, которая сильно подвержена физическим рискам и получает адаптационное финансирование и иностранные инвестиции. Показано, что потери инвесторов недооцениваются до 70% при игнорировании информации на уровне активов и до 82% при игнорировании «хвостовых острых» рисков. Таким образом, игнорирование уровня активов и острых аспектов физических рисков приводит к большим ошибкам в определении ответных мер политики адаптации, инвестиций и финансовых инструментов, направленных на повышение устойчивости к изменению климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48820-1

Истощение кислорода представляет собой серьёзную угрозу для озёрных экосистем и предоставляемых ими услуг. Большинство озёр мира расположены севернее 45° с.ш., где ускоренное потепление климата и повышенная нагрузка углерода могут серьёзно увеличить риск гипоксии, но это не изучалось систематически. Здесь анализ 2,6 миллиона наблюдений за качеством воды из 8288 озёр показывает, что в период с 1960 по 2022 гг. в большинстве северных озёр наблюдалась быстрая потеря кислорода, тесно связанная с вызванным климатом продлением летней стратификации. Уровень кислорода больше всего снизился в небольших озёрах (<10 га) из-за их большей объёмной потребности в кислороде и скорости потепления поверхности, тогда как самые крупные озёра получали кислород при минимальных изменениях стратификации и улучшенной аэрации при весенних половодьях. Сезонные темпы потребления кислорода снизились, несмотря на повсеместное потемнение. Распространяющаяся аноксия усиливает сезонную внутреннюю нагрузку углерода C, фосфора P и азота N, но истощает P в долгосрочной перспективе, что указывает на то, что дезоксигенация может истощать окислительно-восстановительно-чувствительные фракции резервуаров питательных веществ в отложениях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02058-3

Тепловые насосы стали ключевой технологией для сокращения энергопотребления и выбросов парниковых газов. В этом исследовании оценивается потенциальный переход на тепловые насосы «воздух-воздух» в Тулузе, Франция, где традиционное отопление помещений разделено между электрическими и газовыми источниками. В этом контексте авторы обнаружили, что тепловые насосы «воздух-воздух» сокращают потребление тепловой энергии на 57–76%, при этом потребление энергии для электрического отопления снижается на 6–47%, что приводит к практически полному отсутствию локальных связанных с отоплением выбросов CO₂. Наблюдается небольшое снижение температуры приземного воздуха до 0,5°C во время похолоданий, что связано с уменьшением явного теплового потока, но это вряд ли повлияет на эффективность работы тепловых насосов «воздух-воздух». Хотя структура тепловой энергии Тулузы способствует значительной экономии энергии, потребление электроэнергии может увеличиться в городах, где преобладают газ или другие источники ископаемого топлива. Более того, поскольку эффективность тепловых насосов «воздух-воздух» варьируется в зависимости от внутренних и внешних условий, их воздействие на электрическую сеть более сложное, чем у обычных систем отопления. Результаты свидетельствуют о важности согласования изменений в системе отопления с устойчивым производством электроэнергии для максимизации экологических выгод. Исследование подчёркивает сложный баланс между технологическими достижениями в области отопления и их более широкими экологическими и политическими последствиями, предлагая ключевые идеи для городской энергетической политики и усилий по устойчивому развитию.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-49836-3

Тропосферный озон является серьёзным загрязнителем воздуха, оказывающим существенное неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Сложная динамика образования, распределения и воздействия озона на здоровье подчёркивает необходимость всестороннего изучения этого загрязнителя. Несмотря на хорошо документированные риски для здоровья, в том числе, по оценкам, ежегодно обусловленных воздействием озона 423 100 смертей, миллионы людей в крупных странах продолжают подвергаться вредному для здоровья влиянию. Примечательно, что эпидемиологические данные, связывающие долгосрочное воздействие озона с последствиями для здоровья, ограничены по сравнению с исследованиями краткосрочного воздействия, поэтому некоторые выводы остаются неполными. Нормативные стандарты различаются во всём мире, при этом реализация рекомендации Всемирной организации здравоохранения о 8-часовом среднем пределе в 50 частей на миллиард для защиты общественного здравоохранения остаётся неоднородной. В результате часто в отдельных странах приняты стандарты значительно выше рекомендованного предела. Выбросы от дизельных и бензиновых транспортных средств являются основными источниками летучих органических соединений и NOx в городских районах, и их сокращение является ключевой стратегией. Кроме того, изменение климата может усугубить загрязнение озоном за счёт увеличения выбросов естественных предтеч, что приведёт к повышению уровня приземного озона в загрязнённых регионах, таких как восточная часть США, южная Европа и некоторые части Азии. Эффективное решение проблемы тропосферного озона требует комплексного подхода, учитывающего как естественные, так и антропогенные источники, для снижения концентрации и смягчения последствий для здоровья.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/7/779